《燃料电池技术》课件-2.2.2.1.膜电极自动化生产线工艺流程

氢能技术应用专业教学资源库膜电极自动化生产线工艺流程膜电极2七合一MEA气体扩散层边框基材边框胶层CCM边框胶层边框基材气体扩散层未势能源MEA生产简介3生产工序CCM生产催化剂配制催化剂涂覆催化剂干燥边框贴合排料压力贴合气体扩散层贴合涂胶GDL贴合测试气密性测试4催化剂浆料配制离聚物较常用质子交换膜的化学单体，比如Nafion原液单体将与Nafion膜形成牢固结合并成为膜的一部分，将催化剂颗粒固定在膜上增大接触面积有利于氢离子的传输扩大电化学反应三相界面面积催化剂浆料配制比例浆料名称物料名称参数数值（重量比）阳极浆料Pt-C催化剂15%去离子水40%甲醇类有机溶剂40%聚离体溶液做粘合剂5%阴极浆料Pt-C催化剂20%去离子水35%甲醇类有机溶剂35%聚离体溶液做粘合剂10%6催化剂分散催化剂分散桨式搅拌机球式搅拌机超声分散机7过程控制参数示例序号参数名称参数数值1阴极铂载量0.4mg/cm²2阳极铂载量0.1mg/cm²3环境控制无污染物4分散搅拌时间＞1h5建议搅拌温度25℃6建议搅拌转速600~4000rpm8品质特征及影响因素分类参数名称影响品质因素（1）搅拌分散时间（2）温度（3）环境品质特征（1）多孔性（2）粘度（3）铂分布的均匀性9催化剂涂覆工艺催化剂层生产工艺喷涂狭缝涂布丝网印刷生产流程直涂法转印法10狭缝涂布原理11送料泵催化剂浆料涂布头储液腔半月面基材基材运动方向鸿基创能MEA生产12喷涂法原理整体框图局部放大图乳液毛细管喷嘴基底乳液喷雾喷涂有两种：1.静电喷涂；2.超声波喷涂；技术关键：1.尽可能均匀；2.尽可能减少材料浪费13喷涂法14转印法15狭缝涂布生产线示意16催化剂涂布过程参数序号参数名称参数数值1阳极膜厚3~15µm2阴极膜厚10~30µm3供料速度0.1~1m/min4干燥时间约4min5干燥温度加热气流约30~70℃加热辊设定约120~160℃17催化剂涂布品质特征分类参数名称品质特征（1）涂层均匀一致性（2）涂层厚度（3）涂层干燥度（4）粒径大小影响品质因素（1）催化剂浆料粘度（2）使用的工具或设备（3）干燥设备温度18热转印19热转印过程参数序号参数名称参数数值1线性拉力150~250N/cm2热压辊温度100~170℃20品质特征及影响因素分类参数名称品质特征（1）聚合物膜无残留（2）聚合物膜层对催化剂层没有损坏（3）催化剂层在PEM上的良好附着影响品质因素（1）承接催化剂层的聚合物膜的品质（离型效果，催化层能不能正常剥离）（2）供料速度和辊子压力以及温度的组合。（决定催化层和PEM的接着效果）（3）压力持续时间21密封边框加工图22材料GDLCCM边框材料基材：PI，PET，PEN胶层：热熔胶、压接胶设备真空热压机（热熔胶）压合机（压接胶）23控制参数序号参数名称参数数值1供料速度最高可达30m/min2切孔根据产品几何形状定制的辊模24品质特征及影响因素分类参数名称品质特征（1）密封边框的精准定位（2）MEA表面无污染（3）密封边框与CCM的连接强度影响品质因素（1）各辊轴的同向、同轴平行对齐等（多层料不能跑偏）（2）边框和CCM之间的位置公差25气体扩散层贴合26气体扩散层贴合过程控制参数序号参数名称参数数值1热压温度100~160℃2接触压力1.000~10.000kgf/cm²27气体扩散层贴合品质特征及影响因素分类参数名称品质特征（1）GDL的位置精度（2）连接强度（3）切割几何形状的精确度影响品质因素（1）整个加工系统轴向（2）径向角度和偏移量的管控（3）供料速度（4）热压温度和压力、以及时间的组合管理（5）主动压力持续时间28膜电极截面图29MEA生产设备30精密裁切机精密裁切机主要功能是能够按导入的CAD图形路径进行切割，既可全切又可半切，可切割任意形状，产品换型简单。可切割边框膜、质子膜、CCM、5-MEA等不同膜电极材料。设备的关键性能来料尺寸、切割路径、切割精度、切割速度等。31精密裁切机操作步骤序号操作内容精密裁切机操作步骤1放置待切产品将待切产品放置于切割台面上2开启真空吸附开启真空吸附并将待切产品铺平3选择程序在操作界面上选择相应的程序4自动完成切割设备自动进行切割操作5下料处理完成切割后，将切割好的产品从设备中取出，进行下料处理3233通过精密注射泵将催化剂浆料经过管道送入模头，通过模头腔体将浆料均匀分布，然后将浆料挤压至固定在涂布平台上的质子膜片材的表面，从而实现质子膜片材的定量涂布。关键性能参数涂层样式涂层尺寸、涂层厚度、涂布速度等。涂布机操作步骤五合一贴合机五合一贴合机，采用真空排泡工艺，将已经裁切成片材的CCM和边框膜贴合成五层膜电极。阴阳极边框膜由人工上料，通过销钉定位；CCM由人工上料，通过视觉系统定位。采用真空贴合的工艺方案，适用于压敏胶边框和热熔胶边框生产。设备的关键性能参数视野范围、定位精度、腔体真空度、贴合压力、贴合温度等。34五合一贴合机内部作业流程序号操作内容五合一贴合机操作步骤1铺平边框膜并剥离离型膜将两个边框膜铺平吸附在边框膜的吸板上，并剥离边框膜的离型膜2CCM上料将CCM铺平吸附在CCM上料载盘上3拍照检测CCM位置启动设备，CCM上料载盘移动到拍照位，视觉系统拍照检测CCM的实际位置，将位置偏差反馈给CCM移载机器人4取CCM并贴合CCM上料载盘移动到CCM取料位，CCM移载机器人补偿位置偏差后，从载盘上吸取CCM，然后放置并吸附到下边框上5上腔体操作上腔体翻转并平移到下腔体上方6下腔体操作下腔体顶升与上腔体闭合7完成贴合抽真空，完成贴合8打开腔体破真空，腔体打开，上腔体复位9取出成品人工取出成品35七合一贴合机七合一贴合单机，将已经裁切好尺寸的GDL和已经裁切好水气孔的5-MEA进行贴合，设备内集成了GDL点胶、GDL与5-MEA贴合及保压功能。设备各工位全部采用机械方式定位，运行稳定可靠，后期维护成本低。设备的关键性能参数点胶工艺、胶水类型、胶桶容量、热熔温度、胶线位置偏差、胶线宽度（压合后）、胶线宽度偏差、胶线厚度、贴合压力等。36气密性检测适用于膜电极成品进行气密检测和阻抗检测。气密检测的基本原理是通过治具将膜电极的阴极侧密封成一个腔体，阳极侧与大气相通，设备在MEA阴阳极之间建立一定的压差，同时阴极腔体与标准腔体建立同等正压，保压一段时间，通过监测保压过程中阴极腔体流量的变化来判定膜电极的气密效果，或者通过阴极腔体与标准腔体之间的压差变化来判定膜电极的气密效果。设备的关键性能参数检测方式、检测精度、检测底噪和检测分辨率等。37气密性检测流程序号操作内容气密检测机