Spe膜电极组件自动喷涂装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种SPE膜电极组件自动喷涂装置，包括喷涂腔体、喷涂工作台和导轨；喷涂腔体分隔构成工作台加热腔、真空泵抽滤腔、原料桶放置腔和控制器放置腔；喷涂工作台为烧结多孔钛板，喷涂工作台的下方设置有电磁感应加热装置；真空泵抽滤腔内设置有真空泵，真空泵通过真空泵管道与工作台加热腔相连通；原料桶放置腔内设置有原料桶，原料桶通过原料桶管道连接有喷枪；控制器放置腔内设置有PLC控制器。本实用新型通过PLC控制器控制喷枪运动和喷涂效果，实现了对喷涂过程的自动控制，且解决了传统喷涂装置在喷涂过程中发生溶胀变形，喷涂效果不均匀，喷涂效率低以及原料液久置发生沉降现象。
【专利说明】
SPE膜电极组件自动喷涂装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及固体聚合物电解膜电极的制备，具体是指一种SPE膜电极组件自动喷涂装置。
【背景技术】
[0002]SPE电解用固体聚合物电解质(SPE)代替碱性水电解制氢技术中的碱性溶液。通电后，在SPE的两侧分别产生氢气和氧气，该电解质既作为导电的介质又作为隔膜，从而将氢气和氧气分开。SPE电解克服了碱液电解存在电解废液、易爆燃气体混合等缺陷，具有操作简单、残留物少、安全性高、所需电压小、电流密度大、发热小、电解效率高等优点。
[0003]SPE电解可为催化交换同时提供大量高纯氢气(供氢同位素交换)及氧气，可与其共同构成电解-催化交换水去氚化集成工艺，获得高去氚因子;SPE膜存在氢同位素效应，T+透膜能力远小于H+，这使得其在产生贫氚氢气的同时，将氚浓缩于液相中；高纯氢气直接用于电子、宇航、化工、冶金、建材等工业作为保护气、冷却气、反应气、载气或燃料气源;高纯氧气又可用于维持生命和助燃等。
[0004]传统SPE膜电极为热压成型的五层结构，制备过程中部分催化剂将渗入扩散层，导致其和SPE膜不能充分接触，降低了催化剂的利用率。在实际电解过程中，催化层与SPE膜还会因为遇水膨胀性不同而产生剥离，使接触电阻急剧增大，电解效率显著下降。
[0005]根据膜电极制备过程中催化层的支撑基体不同，可分为两类方法，即传统转压法和直接喷涂法。传统转压方法，以气体扩散层为催化层支撑体的制备模式，先把催化层喷涂或者刷涂到扩散层上制得多孔气体扩散电极，再通过热压的方法把多孔气体扩散电极与质子膜组合形成膜电极;催化剂直接喷涂法，以质子膜为催化层支撑体的制备模式，即直接把将催化层喷涂或者刷涂到质子膜两侧并经一定工艺处理后形成薄层膜电极。转压法工艺繁琐，但是避免了膜的溶胀变形。直接喷涂方法操作简易方便，效率高，但是容易造成溶胀变形，且不能保证喷涂的均匀性。
[0006]自动喷涂装置是通过PLC程序控制喷枪喷涂速度，调节膜电极厚度及加热温度和循环次数等来的制备特定的膜电极。现有的喷涂装置存在这一些问题，包括喷涂过程中发生溶胀变形，喷涂效果不均匀，喷涂效率低以及原料液久置发生沉降现象。
【实用新型内容】
[0007]本实用新型的目的在于提供一种SPE膜电极组件自动喷涂装置，该装置通过PLC控制器控制喷枪运动和喷涂效果，实现了对喷涂过程的自动控制，且解决了传统喷涂装置在喷涂过程中发生溶胀变形，喷涂效果不均匀，喷涂效率低以及原料液久置发生沉降现象。
[0008]本实用新型通过下述技术方案实现:
[0009]SPE膜电极组件自动喷涂装置，包括喷涂腔体、以及设置在喷涂腔体上部的喷涂工作台和导轨;所述喷涂腔体分隔构成工作台加热腔、真空栗抽滤腔、原料桶放置腔和控制器放置腔;所述喷涂工作台为烧结多孔钛板，且喷涂工作台的下方设置有电磁感应加热装置；所述真空栗抽滤腔内设置有真空栗，且真空栗通过真空栗管道与工作台加热腔相连通;所述原料桶放置腔内设置有原料桶，且原料桶通过原料桶管道连接有喷枪;所述控制器放置腔内设置有PLC控制器。
[0010]进一步的，所述导轨为采用步进电机进行驱动的双线轨加滚珠丝杠，采用高强度铝型材，型材内部配有钢材线性导轨保证机械强度及平行度;喷枪设置在导轨上，通过管路与原料桶相连。
[0011]进一步的，所述导轨上还连接有膜电极厚度检测探针，根据反射干涉光谱法对膜电极厚度进行实时在线测量，测量指针跟喷枪同步运动。
[0012]进一步的，所述原料桶内设置有震荡器，其中一种实现方式是超声波震荡器，但不局限于超声波震荡器，从而防止原料在放置过程中发生沉降和团聚。
[0013]进一步的，所述PLC控制器的开关面板设置在喷涂腔体的外表面。
[0014]本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果:
[0015](I)本实用新型在烧结多孔钛板工作台上增加电磁感应加热装置和真空抽滤系统，使得加热温度精准可控，工作台温升均匀，膜电极与工作台接触紧密，有效避免了膜的溶胀变形；
[0016](2)本实用新型采用双线轨加滚珠丝杠构成三维空间定位平台，实现喷枪在三维空间的精确定位，对喷涂位置进行自动控制，明显提高了喷涂效率。
[0017](3)本实用新型采用三轴运动平台同时控制喷枪和膜厚度检测探针，实现了对膜厚度的实时检测，根据膜厚度数据控制喷枪对喷涂速度和流量进行调节，对提高膜的喷涂均勾性有明显的提尚。
[0018](4)本实用新型在原料桶中增加震荡原件，防止原料在放置过程中发生沉降和团聚，有效保障了原料的均一性。
【附图说明】
[0019]图1是本实用新型的三维结构图。
[0020]图2是本实用新型的侧视图。
[0021]图3是本实用新型的俯视图。
[0022]其中:I一导轨、2—原料桶管道，3—喷涂工作台，4一电磁感应加热装置，5—PLC控制器，6—原料桶，7一震荡器，8—膜电极厚度检测探针，9一喷枪，10一开关面板，11一真空栗管道，12—真空栗。
【具体实施方式】
[0023]下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
[0024]实施例:
[0025]本实用新型涉及到的SPE膜电极组件自动喷涂装置实质上分成运动系统、喷涂系统、加热系统、真空系统和控制系统五部分。
[0026]运动系统:设定程序控制与导轨I相连的喷枪9及膜电极厚度检测探针8运动，喷枪9三维精准定位，实现特定膜电极的喷涂;导轨I采用双线轨加滚珠丝杠，采用高强度的铝型材，型材内部配有钢材线性导轨保证机械强度及平行度。采用步进电机作三轴的运动驱动，使断电情况下保持原状，防止因负载而掉落。
[0027]喷涂系统:根据通过输送原料到喷枪喷涂工作台3上的膜电极并实时检测电极厚度;采用非接触式方法对膜厚度进行实时在线监测，其中一种实现方式是利用反射光谱干涉，根据测量数据调整枪口口径对喷涂速度和流量进行调节;在原料桶6中增加震荡器7，防止原料在放置过程中发生沉降和团聚。
[0028]加热系统:采用温度传感器和控制器调节控制喷涂工作台3加热温度，以提高有机溶剂挥发速率;加热装置4采用电磁感应加热，传感器检测反馈控制加热效果，使得平台温升均匀，对喷涂工作台3进行加热，可显著提高有机溶剂的挥发，缓解变形问题。
[0029]真空系统:通过布置在喷涂工作台3下部的真空栗12对系统抽滤以使膜与平台紧贝占；喷涂工作台3采用多孔钛板，其孔道纵横交错，孔形稳定、分布均匀，耐高温，机械性能好。膜置于板上，通过布置在工作台下部腔体中的真空栗12抽真空使膜紧紧贴在板面，从而避免膜的溶胀变形。
[0030]控制系统:将上述所有系统的控制环节进行集成，整合成开关控制面板10，使得操作更加简便，整个控制过程采用现有技术即可实现，且本实用新型的改进点不在于次，故不再赘述其控制过程。
[0031 ]本装置的具体使用过程如下:
[0032](a)在喷涂工作台3上铺放原膜，打开真空栗12抽真空，使得工作台加热腔成负压状态，由于喷涂工作台3是烧结多孔钛板，气体能从平台渗透，所以膜会紧贴平台，在喷涂时避免了溶胀变形；
[0033](b)开启原料桶6中的震荡器7，根据原料液状态合理设置震荡频率；
[0034](c)设定工作台3加热目标温度，喷枪距工作台距离和喷枪运行速度，待平台3温度达到目标温度，控制步进电机调整喷枪9三维控制位置，然后开始喷涂；
[0035](d)单面喷涂结束后，将膜翻面，继续喷涂另一面，完成膜电极喷涂制备工作。
[0036]以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.SPE膜电极组件自动喷涂装置，其特征在于:包括喷涂腔体、以及设置在喷涂腔体上部的喷涂工作台(3)和导轨(I);所述喷涂腔体分隔构成工作台加热腔、真空栗抽滤腔、原料桶放置腔和控制器放置腔;所述喷涂工作台(3)为烧结多孔钛板，且喷涂工作台(3)的下方设置有电磁感应加热装置(4);所述真空栗抽滤腔内设置有真空栗(12)，且真空栗(12)通过真空栗管道(11)与工作台加热腔相连通;所述原料桶放置腔内设置有原料桶(6)，且原料桶(6)通过原料桶管道(2)连接有喷枪(9);所述控制器放置腔内设置有PLC控制器(5)。2.根据权利要求1所述的SPE膜电极组件自动喷涂装置，其特征在于:所述导轨(I)为采用步进电机进行驱动的双线轨加滚珠丝杠，喷枪(9)设置在导轨(I)上。3.根据权利要求1或2所述的SPE膜电极组件自动喷涂装置，其特征在于:所述导轨(I)上还连接有膜电极厚度检测探针(8)。4.根据权利要求1或2所述的SPE膜电极组件自动喷涂装置，其特征在于:所述原料桶(6)内设置有震荡器(7)。5.根据权利要求4所述的SPE膜电极组件自动喷涂装置，其特征在于:所述震荡器(7)为超声波震荡器。6.根据权利要求1或2所述的SPE膜电极组件自动喷涂装置，其特征在于:所述PLC控制器(5)的开关面板(10)设置在喷涂腔体的外表面。
【文档编号】B05B13/02GK205518363SQ201620375239
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月28日
【发明人】杨雷, 何康昊, 宋江锋, 李佩龙, 文明, 邓立, 姜飞, 陈军, 胡俊
【申请人】中国工程物理研究院材料研究所