| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; |
| 专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
| 申请号 | CN202411256522.8 | 申请日 | 2024-09-09 |
| 公开(公告)号 | CN119133475A | 公开(公告)日 | 2024-12-13 |
| 申请人 | 深圳职业技术大学; | 申请人类型 | 学校 |
| 发明人 | 赵晨; 邓志君; 吴小雨; 张景然; | 第一发明人 | 赵晨 |
| 权利人 | 深圳职业技术大学 | 权利人类型 | 学校 |
| 当前权利人 | 深圳职业技术大学 | 当前权利人类型 | 学校 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：广东省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：广东省深圳市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：广东省深圳市南山区西丽街道西丽湖镇西丽湖畔 | 邮编 | 当前专利权人邮编：518000 |
| 主IPC国际分类 | H01M4/88 | 所有IPC国际分类 | H01M4/88 ; H01M8/0234 ; B05C9/14 ; B05D3/02 ; B05C3/12 ; B05C11/04 ; B05C9/06 ; B05D7/00 ; B05D1/18 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 10 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 深圳国海智峰知识产权代理事务所 | 专利代理人 | 王庆海; |
| 摘要 | 本 发明 公开了一种 阴极 开放式空冷 燃料 电池 的GDL疏 水 改性处理方法及装置，涉及电池技术领域，为解决现有的GDL在制备过程中，需要通过多个烘箱对 碳 纸与基材层进行烘干处理，传统处理工艺下产线较长，占地面积较大，不利于小型工厂车间使用，采用分段式对GDL各步骤进行分段处理，则设备数量较多，且各步骤之间移动较为不便的问题。包括浸液层，所述浸液层的上方设置有用于对基材层表面进行改性处理的第一涂覆层，所述第一涂覆层的上方设置有用于对基材层另一面进行改性处理的第二涂覆层，所述浸液层、第一涂覆层、第二涂覆层的一端均设置烘干层。 | ||
| 权利要求 | 1.一种阴极开放式空冷燃料电池的GDL疏水改性处理装置，包括浸液层(1)，其特征在于：所述浸液层(1)的上方设置有用于对基材层表面进行改性处理的第一涂覆层(2)，所述第一涂覆层(2)的上方设置有用于对基材层另一面进行改性处理的第二涂覆层(3)，所述浸液层(1)、第一涂覆层(2)、第二涂覆层(3)的一端均设置烘干层(4)，所述浸液层(1)、第一涂覆层(2)以及第二涂覆层(3)的上方均设置有用于带动碳纸与基材层移动至烘干层(4)内的辊涂回移组件(6)，所述烘干层(4)的内部分为上中下三个烘干段，且三个烘干段分别用于对应浸液层(1)、第一涂覆层(2)以及第二涂覆层(3)，所述烘干层(4)一侧的外底部设置有用于进行收卷位移的收卷组件(5)，所述辊涂回移组件(6)由多个横向间隔排列的回移涂覆辊(601)组成。 |
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| 说明书全文 | 一种阴极开放式空冷燃料电池的GDL疏水改性处理方法及装置 技术领域背景技术[0002] GDL即气体扩散层，是空冷PEMFC膜电极的重要组成部分。它位于双极板和催化层之间，是传递催化层中产生的电子的有效导体，同时确保反应气体能够有效扩散至催化层以及产物的高效排出。因此，GDL需要多孔特征和高电导率，以改善电子传输、物质分布并防止水淹。 [0003] 现有的GDL在制备过程中，需要通过多个烘箱对碳纸与基材层进行烘干处理，传统处理工艺下产线较长，占地面积较大，不利于小型工厂车间使用，采用分段式对GDL各步骤进行分段处理，则设备数量较多，且各步骤之间移动较为不便，为此，我们提供一种阴极开放式空冷燃料电池的GDL疏水改性处理方法及装置。 发明内容[0004] 本发明的目的在于提供一种阴极开放式空冷燃料电池的GDL疏水改性处理方法及装置，以解决上述背景技术中提出的问题。 [0005] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种阴极开放式空冷燃料电池的GDL疏水改性处理装置，包括浸液层，所述浸液层的上方设置有用于对基材层表面进行改性处理的第一涂覆层，所述第一涂覆层的上方设置有用于对基材层另一面进行改性处理的第二涂覆层，所述浸液层、第一涂覆层、第二涂覆层的一端均设置烘干层，所述浸液层、第一涂覆层以及第二涂覆层的上方均设置有用于带动碳纸与基材层移动至烘干层内的辊涂回移组件，所述烘干层的内部分为上中下三个烘干段，且三个烘干段分别用于对应浸液层、第一涂覆层以及第二涂覆层，所述烘干层一侧的外底部设置有用于进行收卷位移的收卷组件，所述辊涂回移组件由多个横向间隔排列的回移涂覆辊组成。 [0006] 优选的，所述浸液层一端的上表面设置有放卷辊，所述浸液层的内部开设有浸液槽，所述浸液槽上方的两侧均设置有位移架，所述位移架的上方设置有位移块，所述位移块的上方设置有第一下压限位件，所述第一下压限位件包括位于浸液槽两端的第一压辊，所述第一压辊的两端设置有第一升降架，所述第一升降架的上方设置有用于带动第一压辊升降移动的第一驱动件。 [0007] 优选的，所述第一涂覆层上表面的两侧均设置有移动组件，所述移动组件包括丝杠电机，所述丝杠电机的输出端设置有滚珠丝杠，所述滚珠丝杠的外壁上设置有丝杠滑块，所述丝杠滑块的上方设置有第一涂覆组件。 [0008] 优选的，所述第一涂覆组件包括刮刀，所述刮刀的上方设置有第二升降架，所述第二升降架的两端均设置有用于带动其升降移动的第二驱动件，所述第二升降架靠近烘干层的一侧设置有碳油墨储罐，且碳油墨储罐的下表面设置有控制下料量的控制阀口。 [0009] 优选的，所述第二涂覆层上表面的两侧均设置有从动移动件，所述从动移动件包括从动滑轨，所述从动滑轨的上方设置有从动滑块，所述从动滑块的上方设置有第二涂覆组件，所述第二涂覆组件的外壁上设置有连接架，且连接架远离第二涂覆组件的一端与第一涂覆组件连接。 [0010] 优选的，所述第一涂覆层与第二涂覆层上表面的两端均设置有第二下压限位件，所述第二下压限位件包括第二压辊，所述第二压辊的两端均设置有用于带动其升降移动的第三驱动件。 [0011] 优选的，所述烘干层的内底部设置有第一烘干段，且第一烘干段用于烘干浸液的碳纸，所述第一烘干段的上方分别设置有第二烘干段与第三烘干段，且第二烘干段与第三烘干段分别对应第一涂覆层与第二涂覆层，所述第一烘干段、第二烘干段以及第三烘干段均由多个加热辊组成，所述烘干层的内壁上设置有多个电加热器，所述烘干层的侧壁上开设有多个入口与出口，所述烘干层另一侧的侧壁上开设有收卷出料口。 [0012] 优选的，所述收卷组件包括收卷辊，所述收卷辊的一端设置有收卷电机。 [0013] 优选的，所述第一驱动件、第二驱动件、第三驱动件采用液压、气动、电动方式中的任意一种实现升降位移操作。 [0014] 优选的，一种阴极开放式空冷燃料电池的GDL疏水改性处理装置的改性处理方法，包括以下步骤： [0015] 步骤一：放卷辊处的碳纸被收卷牵引而向前移动至浸液槽处，第一驱动件带动第一压辊向下位移，将碳纸下压至浸液槽内，使碳纸浸入PTFE浆料内，在浸液后，碳纸通过辊涂回移组件移动至烘干层的第一烘干段处进行烘干作业； [0016] 步骤二：在第一次烘干后的基材层移动至第一涂覆层上，第二下压限位件将其下压在台面上，碳油墨储罐向下排出碳油墨，使碳油墨落入至基材层上表面，第二驱动件调节刮刀的高度，使刮刀接触碳油墨，通过移动组件带动刮刀在碳油墨涂覆在基材层的一面形成MPL层，MPL层与基材层组成GDL，涂覆后，通过该处的辊涂回移组件进行回移，回移过程中通过回移涂覆辊将将基材层表面辊涂均匀，在回移至烘干层内后，基材层在第二烘干段处进行烘干作业； [0017] 步骤三：在二次烘干后，以未涂覆面朝上的方式将基材层移动至第二涂覆层处，通过连接架的连接，使移动组件带动上方的从动移动件处进行移动，移动中使第二涂覆组件对基材层的未涂覆面进行涂覆操作，在涂覆后，将其回移至烘干层内的第三烘干段处进行干燥； [0018] 步骤四：在三次烘干后，GDL从收卷出料口移出烘干层，收卷电机驱动其牵引缠绕至收卷辊上。 [0019] 与现有技术相比，本发明的有益效果是： [0020] 本发明通过浸液、涂覆的方式对GDL进行改性处理，其中，通过收卷移动的方式，对GDL依照浸液、烘干、涂覆、烘干、涂覆、烘干的流程进行改性处理，整体设备能够通过上下层级分段的方式进行逐步位移，且烘干处与浸液、涂覆处集中在一起，需求烘干设备占地面积小，涂覆中能够通过连接的方式带动另一涂覆件进行位移涂覆作业，降低设备成本，利于小型工厂车间使用。附图说明 [0021] 图1为本发明的整体结构示意图； [0022] 图2为本发明的浸液层结构示意图； [0023] 图3为本发明的第一涂覆层结构示意图； [0024] 图4为本发明的第二涂覆层结构示意图； [0025] 图5为本发明的烘干层内部结构示意图； [0026] 图6为本发明的收卷组件结构示意图； [0027] 图中：1、浸液层；101、位移架；102、位移块；103、第一下压限位件；104、第一驱动件；105、第一升降架；106、第一压辊；107、放卷辊；108、浸液槽；2、第一涂覆层；201、移动组件；202、丝杠电机；203、滚珠丝杠；204、丝杠滑块；205、第一涂覆组件；206、第二驱动件；207、第二升降架；208、刮刀；209、碳油墨储罐；3、第二涂覆层；301、从动移动件；302、从动滑轨；303、从动滑块；304、第二涂覆组件；305、连接架；4、烘干层；401、入口；402、第一烘干段； 403、加热辊；404、出口；405、第二烘干段；406、第三烘干段；407、电加热器；408、收卷出料口；5、收卷组件；501、收卷电机；502、收卷辊；6、辊涂回移组件；601、回移涂覆辊；7、第二下压限位件；701、第二压辊；702、第三驱动件。 具体实施方式[0028] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。 [0029] 请参阅图2，本发明提供的一种实施例：一种阴极开放式空冷燃料电池的GDL疏水改性处理装置，浸液层1一端的上表面设置有放卷辊107，浸液层1的内部开设有浸液槽108，浸液槽108上方的两侧均设置有位移架101，位移架101的上方设置有位移块102，位移块102的上方设置有第一下压限位件103，第一下压限位件103包括位于浸液槽108两端的第一压辊106，第一压辊106的两端设置有第一升降架105，第一升降架105的上方设置有用于带动第一压辊106升降移动的第一驱动件104；通过第一下压限位件103调节第一升降架105的高度，使第一压辊106能够将碳纸压入浸液槽108内，对碳纸进行浸液操作。 [0030] 请参阅图1、图3、图4，浸液层1的上方设置有用于对基材层表面进行改性处理的第一涂覆层2，第一涂覆层2上表面的两侧均设置有移动组件201，移动组件201包括丝杠电机202，丝杠电机202的输出端设置有滚珠丝杠203，滚珠丝杠203的外壁上设置有丝杠滑块 204，丝杠滑块204的上方设置有第一涂覆组件205，第一涂覆组件205包括刮刀208，刮刀208的上方设置有第二升降架207，第二升降架207的两端均设置有用于带动其升降移动的第二驱动件206，第二升降架207靠近烘干层4的一侧设置有碳油墨储罐209，且碳油墨储罐209的下表面设置有控制下料量的控制阀口，第一涂覆层2的上方设置有用于对基材层另一面进行改性处理的第二涂覆层3，第二涂覆层3上表面的两侧均设置有从动移动件301，从动移动件301包括从动滑轨302，从动滑轨302的上方设置有从动滑块303，从动滑块303的上方设置有第二涂覆组件304，第二涂覆组件304的外壁上设置有连接架305，且连接架305远离第二涂覆组件304的一端与第一涂覆组件205连接；通过丝杠电机202与滚珠丝杠203带动丝杠滑块204进行移动，使刮刀208能够以移动的方式进行将碳油墨刮涂在基材层表面，通过第二驱动件206带动刮刀208处进行升降移动，起到调节刮刀208高度的效果，通过连接架305的连接，在第一涂覆组件205进行移动时，上方的第二涂覆组件304被带动而进行移动，从而能够对基材层的两个面进行涂覆操作，通过调节不同PTFE负载量的碳油墨得到不同PTFE负载量的GDL； [0031] 通常，将主要由VulcanXC‑72R炭黑和PTFE形成的薄疏水性MPL涂覆在GDL基材层的表面以形成双层的GDL。MPL的加入能够最小化催化层和GDL之间的接触电阻；为催化层提供支持，以限制部分小颗粒催化剂进入GDL所造成的催化剂损失；减少催化层和GDL水淹的可能性，从而减少氧气传质阻力，PTFE是MPL中最常使用的粘合剂和疏水剂，根据电池设计和操作条件，MPL中存在最佳的PTFE负载量，以最大限度地提高PEMFC的性能； [0032] 随着PTFE含量的增加，基材层的疏水性进一步增强，减弱了从催化层到流道的水的扩散传输，更多的水被保留在膜电极内部，使得质子交换膜能够保持较好的水合程度，离子欧姆阻抗降低，且离子欧姆阻抗的降低大于PTFE含量增大导致的体电阻和接触电阻的增大，所以最终体现在欧姆阻抗上减小；总体来说，低电流密度下，高PTFE负载量(40wt.％)的基材层有利于膜电极内部的保水，能够实现最佳的性能输出；高电流密度下，10wt.％的基材层PTFE负载量能够让电池保持合适的氧气传质能力以及质子交换膜，的含水量，空冷PEMFC的性能最佳； [0033] GDL的基材层和MPL的最佳PTFE负载量分别为10wt.％和40wt.％，空冷PEMFC在高电流密度下的性能最佳。在基材层中加入适量的PTFE可以增强基材层的疏水性，增加质子交换膜和催化层离聚物中的含水量，避免了生成水在基材层的积聚，同有利于强化空冷PEMFC的氧气传质能力。然而，基材层过量的PTFE也会导致孔隙率降低，增大了传质阻抗。同时在MPL加入适量的PTFE，提高了催化层的水含量，电荷转移电阻下降，有利于空冷PEMFC性能的提高。 [0034] 进一步，第一涂覆层2与第二涂覆层3上表面的两端均设置有第二下压限位件7，第二下压限位件7包括第二压辊701，第二压辊701的两端均设置有用于带动其升降移动的第三驱动件702；通过第二下压限位件7的设置，能够对基材层进行限制，使其贴靠在台面上，更加便于进行涂覆操作，通过第三驱动件702调节第二压辊701的高度，进而改变下压高度。 [0035] 请参阅图5、图6，烘干层4的内部分为上中下三个烘干段，且三个烘干段分别用于对应浸液层1、第一涂覆层2以及第二涂覆层3，具体的，烘干层4的内底部设置有第一烘干段402，且第一烘干段402用于烘干浸液的碳纸，第一烘干段402的上方分别设置有第二烘干段 405与第三烘干段406，且第二烘干段405与第三烘干段406分别对应第一涂覆层2与第二涂覆层3，第一烘干段402、第二烘干段405以及第三烘干段406均由多个加热辊403组成，烘干层4的内壁上设置有多个电加热器407，烘干层4的侧壁上开设有多个入口401与出口404，烘干层4另一侧的侧壁上开设有收卷出料口408，烘干层4一侧的外底部设置有用于进行收卷位移的收卷组件5，收卷组件5包括收卷辊502，收卷辊502的一端设置有收卷电机501，浸液层1、第一涂覆层2、第二涂覆层3的一端均设置烘干层4，浸液层1、第一涂覆层2以及第二涂覆层3的上方均设置有用于带动碳纸与基材层移动至烘干层4内的辊涂回移组件6，辊涂回移组件6由多个横向间隔排列的回移涂覆辊601组成，在浸液、涂覆后均需要用到烘干设备对其进行干燥固化，通过回移涂覆辊601能够将浸液、涂覆后的GDL回移至烘干层4内，通过不同的烘干段处的加热辊403与电加热器407对其进行干燥，使该烘干设备能够满足浸液与涂覆所需的烘干处理需求，且占地面积更小，GDL通过收卷移动，即能够实现浸液、涂覆与烘干作业，方便用户使用。 [0036] 进一步，第一驱动件104、第二驱动件206、第三驱动件702采用液压、气动、电动方式中的任意一种实现升降位移操作，包括采用液压缸、气缸、电动缸通过活塞传动的方式，也包括采用电推杆、丝杠直线模组这类组件，实现升降移动。 [0037] 一种阴极开放式空冷燃料电池的GDL疏水改性处理装置的改性处理方法，包括以下步骤： [0038] 步骤一：放卷辊107处的碳纸被收卷牵引而向前移动至浸液槽108处，第一驱动件104带动第一压辊106向下位移，将碳纸下压至浸液槽108内，使碳纸浸入PTFE浆料内，在浸液后，碳纸通过辊涂回移组件6移动至烘干层4的第一烘干段402处进行烘干作业； [0039] 步骤二：在第一次烘干后的基材层移动至第一涂覆层2上，第二下压限位件7将其下压在台面上，碳油墨储罐209向下排出碳油墨，使碳油墨落入至基材层上表面，第二驱动件206调节刮刀208的高度，使刮刀208接触碳油墨，通过移动组件201带动刮刀208在碳油墨涂覆在基材层的一面形成MPL层，MPL层与基材层组成GDL，涂覆后，通过该处的辊涂回移组件6进行回移，回移过程中通过回移涂覆辊601将将基材层表面辊涂均匀，在回移至烘干层4内后，基材层在第二烘干段405处进行烘干作业； [0040] 步骤三：在二次烘干后，以未涂覆面朝上的方式将基材层移动至第二涂覆层3处，通过连接架305的连接，使移动组件201带动上方的从动移动件301处进行移动，移动中使第二涂覆组件304对基材层的未涂覆面进行涂覆操作，在涂覆后，将其回移至烘干层4内的第三烘干段406处进行干燥； [0041] 步骤四：在三次烘干后，GDL从收卷出料口408移出烘干层4，收卷电机501驱动其牵引缠绕至收卷辊502上。 [0042] 对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。 |
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