质子交换膜涂布设备的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种质子交换膜涂布设备。


背景技术：

2.氢燃料电池的核心部件为膜电极，而在制备膜电极之前需要先准备中间产品ccm(catalyst coated membrane)组件，在质子交换膜的两侧分别形成阳极催化剂层及阳极催化剂层，便可制得ccm组件。
3.常见的工艺采用的是两套涂布设备，先在阴极涂布设备上先涂阴极并烘干收卷，再将卷料重新放料并在阳极涂布设备上进行阳极涂布，烘干后再次收卷即可制成ccm组件的成品。但是，两套设备的占地面积大，导致操作不便。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述问题，提供一种结构紧凑的质子交换膜涂布设备。
5.一种质子交换膜涂布设备，包括放卷装置、涂布装置、第一烘干装置、第二烘干装置、收卷装置及剥膜装置，所述质子交换膜涂布设备形成有第一涂布路线及第二涂布路线，所述第一涂布路线设置有所述放卷装置、所述涂布装置、所述第一烘干装置及所述收卷装置，由所述放卷装置放卷的质子交换膜能够沿所述第一涂布路线行进，所述涂布装置能够在所述质子交换膜的第一面涂布第一催化剂层以制得二合一料带，所述收卷装置能够收卷所述二合一料带；
6.所述第二路线设置有所述放卷装置、所述涂布装置、所述第二烘干装置及所述收卷装置，由所述放卷装置放卷的所述二合一料带能够沿所述第二涂布路线行进，并由所述剥膜装置将所述质子交换膜的第二面的保护膜料带撕除，所述涂布装置能够在所述质子交换膜的第二面涂布第二催化剂层以制得ccm料带，所述收卷装置能够收卷所述ccm料带，所述第一催化剂层及所述第二催化剂层中的一个为阳极催化剂层，另一个为阴极催化剂层。
7.在其中一个实施例中，所述涂布装置包括涂布辊及涂布头，所述质子交换膜或所述二合一料带能够绕经所述涂布辊，所述涂布头能够对绕经所述涂布辊的所述质子交换膜或所述二合一料带进行催化剂涂布。
8.在其中一个实施例中，所述涂布辊的表面能够可操作地产生负压，以将所述二合一料带背向所述第二面的一侧吸附于所述涂布辊的表面。
9.在其中一个实施例中，所述第二烘干装置具有呈圆弧形的加热面，所述加热面朝向所述涂布辊且沿所述涂布辊的周向延伸。
10.在其中一个实施例中，所述涂布辊为加热辊。
11.在其中一个实施例中，所述第一烘干装置为长条形的烘箱，经所述涂布装置输出的所述二合一料带能够穿过所述烘箱以对所述第一催化剂层进行干燥。
12.在其中一个实施例中，所述剥膜装置包括剥离辊及收料辊，所述二合一料带能够绕经所述剥离辊并使所述保护膜料带与所述第二面分离，所述收料辊用于对所述保护膜料
带进行收卷。
13.在其中一个实施例中，还包括覆膜装置，所述覆膜装置用于在所述ccm料带的任一表面覆设支撑膜料带。
14.在其中一个实施例中，所述覆膜装置包括压辊及放卷轴，所述压辊设于所述第二涂布路线上，经所述放卷轴放卷的所述支撑膜料带能够绕经所述压辊并与绕经所述压辊的所述ccm料带复合。
15.在其中一个实施例中，所述第一涂布路线及所述第二涂布路线上还设置有静电消除器、张力控制装置、纠偏装置、牵引装置及接带装置中的至少一种，所述静电消除器能够消除经过的料带所带的静电，所述张力控制装置能够使经过的料带保持张紧，所述纠偏装置能够对经过的料带进行纠偏，所述牵引装置能够为经过的料带提供牵引力。
16.上述质子交换膜涂布设备，质子交换膜可先沿第一涂布路线行进以实现第一催化剂层的涂布，从而得到二合一料带。二合一料带由收卷装置收卷后，可转移至放卷装置进行放卷。由放卷装置放卷的二合一料带则可沿第二涂布路线行进，以实现第二催化剂层的涂布，从而得到ccm料带。第一烘干装置及第二烘干装置能够分别满足两种不同催化剂层的烘干需求。而且，由于第一涂布路线及第二路线共用放卷装置、涂布装置及收卷装置，故相较于传统的两个设备，上述质子交换膜涂布设备在实现双面涂布的同时体积更小、结构更紧凑。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本实用新型较佳实施例中质子交换膜涂布设备的结构示意图；
19.图2为图1所示质子交换膜涂布设备中第一涂布路线的走带示意图；
20.图3为图1所示质子交换膜涂布设备中第二涂布路线的走带示意图；
21.图4为图1所示质子交换膜涂布设备所制备的二合一料带的主视图；
22.图5为图1所示质子交换膜涂布设备所制备的ccm料带的主视图。
具体实施方式
23.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
24.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装
置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
25.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
26.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
27.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
28.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
29.请参阅图1至图3，本实用新型较佳实施例中的质子交换膜涂布设备10包括放卷装置11、涂布装置12、第一烘干装置13、第二烘干装置14、收卷装置15及剥膜装置16。
30.质子交换膜涂布设备10形成有第一涂布路线及第二涂布路线，质子交换膜100在第一涂布路线及第二涂布路线上均能够进行催化剂涂布。其中，第一涂布路线上设置有放卷装置11、涂布装置12、第一烘干装置13及收卷装置15；第二路线上设置有放卷装置11、涂布装置12、第二烘干装置14及收卷装置15。可见，第一涂布路线及第二涂布路线能够共用部分装置，如放卷装置11、涂布装置12及收卷装置15。正因如此，第一涂布路线及第二涂布路线不能同时对质子交换膜100进行催化剂涂布。
31.质子交换膜100具有相对的第一面及第二面，且第二面覆设有保护膜料带110。在进行ccm组件制备时，质子交换膜100先沿第一涂布路线行进，由涂布装置12在第一面进行第一催化剂层310的涂布以得到二合一料带200(见图4)，接着，二合一料带200经第一烘干装置13烘干后由收卷装置15进行收卷；收卷成卷料的二合一料带200可借助人工操作转移至放卷装置11；接着，由放卷装置11放卷的二合一料带200将沿第二涂布路线行进，涂布装置12在质子交换膜100的第二面涂布第二催化剂层320，便可得到ccm料带300(见图5)，所制得的ccm料带300由收卷装置15进行收卷，收卷后的ccm料带300能够以料卷的形式存放，以便于在燃料电池制备时取用。
32.第一催化剂层310及第二催化剂层320中的一个为阳极催化剂层，另一个为阴极催化剂层。具体在本实施例中，第一催化剂层310为阴极催化剂层，第二催化剂层320为阳极催
化剂层。涂布装置12能够切换所输出的催化剂的类型，以涂布形成不同类型的催化剂层。具体的，第一涂布路线工作时涂布装置12输出阴极催化剂，而第二涂布路线工作时涂布装置12则输出阳极催化剂。
33.第一烘干装置13及第二烘干装置14均可对催化剂层进行加热烘干。而且，第一烘干装置13及第二烘干装置14所采用不同的加热方式，以适用不同类型的催化剂层。
34.请再次参阅图2，在进行第一催化剂层310，即阴极催化剂层的涂布时，由放卷装置11放卷的质子交换膜100能够经若干过辊(图未标)导向后进入涂布装置12；涂布装置12能够在质子交换膜100的第一面涂布第一催化剂层310以制得二合一料带200。涂布装置12可采用狭缝直涂的方式进行涂布。具体在本实施例中，涂布装置12包括涂布辊121及涂布头122，质子交换膜100能够绕经涂布辊121，涂布头122绕经涂布辊121的质子交换膜100进行催化剂涂布。质子交换膜100能够在涂布辊121的表面良好的展开，从而保证涂布的质量。
35.此外，由于质子交换膜100的第二面覆设有保护膜料带110，而保护膜料带110与质子交换膜100之间的结合力能够有效抑制质子交换膜100在涂布过程中的溶胀现象，故可将质子交换膜100的形变量控制在合理范围内，从而保证第一催化剂层310的涂布精度。
36.涂布完成的二合一料带200能够经若干过辊(图未标)导向后进入第一烘干装置13，第一烘干装置13能够将第一催化剂层310烘干。具体在本实施例中，第一烘干装置13为长条形的烘箱，经涂布装置12输出的二合一料带200能够穿过烘箱以对第一催化剂层310进行干燥。烘箱能够提供一个相对封闭的环境，干燥效果较好且可控，适用于对阴极催化剂层进行烘干。
37.此外，第一涂布路线上还设置有静电消除器17、张力控制装置18、纠偏装置、牵引装置20及接带装置23中的至少一种。其中：
38.电消除器17能够消除所经过的料带所带的静电，从而避免收卷时因静电排斥作用而发生翘曲或松散。张力控制装置18能够使经过的料带保持张紧。具体的，张力控制装置18包括张力辊181及摆辊182，张力辊181能够将料带绷紧，而摆辊182能够释放或缓存料带，从而使料带维持比较稳定的张力。纠偏装置包括放卷纠偏装置191及过程纠偏装置192，能够对料带进行纠偏以保证走带的一致性。牵引装置20可以是驱动辊，能够为经过的料带提供牵引力。接带装置23能够将两段料带连接，从而为了保证设备能够持续运行。
39.譬如，本实施例中在放卷装置11与涂布装置12之间设置有张力辊181、放卷纠偏装置191及接带装置23，质子交换膜100在进入涂布装置12时能够保持张紧以及保证走带的一致性。而在第一烘干装置13与收卷装置15之间则设有静电消除器17、过程纠偏装置192、张力辊181、摆辊182、牵引装置20及接带装置23。
40.请再次参阅图3，在进行第二催化剂层320，即阳极催化剂层的涂布时，先将收卷装置15上收卷的二合一料带200转移至放卷装置11，再由放卷装置11进行放卷，二合一料带200放卷的过程与质子交换膜100放卷的过程相同。在二合一料带200进入涂布装置12之前，还需要由剥膜装置16将质子交换膜100的第二面的保护膜料带110撕除，以暴露出第二面。
41.具体在本实施例中，剥膜装置16包括剥离辊161及收料辊162，二合一料带200能够绕经剥离辊161并使保护膜料带110与第二面分离，收料辊162用于对保护膜料带110进行收卷。剥离辊161设于涂布辊121的一侧，二合一料带200在经过剥离辊161后绕经涂布辊121，故剥离辊161还可以作为入料压辊使得二合一料带200能够较为可靠的贴附于涂布辊121的
表面。
42.而保护膜料带110则在绕经剥离辊161后由收料辊162进行牵引，其行进方向相较于质子交换膜100将发生显著变化，从而使保护膜料带110与质子交换膜100之间产生剥离角，收料辊162不断进行收卷便可将保护膜料带110从第二面撕除。
43.质子交换膜100的第二面被暴露出来后，涂布装置12便能够在质子交换膜100的第二面涂布第二催化剂层310以制得ccm料带300。所制得的ccm料带300经第二烘干装置14进行烘干，以使第二催化剂层310干燥，便可由收卷装置15进行收卷。
44.具体在本实施例中，放卷装置11与涂布装置12之间设置有在视觉定位装置21，视觉定位装置21可以是ccd相机。在二合一料带200放卷的过程中，视觉定位装置21能够检测定位质子交换膜100第一面上涂布有第一催化剂层310的区域。如此，在进行第二次涂布时方便使第二催化剂层320与第一催化剂层310进行对齐，从而保证质子交换膜100两面催化剂层的对齐度。
45.由于在第二次涂布之前需要将质子交换膜100第二面的保护膜料带110撕除，故进行第二次涂布时质子交换膜100有可能会发生明显的溶胀，从而导致涂布精度降低，进而影响所制得的ccm料带300的品质。
46.为了解决这一问题，在本实施例中，涂布辊121的表面能够可操作地产生负压，以将二合一料带200背向第二面的一侧吸附于涂布辊121的表面。
47.具体的，涂布辊121可采用中空结构，其表面开设有若干吸附孔(图未示)，涂布辊121的内部可通过气接头及控制阀与抽真空装置(图未示)连通。在进行第一次涂布时，可关闭控制阀或抽真空装置而不使涂布辊121的表面形成负压；在进行第二次涂布时则开启控制阀及抽真空装置，以在涂布辊121的表面形成负压，从而将绕经涂布辊121的二合一料带200吸住。
48.如此，在涂布头122对质子交换膜100的第二面进行第二催化剂层310的涂布时，涂布辊121的表面能够对质子交换膜100提供吸附力，从而能够有效地抑制质子交换膜100的溶胀现象。
49.进一步的，在本实施例中，第二烘干装置14具有呈圆弧形的加热面，加热面朝向涂布辊121且沿涂布辊121的周向延伸。
50.第二烘干装置14可以是干燥风箱或者红外加热器，加热面可通过吹送热风或红外辐射的方式对涂布辊121的表面加热。由于涂布完成的ccm料带300也绕经涂布辊121，故加热面的延伸方向与涂布辊121上刚完成涂布的ccm料带300的延伸方向一致。由此可见，第二烘干装置14能够在第二次涂布进行的过程中便启动对第二催化剂层320的烘干操作，从而能够显著加快第二催化剂层320的干燥速度，进而也能够在一定程度上抑制质子交换膜100的溶胀发生。
51.更进一步的，在本实施例中，涂布辊121为加热辊。因此，涂布辊121与第二烘干装置14配合，可以同时从内外两侧对ccm料带300进行加热，从而能够进一步提升第二催化剂层320的干燥速度。而且，从两侧同时加热还能够并改善烘干的均匀度。
52.需要指出的是，在进行第一次涂布时，涂布辊121及第二烘干装置14均可不启动。而且，第二烘干装置14上还开设只有供沿第一涂布路线行进的二合一料带200穿过的间隙(图未标)。
53.为了避免ccm料带300在收卷及存放过程中造成催化剂层的损坏，在本实施例中，质子交换膜涂布设备10还包括覆膜装置，覆膜装置用于在ccm料带300的任一表面覆设支撑膜料带(图未标)。如此，在将ccm料带300收卷的过程中，相邻两层的催化剂层将不直接发生接触，从而能够避免催化剂层受损。支撑膜料带的材质一般与上述保护膜料带110的材质相同，可以是pet、pc等。
54.进一步的，在本实施例中，覆膜装置包括压辊221及放卷轴222，压辊221设于第二涂布路线上，经放卷轴222放卷的支撑膜料带能够绕经压辊221并与绕经压辊221的ccm料带300复合。压辊221靠近涂布辊121设置，从涂布装置12输出的ccm料带300能够绕经压辊221。压辊221还可作为涂布辊121的出料压辊，将ccm料带300抵持于涂布辊121的表面。
55.同样的，第一涂布路线上还设置有静电消除器17、张力控制装置18、纠偏装置、牵引装置20及接带装置23中的至少一种。
56.譬如，在涂布装置12与收卷装置15之间设置有张力辊181及接带装置23。此外，压辊221与放卷轴222之间也设置有静电消除器17及张力辊181，剥离辊161与收料辊162则设置有静电消除器17及张力辊181。
57.上述质子交换膜涂布设备10，质子交换膜100可先沿第一涂布路线行进以实现第一催化剂层310的涂布，从而得到二合一料带200。二合一料带200由收卷装置15收卷后，可转移至放卷装置11进行放卷。由放卷装置11放卷的二合一料带200则可沿第二涂布路线行进，以实现第二催化剂层310的涂布，从而得到ccm料带300。第一烘干装置13及第二烘干装置14能够分别满足两种不同催化剂层的烘干需求。而且，由于第一涂布路线及第二路线共用放卷装置11、涂布装置12及收卷装置15，故相较于传统的两个设备，上述质子交换膜涂布设备10在实现双面涂布的同时体积更小、结构更紧凑。
58.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
59.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。