一种燃料电池膜电极涂敷装置的制作方法

1.本发明涉及燃料电池生产技术领域，尤其涉及一种燃料电池膜电极涂敷装置。


背景技术：

2.燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高外，燃料电池用燃料和氧气作为原料，同时没有机械传动部件，故排放出的有害气体极少，使用寿命长。由此可见，从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术，膜电极制备目前常采用喷涂及转印方式，工序较多，导致膜电极生产效率低成本高的问题；电极作为燃料电池的核心组件，其主要有质子交换膜、催化层和扩散层组成，催化层作为燃料在膜电极内发生化学反应的场所，其结构的优化和性能的提高一直以来都是研究的重点。催化层一般由pt颗粒、可传导电子的碳载体、可传导质子和粘合作用的离聚物(一般为nafion溶液)和大量的孔隙组成。
3.公开号为cn101752570a的中国专利中公开了一种质子交换膜燃料电池电极制备方法，包括直接将催化剂涂敷到质子交换膜，或者将催化剂先涂敷在转印膜上，再热压转印到质子交换膜。包括：催化剂配制、质子交换膜裁剪、夹具和底座制备、催化剂涂布、烘干或转印、热压等步骤。该发明取得了提高pt利用率，减少催化剂使用量，降低电极制作成本等有益效果，但是该专利不能够自动化可调节的制备过渡层催化层浆料。


技术实现要素：

4.针对上述技术问题本发明公开一种燃料电池膜电极涂敷装置，包括底座，底座上装有制备装置、涂抹装置、移动装置和摇晃装置，所述移动装置位于涂抹装置的下侧，移动装置上放置等待涂敷的电池膜电极，所述制备装置包括固定环，固定环上装有多个上料组件，上料组件下方连接有混合筒，所述摇晃装置带动混合筒摇动，所述的上料组件包括料筒，料筒内储存原料，每个不同的料筒内放置不同的原料，料筒的下端固定装有连通管ⅱ，连通管ⅱ内设置单向阀，涂料只能向离开料筒的方向流动，连通管ⅱ上固定装有活塞管，活塞管内滑动装有活塞杆，活塞杆上固定装有齿条ⅰ，活塞管的一端通过管道组件与混合筒连接，固定环上固定装有连接板，连接板上固定装有调节盒，调节盒内旋转装中心齿轮，中心齿轮与齿条ⅰ啮合，调节盒内滑动装有齿条ⅱ，齿条ⅱ与中心齿轮啮合，齿条ⅱ的一端固定装有顶杆，顶杆的一侧配合有斜板，斜板可升降，斜板升降带动顶杆移动，所述中心齿轮上固定装有调节阀，顶杆与连接板之间通过弹簧ⅰ连接。
5.进一步地，所述摇晃装置包括电机，电机固定安装在底座上，底座上固定装有齿轮架，电机的转轴上固定装有锥齿轮ⅰ，锥齿轮ⅰ上旋转装有锥齿轮ⅱ，锥齿轮ⅱ与锥齿轮ⅰ啮合，锥齿轮ⅱ的一侧固定装有转轴，转轴一侧装有偏心组件，所述齿轮架下端通过支杆固定装有球，球下侧配合有球槽，球槽下端固定装有中间块，中间块的第一端固定装有放置杆，
放置杆上固定装有所述混合筒，中间块的第二端旋转装有连接轴，所述偏心组件带动带动球槽和中间块绕着球转动。
6.进一步地，所述偏心组件包括立板，立板上固定装有气缸ⅱ，气缸ⅱ的缸臂上固定装有拨板，拨板上固定装有套筒，套筒套设在转轴上，套筒能在转轴上滑动和转动，套筒上铰接有弯杆，弯杆上固定装有滑槽，弯杆上设置长槽，长槽内配合有铰接轴，铰接轴上固定装有中转杆，中转杆上固定装有圆弧槽，圆弧槽内配合有圆滑轴，圆滑轴在滑槽和圆弧槽内转动和滑动，圆弧槽的圆弧心与所述球球心位置相同，圆滑轴上固定装有圆盘，圆盘与所述连接轴旋转连接，圆弧槽与所述转轴固定连接。
7.进一步地，所述拨板的一侧旋转装有拨轮ⅱ，拨轮ⅱ的第一侧固定装有伸缩轴ⅱ，拨轮ⅱ的第二侧固定装有齿轮ⅱ，齿轮ⅱ上固定装有短轴，短轴上铰接有连杆，所述斜板下侧固定装有圆板，圆板与连杆铰接，转轴上固定装有齿轮ⅰ，齿轮ⅰ与齿轮ⅱ啮合。
8.进一步地，所述移动装置包括安装架，安装架上滑动装有移动板，移动板上铰接有两个气缸ⅰ，移动板上固定装有转架，气缸ⅰ的缸臂上铰接有真空吸盘，真空吸盘上放置电池膜电极，两个真空吸盘都铰接在所述转架上。
9.进一步地，所述移动装置还包括移动架，移动架固定安装在移动板下端，移动架内滑动装有同步杆，同步杆的第一端固定装有磁块ⅰ，移动架上固定装有金属块ⅰ，皮带的第一侧位于金属块ⅰ和磁块ⅰ之间，同步杆的第二端固定装有磁块ⅱ，移动架上固定装有金属块ⅱ，皮带的第二侧位于金属块ⅱ和磁块ⅱ之间，所述移动板上固定装有楔形块ⅰ和楔形块ⅱ，所述同步杆上旋转装有滚轮ⅰ和滚轮ⅱ，滚轮ⅰ和滚轮ⅱ与楔形块ⅰ和楔形块ⅱ接触时带动同步杆滑动。
10.进一步地，所述同步杆的两端套设弹簧ⅱ和弹簧ⅲ，弹簧ⅱ的第一端固定安装在移动架上，弹簧ⅱ的第二端固定安装在同步杆上，弹簧ⅲ的第一端固定安装在移动架上，弹簧ⅲ的第二端固定安装在同步杆上。
11.进一步地，所述涂抹装置包括支撑杆，支撑杆固定安装在底座上，支撑杆上固定装有泵，泵与混合筒之间通过软管ⅱ连接，泵的下端装有涂抹头。
12.本发明与现有技术相比的有益效果是：(1)本发明制备装置中设置多组上料组件并通过圆板的上下移动同时进行上料，上料组件中设置了调节阀，可以对每种原料使用进行调节；(2)本发明摇晃装置中设置了偏心组件，偏心组件可以调节混合筒晃动的幅度，使得混合筒内的原料混合更加充分；(3)本发明中的圆板与摇晃装置使用同一个驱动组件，并通过气缸ⅱ的控制实现分步骤驱动，偏心组件的偏心幅度也由气缸ⅱ进行控制；(4)本发明的移动装置中设置两个气缸ⅰ和两个真空吸盘可以轻易实现对电池膜电机翻面，使得涂敷效率增加；(5)本发明的移动装置中磁块ⅱ和磁块ⅰ可以通过与皮带的固定和分离实现往复运动，使得涂敷质量更好，涂敷效率更高。
附图说明
13.图1为本发明的整体示意图。
14.图2为本发明的制备装置示意图。
15.图3为图2中a处放大图。
16.图4为本发明的上料组件示意图。
17.图5为本发明的上料组件内部结构示意图。
18.图6为本发明的摇晃装置示意图。
19.图7为图6中b处放大图。
20.图8为本发明的偏心组件示意图。
21.图9为本发明的偏心组件另一角度示意图。
22.图10为本发明的偏心组件部分零件示意图。
23.图11为本发明的涂抹装置示意图。
24.图12为本发明的移动装置示意图。
25.图13为本发明的移动装置内部结构示意图。
26.图14为本发明的移动组件部分结构示意图。
27.附图标号：1-制备装置；2-涂抹装置；3-移动装置；4-摇晃装置；5-底座；101-中心柱；102-斜板；103-圆板；104-固定环；105-环形通道；106-连通管ⅰ；107-活塞管；108-连接架；109-料筒；110-连通管ⅱ；111-连接板；112-弹簧ⅰ；113-调节盒；114-顶杆；115-调节阀；116-中心齿轮；117-齿条ⅰ；118-齿条ⅱ；119-活塞杆；120-软管ⅰ；121-混合筒；122-连杆；201-支撑杆；202-软管ⅱ；203-泵；204-涂抹头；301-安装架；302-移动板；303-气缸ⅰ；304-真空吸盘；305-转架；306-导向杆；307-带轮ⅰ；308-楔形块ⅰ；309-皮带；310-楔形块ⅱ；311-带轮ⅱ；312-移动架；313-金属块ⅰ；314-磁块ⅰ；315-弹簧ⅱ；316-同步杆；317-弹簧ⅲ；318-磁块ⅱ；319-金属块ⅱ；320-滚轮ⅰ；321-滚轮ⅱ；401-电机；402-锥齿轮ⅰ；403-锥齿轮ⅱ；404-齿轮架；405-支杆；406-球；407-球槽；408-中间块；409-连接轴；410-放置杆；411-转轴；412-齿轮ⅰ；413-拨轮ⅰ；414-套筒；415-弯杆；416-圆盘；417-圆滑轴；418-滑槽；419-圆弧槽；420-中转杆；421-铰接轴；422-拨轮ⅱ；423-齿轮ⅱ；424-伸缩轴ⅰ；425-立板；426-气缸ⅱ；427-伸缩轴ⅱ；428-拨板；429-短轴。
具体实施方式
28.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
29.其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
30.实施例：如图1-图14所示的一种燃料电池膜电极涂敷装置，包括底座5，底座5上装有制备装置1、涂抹装置2、移动装置3和摇晃装置4，移动装置3位于涂抹装置2的下侧，移动装置3上放置等待涂敷的电池膜电机，并带动电池膜电机移动，方便涂敷，制备装置1中设置多个上料组件，放置不同的原料，将涂料放入混合筒121中，摇晃装置4对混合筒121进行摇晃，之后吸入涂抹装置2中进行涂敷。
31.其中制备装置1包括中心柱101，中心柱101上固定装有圆板103，圆板103上固定装有多个斜板102，圆板103上固定装有固定环104，固定环104上装有多个上料组件，上料组件与斜板102数量相同，位置对应，在本实施例中，上料组件包括连接架108，连接架108固定安装在固定环104上，连接架108上固定装有料筒109，料筒109内放置原料，料筒109下端固定装有连通管ⅱ110，连通管ⅱ110内设置单向阀，原料只能从料筒109向外流动，连通管ⅱ110
下端固定装有活塞管107，活塞管107的第一端固定装有连通管ⅰ106，连通管ⅰ106内也设置单向阀，活塞管107的第二端滑动装有活塞杆119，活塞杆119上固定装有齿条ⅰ117，固定环104上固定装有连接板111，连接板111下端固定装有调节盒113，调节盒113内滑动装有顶杆114，顶杆114上固定装有齿条ⅱ118，连接板111上设置滑动轴，滑动轴上滑动装有顶杆114，顶杆114与调节盒113滑动连接，调节盒113内旋转装有中心齿轮116，中心齿轮116的两侧分别啮合有齿条ⅰ117和齿条ⅱ118，中心齿轮116的下端固定装有调节阀115，顶杆114的一端与斜板102接触，当需要取料时，圆板103上升带动斜板102上升，推动顶杆114向活塞杆119的方向移动，此时通过中心齿轮116带动齿条ⅰ117向斜板102的方向移动，进而带动活塞杆119移动，此时通过连通管ⅱ110将料筒109中的原料吸到活塞管107中，之后圆板103下降带动斜板102下降，弹簧ⅰ112将顶杆114推回原位，进而活塞杆119退回原位，活塞杆119将活塞管107内的原料推入中心齿轮116。
32.制备装置1还包括环形通道105，环形通道105与所有连通管ⅰ106连接，环形通道105向一侧倾斜，环形通道105的最低端固定装有软管ⅰ120，软管ⅰ120的上固定装有混合筒121，被推入连通管ⅰ106的原料顺着环形通道105和软管ⅰ120流入混合筒121，在制备装置1中环形通道105、连通管ⅰ106和软管ⅰ120组成管道组件用于运送原料。
33.摇晃装置4包括电机401，电机401固定安装在底座5上，底座5上固定装有齿轮架404，电机401的转轴上固定装有锥齿轮ⅰ402，锥齿轮ⅰ402上啮合有锥齿轮ⅱ403，锥齿轮ⅱ403旋转安装在齿轮架404上，锥齿轮ⅱ403上固定装有转轴411，转轴411上装有偏心组件，摇晃装置4还包括支杆405，支杆405固定安装在齿轮架404下侧，支杆405上固定装有球406，球406上球铰接有球槽407，球槽407固定安装在中间块408上，中间块408的一端固定装有放置杆410，放置杆410上固定装有混合筒121，中间块408的另一端旋转装有连接轴409，偏心组件带动连接轴409摆动。
34.在本实施例中，偏心组件包括立板425，立板425固定安装在底座5上，立板425上固定装有气缸ⅱ426，气缸ⅱ426的缸臂上固定装有拨板428，拨板428的第一端固定装有拨轮ⅰ413，拨轮ⅰ413与转轴411旋转连接，拨轮ⅰ413也可在转轴411上滑动，拨轮ⅰ413上固定装有套筒414，套筒414在转轴411上转动和滑动，套筒414上铰接有弯杆415，弯杆415上设置有长槽，弯杆415的一端固定装有连接轴409的一端旋转装有圆盘416，圆盘416的轴心固定装有圆滑轴417，转轴411上固定装有圆弧槽419，圆弧槽419上固定装有中转杆420，中转杆420上固定装有铰接轴421，铰接轴421在弯杆415的长槽内转动和滑动，圆滑轴417在滑槽418和圆弧槽419内转动和滑动，圆弧槽419的圆弧心与球406球心位置相同，气缸ⅱ426伸缩控制拨板428，进而控制套筒414移动，通过滑槽418控制圆滑轴417在圆弧槽419上滑动，同时带动连接轴409倾斜，此时启动电机401，通过传动带动连接轴409的一端摆动，连接轴409通过中间块408带动放置杆410绕着球406摆动，由此对混合筒121进行晃动。
35.摇晃装置4还可以带动制备装置1工作，其结构包括齿轮ⅰ412，齿轮ⅰ412固定安装在转轴411上，齿轮ⅰ412的一侧啮合有齿轮ⅱ423，齿轮ⅱ423的一侧通过伸缩轴ⅰ424旋转安装在齿轮架404上，齿轮ⅱ423的偏心位置固定装有短轴429，短轴429上固定装有拨轮ⅱ422，拨轮ⅱ422通过伸缩轴ⅱ427旋转安装在立板425上，伸缩轴ⅱ427与伸缩轴ⅰ424同轴心，拨轮ⅱ422旋转安装在拨板428上，短轴429上旋转装有连杆122，连杆122顶端旋转装有圆板103，通过一个曲柄滑块机构带动圆板103上下移动。
36.涂抹装置2包括支撑杆201，支撑杆201固定安装在底座5上，支撑杆201上固定装有泵203，泵203的一端固定装有软管ⅱ202，软管ⅱ202与混合筒121固定连接，泵203的另一端固定装有涂抹头204，泵203从混合筒121中吸取混合均匀的原料，并通过涂抹头204对移动装置3上的电池膜电极进行涂敷。
37.移动装置3包括安装架301，安装架301固定安装在底座5上，安装架301上滑动装有移动板302，移动板302上铰接两个气缸ⅰ303，移动板302中间位置固定装有转架305，气缸ⅰ303的缸臂上铰接有真空吸盘304，两个真空吸盘304都铰接在转架305上，电池膜电机放在其中一个真空吸盘304上，并吸附住，涂敷完毕后两个气缸ⅰ303同时伸长，使得两个真空吸盘304的外端都向上转动，最终一个真空吸盘304停止吸附，另一个真空吸盘304开启吸附，然后恢复原位，相当于将电池膜电机翻面，继续进行涂敷，安装架301内固定装有导向杆306，导向杆306上滑动装有移动架312，移动架312与移动板302底端固定连接，安装架301内旋转装有带轮ⅰ307和带轮ⅱ311，带轮ⅰ307和带轮ⅱ311之间装有皮带309，移动架312内滑动装有同步杆316，同步杆316的第一端固定装有磁块ⅰ314，移动架312上固定装有金属块ⅰ313，皮带309的第一侧位于金属块ⅰ313和磁块ⅰ314之间，同步杆316的第二端固定装有磁块ⅱ318，移动架312上固定装有金属块ⅱ319，皮带309的第一侧位于金属块ⅱ319和磁块ⅱ318之间，移动板302上固定装有楔形块ⅰ308和楔形块ⅱ310，同步杆316上旋转装有滚轮ⅰ320和滚轮ⅱ321，滚轮ⅰ320和滚轮ⅱ321与楔形块ⅰ308和楔形块ⅱ310接触时带动同步杆316滑动，同步杆316的两端套设弹簧ⅱ315和弹簧ⅲ317，弹簧ⅱ315的第一端固定安装在移动架312上，弹簧ⅱ315的第二端固定安装在同步杆316上，弹簧ⅲ317的第一端固定安装在移动架312上，弹簧ⅲ317的第二端固定安装在同步杆316上，在本实施例中带轮ⅰ307通过小皮带与电机401连接，在其他实施例中带轮ⅰ307可以通过任意的电机驱动。
38.在涂敷时，带轮ⅰ307旋转带动皮带309移动，此时磁块ⅱ318和金属块ⅱ319夹紧皮带并跟随皮带309移动，滚轮ⅰ320与楔形块ⅱ310接触时，磁块ⅱ318离开金属块ⅱ319，同时磁块ⅰ314夹紧金属块ⅰ313，移动架312开始带动移动板302反向移动。
39.工作原理：初始时，连接轴409处于与转轴411同轴心的位置，齿轮ⅱ423与齿轮ⅰ412啮合，首先调节调节阀115，手动旋转调节阀115，带动齿条ⅰ117和齿条ⅱ118移动，此时顶杆114与斜板102产生间隙，通过控制这个间隙大小进而控制活塞杆119在活塞管107内的行程，达到控制料筒109中原料供给量的目的，启动电机401，电机401通过锥齿轮ⅰ402带动锥齿轮ⅱ403旋转，移动板302带动齿轮ⅰ412旋转，齿轮ⅰ412带动齿轮ⅱ423旋转，齿轮ⅱ423通过短轴429带动连杆122，连杆122带动圆板103上下往复移动，此时斜板102上下移动推动顶杆114移动，顶杆114配合弹簧ⅰ112也往复移动，通过齿条ⅱ118和中心齿轮116带动齿条ⅰ117往复移动，活塞杆119在向顶杆114的方向移动时将料筒109内的原料抽出，活塞杆119反向移动时将原料推入连通管ⅰ106中，由于连通管ⅰ106和连通管ⅱ110中设置了单向阀，所以原料不会逆流，原料经过连通管ⅰ106、环形通道105和软管ⅰ120流入混合筒121，当原料取够后，启动气缸ⅱ426，气缸ⅱ426带动拨板428移动，拨板428带动拨轮ⅱ422，拨轮ⅱ422带动齿轮ⅱ423移动，所以齿轮ⅱ423与齿轮ⅰ412脱离啮合，此时继续移动拨板428，带动拨轮ⅰ413在转轴411上滑动，进而带动套筒414滑动，套筒414的滑动带动弯杆415移动，通过移动的幅度驱动圆滑轴417在圆弧槽419上滑动，转轴411与连接轴409此时不再同轴心，转轴411继续旋转带动整个偏心组件绕着转轴411旋转，同时也带动连接轴409的顶端绕着圆形摆
动，此时中间块408在球406上绕动，进而带动放置杆410摆动，也是圆形轨迹，并带动混合筒121摆动，将里边的不同原料晃动摇匀。
40.摇匀后泵203将混合筒121中的原料吸附到泵203中，并注入涂抹头204，涂抹头204对真空吸盘304上的电池膜电极进行涂敷，此时通过小皮带带动带轮ⅰ307旋转，磁块ⅱ318和金属块ⅱ319夹紧皮带309，并跟随皮带309移动，当滚轮ⅰ320与楔形块ⅱ310接触时，滚轮ⅰ320推动滚轮ⅰ320向金属块ⅰ313的方向移动，于是磁块ⅱ318离开金属块ⅱ319，同时磁块ⅰ314夹紧金属块ⅰ313，同时移动架312反向移动，并带动移动板302反向移动，移动架312触碰到楔形块ⅰ308时，同步杆316向金属块ⅱ319的方向移动，金属块ⅰ313与磁块ⅰ314脱离，磁块ⅱ318与金属块ⅱ319夹紧皮带309，移动架312再次反向移动，移动板302因此反复移动，并带动真空吸盘304上的电池膜电机反复移动，一面涂好后两个气缸ⅰ303伸长，带动两个真空吸盘304的外端互相靠近，一个真空吸盘304停止吸附，另一个开始吸附，将电池膜电机翻到另一真空吸盘304上，给电池膜电机翻面，移动板302继续往复运动，进行涂敷。