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东莞嘉拓:膜电极涂布设备的精细化制造

日期:2022-12-05    来源:高工氢燃料电池

国际氢能网

2022
12/05
16:26
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关键词: 电解水制氢 膜电极 涂布设备

“由于不同的企业的催化剂存在流变特性曲线方面的差异,设计过程中需要对模头进行针对催化剂浆料的仿真分析和特殊流道设计。” 东莞嘉拓燃料电池技术总监王世刚在2022高工氢电年会上表示,膜电极涂布需要结合不同客户的实际需求来选择合适的工艺路线。

在本届年会的电堆与核心材料专场,东莞嘉拓燃料电池技术总监王世刚发表了“膜电极涂布设备精细化制造”的主题演讲。他介绍了东莞嘉拓的膜电极涂布工艺,以及如何为客户在需求端、设计端和制造端提供专业的定制化服务。

膜电极涂布工艺解析

“目前在工业级生产的CCM涂布环节,阴极和阳极更适合采用直涂的方式来涂布。” 王世刚表示,企业在选择涂布工艺时,要清楚自己的目的,需要精细选择合适的涂布原理。

由于不同客户在材料和工艺方面的差异,东莞嘉拓在需求端、设计端、制造端和调试端进行了分段的精细化管理。

例如,在需求端,需要熟悉工艺流程,根据浆料流变特性的需求来匹配操作习惯,为此,公司可以提供CCM试制和设备定制服务;在设计端,需要结合需求分析,特别是对不同企业催化剂流变特征曲线的差异,对模头进行针对催化剂浆料的仿真分析和特殊流道设计,为此,公司可以提供3D模拟和评审;在制造端,则通过供应链的管理,对加工控制、来料检验和洁净房装配等环节进行优化,为此,公司可以提供走膜测试和试涂测试;在调试端,需要按需求定制操作界面,进行替代料测试、曲线监控和温膜厚度监控。

涂布设备要适应当前主流市场的需求,目前东莞嘉拓的膜电极涂布机整体采用卷对卷狭缝涂布的方式,可以实现间歇涂布,条纹涂布以及斑马涂布等多种方式。

“在实现涂布制造之前,仿真设计辅助相当关键,能极大提升服务客户的效率。”王世刚表示,在设计过程中的仿真模拟,会对热辊的均匀性,以及模头进行设置,同时根据客户提供的浆料的流变特性曲线,进行涂布头出口的压力和流速的一些仿真模拟。

在供料系统方面,膜电极涂布机与锂电涂布设备存在很大差异。膜电极涂布机在原有的切换阀基础上,增加了回吸阀门,以及排气阀门。利用了阀门切换和模头前后移动的方式控制间隙,从而保证间歇涂布尺寸的厚度和误差的范围。

为了做到提前预测和感知异常,东莞嘉拓通过实时采集涂布压力曲线,对膜片精度和形状进行监测,同时通多彩色激光同轴位移计进行湿膜厚度检测,在出现异常是能及时停机,防止PEM和Pt催化剂浆料的浪费。

精细在线监测配置是做好膜电极涂布的关键一环。为此,东莞嘉拓配置了可与设备联动的进口X-ray扫描仪,可以实时监控每一片产品的铂载量 ,精准把控产品质量。

整体上,东莞嘉拓在聚焦膜电极涂布关键技术方面,已经掌握了涂布复合,张力控制、干燥、纠偏技术,以及在涂布机原有基础上增加了对齐度的闭环,自动化MES,CCD检测,间隙涂布控制,以及吸附干燥等方面的主要核心技术。

“精耕”膜电极涂布设备市场

作为一家集技术研发、制造生产及销售服务于一体的高端智能装备供应商。东莞嘉拓的主要产品包括锂电芯制造专用成套自动化装备,以及燃料电池等新兴行业领域的自动化装备。公司一直以来专注于新能源行业,东莞嘉拓研发制造的极片涂布机、隔膜涂布机等系列产品在国内有较高的市场占有率,精度和效率两项关键技术指标均行业领先。

自2020年公司成立战略产品部以来,东莞嘉拓主要针对一些新行业的涂布需求,做一些涂布机的专业性开发,燃料电池的膜电极涂布是公司重点关注的市场。

目前,在燃料电池膜电极设备领域,现阶段东莞嘉拓已经成功研发了斑马间歇涂布设备产品,这款产品有效涂宽达到300mm,涂布速度达到5m/min。该CCM涂布机还配备有尺寸瑕疵检测,铂载量检测并针对NG产品进行打标。为加强膜电极的瑕疵检测,东莞嘉拓配置一个X射线来检测铂金的载量,还配置了两套了CCD分别来检测阴极和阳极,最终实现阴阳极对位的检测。公司后续在CCM直通设备上也会进行配置,实现更精确的涂布制造。

在新产品方面,今年以来,东莞嘉拓新开发了CCM试验机平板涂布、CCM Ca/An狭缝直涂设备、水电解制氢CCM 狭缝直涂设备、GDL涂布设备(狭缝/刮刀/浸涂),碱性隔膜涂布设备等多款产品。截至目前,公司的电解水制氢涂布设备与GDL涂布设备已经成功完成研发,正在客户现场配合调试。


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