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作為燃料電池的核心零部件,膜電極是由質子交換膜、催化劑層、邊框以及擴散層組成,其中催化劑是通過涂布工藝涂覆在質子交換膜兩側,要能夠保證催化層厚度均勻,不能出現裂紋、顆粒、開泡、邊緣效應、鋸齒等缺陷。目前批量化生產的涂布工藝主要有刮刀式、輥涂轉移式和狹縫擠壓式等。更多膜電極廠家、涂布設備資源,歡迎掃碼加入艾邦氫燃料電池產業群
氫燃料電池膜電極生產中常見的涂布工藝
1.?刮刀式涂布
工作原理如下圖所示,薄膜基材經過涂布輥并直接與漿料料槽接觸,過量的漿料涂在薄膜基材上,在基材通過涂輥與刮刀之間時,刮刀與基材之間的間隙決定了涂層厚度,同時將多余的漿料刮掉回流,并由此在基材表面形成一層均勻的涂層。

 

刮刀類型主要逗號刮刀。逗號刮刀是涂布頭中的關鍵部件之一,一般在圓輥表面沿母線加工成形似逗號的刃口,這種刮刀具有高的強度和硬度,易于控制涂布量和涂布精度,適用于高固含量和高黏度的漿料。

 

氫燃料電池膜電極生產中常見的涂布工藝

(逗號刮刀式涂布工藝示意圖)

氫燃料電池膜電極生產中常見的涂布工藝

2. 輥涂轉移式涂布
涂輥轉動帶動漿料,通過逗號刮刀間隙來調節漿料轉移量,并利用背輥和涂輥的轉動將漿料轉移到基材上,工藝過程如下圖所示。輥涂轉移涂布包含兩個基本過程:

  • 涂布輥轉動帶動漿料通過計量輥間隙,形成一定厚度的漿料層;
  • 一定厚度的漿料層通過方向相對的涂輥與背輥轉動轉移漿料到薄膜材上形成涂層。

 

氫燃料電池膜電極生產中常見的涂布工藝

(輥涂刮刀轉移式涂布工藝示意圖)

3.?狹縫擠出式涂布
作為一種精密的濕式涂布技術,如下所示,工作原理為涂布液在一定壓力一定流量下沿著涂布模具的縫隙擠壓噴出而轉移到基材上。

 

相比其它涂布方式,具有很多優點,如涂布速度快、精度高、濕厚均勻;涂布系統封閉,在涂布過程中能防止污染物進入,漿料利用率高、能夠保持漿料性質穩定,可同時進行多層涂布。并能適應不同漿料粘度和固含量范圍,與轉移式涂布工藝相比具有更強的適應性。

 

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(狹縫擠出式涂布工藝示意圖)

 

要形成穩定均勻的涂層,涂布過程中就需要同時滿足這幾個條件:
(1)漿料性質穩定,不發生沉降,粘度、固含量等不變化。
(2)漿料上料供應穩定,在模頭內部形成均勻穩定的流動狀態。
(3)涂布工藝在涂布窗口范圍內,在模頭與涂輥之間形成穩定的流場。
(4)走薄膜穩定,不發生走帶滑動,嚴重抖動和褶皺。

在實際批量生產中,工藝對產品的質量影響非常大,燃料電池可以借鑒十幾年前鋰電池的發展,鋰離子動力電池的規模化生產已經走過了快速成長的階段,伴隨著其生產工藝的不斷提升,鋰離子電池的能量密度和安全性也不斷提高,工藝的進步和成熟使市場產品的性能不斷提升。

 

下面是寶馬汽車電芯生產過程,電芯的生產同樣需要薄膜制備、正負極材料涂布等工藝,而鋰電池的工藝已很成熟,可以供大家觀賞學習。

 

來源:氫梯科技,節選

原文始發于微信公眾號(艾邦氫科技網):氫燃料電池膜電極生產中常見的涂布工藝

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