[发明专利]一种制备质子交换膜燃料电池扩散层料浆的装置及方法

权利要求书

1.一种制备质子交换膜燃料电池扩散层料浆的装置，包括动力装置、传动装置、搅拌桶3、由动力装置通过传动装置带动的低速搅拌器4、高速分散器5；其特征在于，所述的动力装置包括低速分散电机101、高速分散电机102和自动升降电机103，所述的传动装置包括传动轮系205、传动轴和转动架204，传动轴包括中空的、由低速分散电机101带动的低速传动主轴201，置于中空的低速传动主轴201内的、由高速分散电机102带动的高速传动轴202以及置于高速传动轴202内中空的管线轴203，上述三轴内部通过轴承嵌套固定，通过轴承座固定在机架7上；一个中空的圆柱体转动架204通过键连接安装在主轴201上，同主轴201一起转动；

所述的转动架204内设置有两根低速转动轴4a、4b，其下端穿过转动架并与转动架下端面垂直，两安装点与下端面圆心中心对称，安装点距圆心1/8d-1/4d，两个低速搅拌器4安装在转动轴4a、4b的下端伸入搅拌桶3内；转动轴4a、4b的上端穿过转动架上端面并通过小齿轮与固定在机架上的大齿轮205啮合，传动比为1∶1-1∶4，优选1∶2，转动轴4a、4b带动两个低速搅拌器4在随转动架204一起转动时实现自身的转动；

所述的转动架204内还设置有两根与转动架204下端面垂直的高速转动轴5a、5b，其两安装点与下端面圆心中心对称，安装点距圆心1/6d-3/10d，高速传动轴安装点连线与低速传动轴安装点连线垂直，高速转动轴5a、5b的顶端安装有从动带轮206，从动带轮通过同步带与安装在高速传动轴202上的主动带轮208连接；高速转动轴5a、5b的下端各安装一分散器5置于搅拌桶3中，高速分散器5在高速转动轴5a、5b的带动下随转动架204一起转动，同时在高速传动轴202带动下实现自身的转动，转速在0-7500rpm之间；

搅拌桶3内至少有一个内部冷却组件6，所述的内部冷却组件6包括盘管式换热管及其连接管线8，内部冷却组件6通过螺栓连接垂直安装在转动架204的下端面上并随转动架一起转动，安装点距下端面圆心3/10d-9/20d，安装在两低速传动轴安装点连线的45°-75°方向，盘管式换热管的流量为100-150L/h；连接管线8经中空的管线轴203连接至旋转转接器9，再接外部循环水浴；

所述的搅拌桶3为具有外部冷却功能的夹套式结构，搅拌桶3通过自动升降电机103带动的蜗轮丝杆10实现自动升降，搅拌桶的设计容量为10-50L； 其中d为转动架204下端面直径。

2.一种制备质子交换膜燃料电池扩散层料浆的装置，其特征在于，所述的两个高速分散器5在搅拌桶3中以不同的垂直高度安装。

3.一种制备质子交换膜燃料电池扩散层料浆的装置，其特征在于，所述的高速分散器为轮盘式结构；低速搅拌器4为框式、叶片式、麻花框式中的一种。

4.一种制备质子交换膜燃料电池扩散层料浆的装置，其特征在于，所述的低速转动轴4a、4b的安装点距转动架下端面圆心1/6d；高速转动轴5a、5b的安装点距转动架下端面圆心1/4d；内部冷却组件6的安装点转动架下端面圆心2/5d，安装在两低速传动轴安装点连线的60°方向。

5.一种制备质子交换膜燃料电池扩散层料浆的装置，其特征在于，所述的盘管式换热管的流量为120L/h。

6.一种基于权利要求1的装置的制备质子膜燃料电池扩散层料浆的方法，所述方法包括如下步骤：

1)将水和聚四氟乙烯(PTFE)乳液按照配比加入到搅拌桶中，水和PTFE乳液的质量比为80∶(1～5)；PTFE乳液的固含量为60±2wt％，表面活性剂含量为3.6-7wt％，PH值8-10，粘度为20-35Mpa·s，开启低速分散电机101和高速分散电机102，调节低速分散电机101的转速为4-8rpm，高速分散电机102的转速为400-500rpm，混合4-7min，实现水和PTFE乳液的预混合；

2)将碳粉加入步骤1)的水和PTFE乳液的混合液中，碳粉的量为整个体系的1-20％wt，优选6wt％，开启真空泵，将循环水浴的温度设置在10-40℃，优选20℃，增大低速分散电机101的转速为10-15rpm，保持高速分散电机102转速不变，混合15-20min，实现碳粉的润湿与预混合；

3)调节低速分散电机101的转速为20-30rpm，高速分散电机102转速为2000-5000rpm，混合1.5-2小时，制得质子膜燃料电池扩散层料浆。

7.一种基于权利要求1的装置的制备质子膜燃料电池扩散层料浆的方法，所述方法步骤1)中：低速分散电机101的转速为5rpm，高速分散电机102的转速为500rpm，水和PTFE乳液以80∶3的质量比混合5min；步骤2)中低速分散电机101的转速为10rpm，混合时间为15min；步骤3)中低速分散电机101的转速为30rpm，高速分散电机102转速为3500rpm。