燃料电池膜电极生产装置的制作方法

本发明涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种燃料电池膜电极生产装置。

背景技术

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。燃料电池在原理和结构上不同于常规意义上的电池，它是一种按电化学方式直接将贮存在燃料和氧化剂的化学能转化为电能的装置。在环境污染和能源紧张的今天，燃料电池由于其环境友好、能量转化效率高等特点，有望作为化石燃料的替代能源而越来越受到各国政府的重视。

膜电极是燃料电池的核心部件，用于催化燃料电池内部的化学反应使化学能转化为电能，该膜电极的质量直接影响到燃料电池的性能。在现有技术中，该膜电极的加工通常采用多个独立操作的加工工序，使膜电极的生产效率低，且各工序需要专门的夹具配合拆装复杂，在转移与拆装的过程中容易对膜电极造成损伤，导致产品不良率高。

技术实现要素：

基于此，有必要针对膜电极的加工需要多个独立的加工工序进而导致不良率高的问题，提供一种燃料电池膜电极生产装置。

一种燃料电池膜电极生产装置，用于与所述质子交换膜原料带连接并进行加工，所述燃料电池膜电极生产装置包括：

辊压机构，所述辊压机构包括质子交换膜辊组件、若干加强框辊组件、定位辊及复合辊；

喷涂机构，所述喷涂机构设置在所述辊压机构的一侧；所述喷涂机构包括第一喷涂组件、第二喷涂组件及若干导向辊；所述第一喷涂组件与所述第二喷涂组件连接；各所述导向辊分别对应设置在所述第一喷涂组件与第二喷涂组件的侧面；

点胶粘合机构，所述点胶粘合机构设置在所述喷涂机构远离所述辊压机构的一侧；该点胶粘合机构包括第一点胶组件、与所述第一点胶组件对应的第一粘合组件、第二点胶组件、及与所述第二点胶组件对应的第二粘合组件；

热压机构，所述热压机构设置在所述点胶粘合机构的一侧；所述热压机构包括热压架、与所述热压架连接的热压驱动元件、与所述热压驱动元件连接的上压板、及与所述上压板对应设置的下压板；

模切机构，所述模切机构设置在所述热压机构的一侧；所述模切机构包括模切架、与所述模切架连接的模切驱动元件、及与所述模切驱动元件连接的模切块；及

废料回收机构。

上述燃料电池膜电极生产装置，通过设置辊压机构、喷涂机构、点胶粘合机构、热压机构、模切机构及废料回收机构使燃料电池膜电极生产装置实现对膜电极的连续化生产，提高生产效率，进而由于加工过程中不需要进行拆装的操作，有效的避免了对膜电极表面的损伤，进而降低了加工膜电极的不良率。

在其中一个实施例中，所述质子交换膜辊组件包括质子膜原料辊、及若干质子膜剥离辊；各所述质子膜剥离辊呈对称状设置。通过呈对称状设置的各质子膜剥离辊，使在剥离质子交换膜原料带两侧的保护膜时不发生弯曲，更好的保护质子交换膜原料带。

在其中一个实施例中，各所述加强框辊组件包括加强框原料辊、及加强框剥离辊；各所述加强框剥离辊对应设置在各所述加强框原料辊与复合辊之间。通过加强框剥离辊对加强框原料带设置有粘结胶的一侧的内保护膜剥离，再通过复合辊将加强框原料带分别粘合在质子交换膜原料带的两侧。

在其中一个实施例中，所述第一喷涂组件与第二喷涂组件沿竖直方向呈并排设置。有效利用空间，减小喷涂机构的占地面积，降低燃料电池膜电极生产装置的使用成本。

在其中一个实施例中，所述第一喷涂组件与第二喷涂组件的结构相同；所述第一喷涂组件包括第一喷涂架、及与所述第一喷涂架连接的第一喷头；所述第二喷涂组件包括第二喷涂架、及与所述第二喷涂架连接的第二喷头。

在其中一个实施例中，所述第一喷涂架设置在所述第二喷涂架的底部；所述第一喷头设置在所述第一喷涂架的内部并自所述第一喷涂架的顶部向下延伸设置；所述第二喷头设置在所述第二喷涂架的内部并自所述第二喷涂架的顶部向下延伸设置。通过设置各导向辊使质子交换膜原料带依次弯折穿过喷涂模块，并实现第一喷头与第二喷头分别对质子交换膜原料带的两侧进行喷涂，由于第一喷头与第二喷头均自上向下设置，进而保证对质子交换膜原料带更好的喷涂效果。

在其中一个实施例中，所述第一点胶组件用于对质子交换膜原料带的顶部进行点胶；所述第一粘合组件包括第一粘合架、第一粘合滑道、及与所述第一粘合滑道抵接的第一粘合臂；所述第一粘合臂用于设置在质子交换膜原料带的顶部并对质子交换膜原料带的顶部进行粘合。

在其中一个实施例中，所述第二粘合组件包括取料固定架、与所述取料固定架连接的取料滑道、滑设在所述取料滑道上的取料臂、与所述取料臂对应设置的第二粘合臂、与所述第二粘合臂连接的第二粘合滑道、及与所述第二粘合滑道连接的第二粘合架；所述取料滑道设置在所述第二粘合滑道的顶部，所述取料臂与第二粘合臂相向延伸设置，所述第二粘合臂用于对质子交换膜原料带的底部进行粘合。

在其中一个实施例中，所述第二点胶组件对应设置在所述第二粘合滑道的顶部；所述第二点胶组件包括第二点胶架及第二点胶喷嘴；所述第二点胶喷嘴自所述第二点胶架向所述第二粘合臂方向延伸设置。通过设置第二点胶组件向第二粘合臂上的气体扩散层点胶，再通过第二粘合臂自下向上将气体扩散层粘合在质子交换膜原料带的底部，实现不需要转动质子交换膜原料带即可完成两侧的粘合，有效防止反转过程中损伤质子交换膜。

在其中一个实施例中，所述废料回收机构包括废料辊、分别与所述废料辊连接的废料架与质子膜驱动件；所述质子膜驱动件用于为质子交换膜原料带提供驱动力。通过设置废料辊与质子膜驱动件实现燃料电池膜电极生产装置可以连续不断的生产加工，有效提高生产效率。

附图说明

图1为本发明一较佳实施方式的燃料电池膜电极生产装置的结构示意图；

图2为图1所述的喷涂机构的结构示意图；

图3为图1所述的点胶粘合机构的结构示意图；

图4为图1所述的热压机构的结构示意图；

图5为图1所述的模切机构的结构示意图；

图6为膜电极的结构示意图；

图7为质子交换膜原料带的剖视示意图；

图8为加强框原料带的剖视示意图。

附图中标号的含义为：

100-燃料电池膜电极生产装置；

10-辊压机构、11-质子交换膜辊组件、110-质子膜原料辊、115-质子膜剥离辊、12-加强框辊组件、120-加强框原料辊、125-加强框剥离辊、13-定位辊、14-复合辊；

20-喷涂机构、21-第一喷涂组件、215-第一喷涂架、216-第一喷头、22-第二喷涂组件、225-第二喷涂架、226-第二喷头、25-导向辊；

30-点胶粘合机构、31-第一点胶组件、315-第一点胶架、316-第一点胶喷嘴、32-第一粘合组件、325-第一粘合架、326-第一粘合滑道、327-第一粘合臂、35-第二点胶组件、355-第二点胶架、356-第二点胶喷嘴、36-第二粘合组件、361-取料固定架、362-取料滑道、363-取料臂、364-第二粘合臂、365-第二粘合滑道、366-第二粘合架；

40-热压机构、41-热压架、42-热压驱动元件、43-上压板、44-下压板；

50-模切机构、51-模切架、52-模切驱动元件、53-模切块；

60-废料回收机构、61-废料辊、62-废料架；

90-膜电极、91-质子交换膜、92-催化剂涂层、93-加强边框、94-气体扩散层、910-质子交换膜原料带、915-保护膜、930-加强框原料带、935-粘结胶、936-内保护膜、937-外保护膜。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

请参阅图1至图5，为本发明一较佳实施方式的燃料电池膜电极生产装置100，包括依次设置的辊压机构10、喷涂机构20、点胶粘合机构30、热压机构40、模切机构50及废料回收机构60；该燃料电池膜电极生产装置100用于与质子交换膜原料带连接并进行加工，进而加工成膜电极。可以理解地，请参阅图6，该膜电极90包括质子交换膜91、分别设置在质子交换膜91两侧的催化剂涂层92与加强边框93、及分别盖设在各加强边框93上的气体扩散层94；请参阅图7，该质子交换膜原料带910包括质子交换膜91、及分别设置在质子交换膜91两侧的保护膜915；请参阅图8，加强框原料带930包括加强边框93、设置在加强边框93一侧的粘结胶935、设置在粘结胶935背向加强边框93一侧的内保护膜936、及设置在加强边框93背向粘结胶935一侧的外保护膜937。

请再次参阅图1至图5，辊压机构10用于在质子交换膜原料带910的两侧压合加强框原料带930，该辊压机构10包括质子交换膜辊组件11、若干加强框辊组件12、定位辊13及复合辊14；该质子交换膜辊组件11用于连接质子交换膜原料带910，该质子交换膜辊组件11包括质子膜原料辊110、及若干质子膜剥离辊115；该质子膜原料辊110呈圆柱状沿水平方向延伸设置，该质子膜原料辊110与质子交换膜原料带的一端连接；各质子膜剥离辊115设置在质子膜原料辊110的一侧，各质子膜剥离辊115呈圆柱状沿水平方向延伸设置，各质子膜剥离辊115呈对称状设置在质子交换膜原料带910的两侧并分别与质子交换膜原料带两侧的保护膜915连接，用于将保护膜915从质子交换膜91两侧剥离。在本实施例中，该质子膜剥离辊115的设置数量为两个。各加强框辊组件12相对设置在质子交换膜辊组件11的上下两侧，各加强框辊组件12包括加强框原料辊120、及加强框剥离辊125；各加强框原料辊120呈圆柱状沿水平方向延伸设置，各加强框原料辊120用于连接加强框原料带930；各加强框剥离辊125呈圆柱状对应设置在加强框原料辊120与复合辊14之间，各加强框剥离辊125用于连接加强框原料带930的内保护膜936，进而将保护膜936与加强框原料带930剥离。在本实施例中，该加强框辊组件12的设置数量为两个；两个加强框辊组件12设置在质子交换膜辊组件11一侧，并相对设置在质子交换膜原料带910的上下两侧。

该定位辊13设置在质子膜剥离辊115背向质子膜原料辊110的一侧，该定位辊13呈圆柱状沿水平方向延伸设置，并分别用于抵接质子交换膜原料带910的两侧；该复合辊14呈圆柱状沿水平方向延伸设置，该复合辊14设置在各加强框辊组件12远离质子交换膜辊组件11的一侧，用于将各加强框辊组件12剥离内保护膜936后的加强边框93压合在质子交换膜91的两侧。

请参阅图1及图2，喷涂机构20设置在辊压机构10设置有复合辊14的一侧，该喷涂机构20用于在质子交换膜原料带910的两侧喷涂催化剂涂层92；该喷涂机构20包括第一喷涂组件21、第二喷涂组件22及若干导向辊25；该第一喷涂组件21包括第一喷涂架215、及与第一喷涂架215连接的第一喷头216；该第一喷涂架215呈中空长方体状结构设置，该第一喷头216对应设置在第一喷涂架215的内部，该第一喷头216沿竖直方向延伸设置并与第一喷涂架215的顶端连接，该第一喷头216自第一喷涂架215的顶部向下延伸设置；该第二喷涂组件22与第一喷涂组件21连接，该第一喷涂组件21与第二喷涂组件22沿竖直方向呈并排设置，该第二喷涂组件22的结构与第一喷涂组件21的结构相同；该第二喷涂组件22包括第二喷涂架225、及与第二喷涂架225连接的第二喷头226；该第二喷涂架225呈中空长方体状结构设置在第一喷涂架215的顶部，该第二喷头226对应设置在第二喷涂架225的内部，该第二喷头226沿竖直方向延伸设置并与第二喷涂架225的顶端连接，该第二喷头226自第二喷涂架225的顶部向下延伸设置。在本实施例中，该第一喷涂架215与第二喷涂架225为一体式结构。

各导向辊25分别对应设置在第一喷涂组件21与第二喷涂组件22的侧面，各导向辊25呈圆柱状沿水平方向延伸设置，各导向辊25用于抵接质子交换膜原料带910，进而改变质子交换膜原料带910的方向，使质子交换膜原料带910呈迂回弯折状依次穿过第一喷涂架215与第二喷涂架225，进而对质子交换膜原料带910的两侧进行喷涂加工。

请参阅图1及图3，该点胶粘合机构30设置在喷涂机构20远离辊压机构10的一侧，该点胶粘合机构30用于在质子交换膜原料带910的两侧贴合气体扩散层94。在本实施例中，该气体扩散层94为碳纸。该点胶粘合机构30包括第一点胶组件31、与第一点胶组件31对应的第一粘合组件32、第二点胶组件35、及与第二点胶组件35对应的第二粘合组件36；该第一点胶组件31包括第一点胶架315、与第一点胶架315连接的第一点胶喷嘴316；该第一点胶架315对应设置在质子交换膜原料带910的上方，该第一点胶架315用于支撑第一点胶喷嘴316，该第一点胶喷嘴316与第一点胶架315的顶端连接，该第一点胶喷嘴316自第一点胶架315向下向质子交换膜原料带910方向延伸设置，该第一点胶组件31用于对质子交换膜原料带910的顶部进行点胶。该第一粘合组件32设置在第一点胶组件31远离喷涂机构20的一侧，该第一粘合组件32包括第一粘合架325、与第一粘合架325连接的第一粘合滑道326、及与第一粘合滑道326抵接的第一粘合臂327；该第一粘合架325沿竖直方向延伸设置，用于支撑第一粘合滑道326，该第一粘合滑道326呈长条状沿水平方向延伸设置，该第一粘合滑道326对应设置在质子交换膜原料带910的上方；该第一粘合臂327呈长条状沿竖直方向延伸设置，该第一粘合臂327抵接在第一粘合滑道326上，使该第一粘合臂327可沿第一粘合滑道326上移动。在本实施例中，该第一粘合臂327为机械臂；该第一粘合臂327用于吸取气体扩散层94，并通过第一粘合滑道326移动到质子交换膜原料带910上方，将气体扩散层94下压与质子交换膜原料带910连接，该第一粘合臂327用于设置在质子交换膜原料带910的顶部并对质子交换膜原料带910的顶部进行粘合加工。

该第二粘合组件36包括取料固定架361、与取料固定架361连接的取料滑道362、滑设在取料滑道362上的取料臂363、与取料臂363对应设置的第二粘合臂364、与第二粘合臂364连接的第二粘合滑道365、及与第二粘合滑道365连接的第二粘合架366；该取料固定架361沿竖直方向延伸设置，该取料固定架361用于固定连接取料滑道362；该取料滑道362呈长条状沿水平方向延伸设置，该取料滑道362对应设置在第二粘合滑道365的顶部；该取料臂363沿竖直方向延伸设置，该取料臂363自取料滑道362向下延伸设置，该取料臂363滑设在取料滑道362上进而可以沿取料滑道362方向移动，该取料臂363用于吸取气体扩散层94；该第二粘合臂364对应设置在取料臂363的下方，该第二粘合臂364沿竖直方向延伸设置，该第二粘合臂364与取料臂363相向延伸设置，该第二粘合臂364对应设置在质子交换膜原料带910底部；该第二粘合臂364抵接在第二粘合滑道365上，该第二粘合滑道365呈长条状沿水平方向延伸设置，该第二粘合滑道365对应设置在取料滑道362及质子交换膜原料带910的下方；该第二粘合架366与第二粘合滑道365连接固定，该第二粘合架366沿竖直方向延伸设置，用于固定支撑该第二粘合滑道365。在本实施例中，该取料臂363为机械臂；该第二粘合臂364为机械臂；该取料臂363吸取气体扩散层94后沿取料滑道362移动至第二粘合臂364的上方，并将气体扩散层94放置在第二粘合臂364上，该第二粘合臂364沿第二粘合滑道365方向移动至质子交换膜原料带910的下方用于对质子交换膜原料带910的底部进行粘合加工。更进一步地，该取料滑道362与第二粘合滑道365相互垂直设置。

该第二点胶组件35对应设置在第二粘合滑道365的顶部，该第二点胶组件35包括第二点胶架355及第二点胶喷嘴356；该第二点胶架355沿竖直方向延伸设置，该第二点胶架355架设在第二粘合滑道365的上方；该第二点胶喷嘴356沿竖直方向延伸设置，该第二点胶喷嘴356设置在第二点胶架355的顶端，该第二点胶喷嘴356自第二点胶架355向下向第二粘合臂364方向延伸设置，该第二点胶喷嘴356的位置与第二粘合臂364的位置对应，该第二点胶组件35用于对吸附在第二粘合臂364上的气体扩散层94顶部进行点胶，进而通过第二粘合臂364将气体扩散层94向上粘合在质子交换膜原料带910的底部。

请参阅图1及图4，热压机构40设置在点胶粘合机构30远离喷涂机构20的一侧，该热压机构40用于对粘合在质子交换膜原料带910两侧的气体扩散层94进行加热压合加工；该热压机构40包括热压架41、与热压架41连接的热压驱动元件42、与热压驱动元件42连接的上压板43、及与上压板43对应设置的下压板44；该热压架41呈中空矩形状结构沿竖直方向延伸设置；该热压驱动元件42沿竖直方向设置，该热压驱动元件42设置在热压架41的顶部并与热压架41连接固定，该热压驱动元件42穿过热压架41的顶部与上压板43连接固定；该上压板43呈矩形直板状沿水平方向延伸设置，该上压板43沿竖直方向滑设在热压架41上，该上压板43上设置有加热装置(图未视)用于提高上压板43的温度进而提高压合效果；该下压板44呈矩形直板状沿水平方向延伸设置，该下压板44与上压板43的形状相对应，该下压板44对应设置在上压板43的下方，该下压板44的顶部用于放置质子交换膜原料带910，进而通过上压板43的移动对质子交换膜原料带910进行加热压合加工。可以理解地，该热压驱动元件42为液压缸、气缸及电动机中的一种。

请参阅图1及图5，该模切机构50设置在热压机构40远离点胶粘合机构30的一侧，该模切机构50用于对加热压合后的质子交换膜原料带910进行模切加工；该模切机构50包括模切架51、与模切架51连接的模切驱动元件52、及与模切驱动元件52连接的模切块53；该模切架51呈中空矩形状沿竖直方向延伸设置，用于支撑固定该模切驱动元件52；该模切驱动元件52沿竖直方向设置，该模切驱动元件52设置在模切架51的顶部并与模切架51连接固定，该模切驱动元件52穿过模切架51的顶部与模切块53连接固定；该模切块53呈中空结构设置，该模切块53自模切驱动元件52向下向质子交换膜原料带910方向延伸设置，该模切块53用于对质子交换膜原料带910进行模切加工。可以理解地，该模切驱动元件52为液压缸、气缸及电动机中的一种。

请参阅图1，废料回收机构60设置在模切机构50远离热压机构40的一侧，该废料回收机构60与质子交换膜原料带910的一端连接用于对模切后的废料进行回收，并为质子交换膜原料带910提供驱动力；该废料回收机构60包括废料辊61、及分别与废料辊61连接的废料架62及质子膜驱动件(图未视)；该废料辊61呈圆柱状沿水平方向延伸设置，该废料辊61与质子交换膜原料带910的一端连接，该质子交换膜原料带910的另一端与质子膜原料辊110连接；该废料架62与废料辊61枢接，使废料辊61可在废料架62上转动，该废料架62用于支撑废料辊61；该质子膜驱动件与废料辊61连接，用于驱动废料辊61的转动。在本实施例中，该质子膜驱动件为步进电机；该废料架62呈三角形状沿竖直方向延伸设置，该废料辊61与废料架62的顶端连接，通过呈三角形状设置的废料架62用于提高对废料辊61的支撑可靠性。

本发明中的燃料电池膜电极生产装置100的工作原理为：工作时，先将质子交换膜原料带910安装在质子膜原料辊110与废料辊61之间，再将加强框原料带930安装在加强框原料辊120上；质子交换膜原料带910先通过质子膜剥离辊115将质子交换膜原料带910两侧的保护膜915剥离，同时设置在质子交换膜原料带910上下两侧的加强框原料带930通过加强框剥离辊125，进而使加强框原料带930的内保护膜剥离，使粘结胶935向质子交换膜原料带910方向设置；质子交换膜原料带910与两侧的加强框原料带930在复合辊14处压合在一起；压合后的质子交换膜原料带910进入喷涂机构20，通过各导向辊25使质子交换膜原料带910的两侧均被喷涂上催化剂涂层；喷涂后催化剂涂层92的质子交换膜原料带910进入点胶粘合机构30，通过第一点胶组件31在质子交换膜原料带910的顶部点胶，并通过第一粘合组件32将气体扩散层94粘合在质子交换膜原料带910的顶部，再通过第二粘合组件36吸取气体扩散层94并通过第二点胶组件35在该气体扩散层94上进行点胶，再通过第二粘合臂364将该气体扩散层94向上粘合在质子交换膜原料带910的底部；质子交换膜原料带910两侧粘合气体扩散层94后进入热压机构40，通过上压板43与下压板44将各气体扩散层94与质子交换膜原料带910压合在一起；压合完成后质子交换膜原料带910通过模切机构50进行模切加工；模切完成后最后通过废料回收机构60对质子交换膜原料带910模切后的废料进行收集，完成膜电极90加工。

上述燃料电池膜电极生产装置，通过设置辊压机构、喷涂机构、点胶粘合机构、热压机构、模切机构及废料回收机构使燃料电池膜电极生产装置实现对膜电极的连续化生产，提高生产效率，进而由于加工过程中不需要进行拆装的操作，有效的避免了对膜电极表面的损伤，进而降低了加工膜电极的不良率。

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。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。