專利名稱：燃料電池質(zhì)子交換膜的處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種凈化處理設(shè)備，尤其涉及一種燃料電池質(zhì)子交換膜的處理裝置。
背景技術(shù)：
燃料電池是一種能夠?qū)⑷剂吓c氧化劑發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置。該裝置的核心部件是膜電極(Membrane Electrode Assembly，簡稱MEA)，膜電極由一張質(zhì)子交換膜和夾在膜兩面的兩張可導(dǎo)電多孔性擴(kuò)散材料(如碳紙)組成，在膜電極與導(dǎo)電材料接觸的兩邊界面上均勻分布有細(xì)小分散的可引發(fā)電化學(xué)反應(yīng)的催化劑(如金屬鉑)。膜電極兩邊用導(dǎo)電物體將發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)過程中產(chǎn)生的電子通過外電路引出，就構(gòu)成了電流回路。
在膜電極的陽極端，燃料可以通過滲透穿過多孔性擴(kuò)散材料(如碳紙)，并在催化劑表面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，失去電子形成正離子，正離子可通過遷移穿過質(zhì)子交換膜，到達(dá)膜電極的另一端—陰極端。在膜電極的陰極端，含有氧化劑(如氧氣)的氣體(如空氣)，通過滲透穿過多孔性擴(kuò)散材料(如碳紙)，并在催化劑表面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，得到電子形成負(fù)離子，該負(fù)離子進(jìn)一步與從陽極端遷移過來的正離子結(jié)合，形成反應(yīng)產(chǎn)物。
在以氫氣為燃料、以含有氧氣的空氣為氧化劑(或以純氧為氧化劑)的質(zhì)子交換膜燃料電池中，燃料氫氣在陽極區(qū)發(fā)生失去電子的催化電化學(xué)反應(yīng)，形成氫正離子(質(zhì)子)，其電化學(xué)反應(yīng)方程式為
氧氣在陰極區(qū)發(fā)生得到電子的催化電化學(xué)反應(yīng)，形成負(fù)離子，該負(fù)離子進(jìn)一步與從陽極端遷移過來的氫正離子結(jié)合，形成反應(yīng)產(chǎn)物水。其電化學(xué)反應(yīng)方程式為
燃料電池中的質(zhì)子交換膜除了用于發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)以及遷移交換反應(yīng)中產(chǎn)生的質(zhì)子外，其作用還包括將含有燃料氫氣的氣流與含有氧化劑(氧氣)的氣流分隔開來，使它們不會相互混合而產(chǎn)生爆炸式反應(yīng)。
在典型的質(zhì)子交換膜燃料電池中，膜電極一般放在兩塊導(dǎo)電的極板之間，兩極板上均開設(shè)有導(dǎo)流槽，因此又稱作導(dǎo)流極板。導(dǎo)流槽開設(shè)在與膜電極接觸的表面上，通過壓鑄、沖壓或機(jī)械銑刻形成，其數(shù)量在一條以上。導(dǎo)流極板可以由金屬材料制成，也可以由石墨材料制成。導(dǎo)流極板上的導(dǎo)流槽的作用是將燃料或氧化劑分別導(dǎo)入膜電極兩邊的陽極區(qū)或陰極區(qū)。在一個(gè)質(zhì)子交換膜燃料電池單電池的構(gòu)造中，只存在一個(gè)膜電極和兩塊導(dǎo)流極板，兩塊導(dǎo)流極板分設(shè)在膜電極兩邊，一個(gè)作為陽極燃料的導(dǎo)流極板，另一個(gè)作為陰極氧化劑的導(dǎo)流極板。這兩塊導(dǎo)流極板既作為電流集流板，也是膜電極兩邊的機(jī)械支撐。導(dǎo)流極板上的導(dǎo)流槽既是燃料或氧化劑進(jìn)入陽極或陰極表面的通道，也是將電池運(yùn)行過程中生成的水帶走的出水通道。
為了增大質(zhì)子交換膜燃料電池的功率，通常將兩個(gè)或兩個(gè)以上的單電池通過直疊的方式或平鋪的方式連在一起組成電池組，或稱作電池堆。這種電池組通常通過前端板、后端板及拉桿緊固在一起成為一體。在電池組中，位于兩質(zhì)子交換膜之間的極板的兩面都設(shè)有導(dǎo)流槽，稱為雙極板。雙極板的其中一面作為一個(gè)膜電極的陽極導(dǎo)流面，另一面則作為另一個(gè)相鄰膜電極的陰極導(dǎo)流面。一個(gè)典型的電池組通常還包括1)燃料及氧化劑氣體的進(jìn)口和導(dǎo)流通道。其作用是將燃料(如氫氣、甲醇或由甲醇、天然氣、汽油經(jīng)重整后得到的富氫氣體)和氧化劑(主要是氧氣或空氣)均勻地分布到各個(gè)陽極、陰極面的導(dǎo)流槽中；2)冷卻流體(如水)的進(jìn)、出口與導(dǎo)流通道。其作用是將冷卻流體均勻地分布到各個(gè)電池組內(nèi)的冷卻通道中，吸收燃料電池內(nèi)產(chǎn)生的反應(yīng)熱并將其帶出電池組進(jìn)行散熱；3)燃料與氧化劑氣體的出口與導(dǎo)流通道。其作用是將沒有參與反應(yīng)的多余燃料氣體和氧化劑排出，同時(shí)將反應(yīng)生成的液態(tài)或氣態(tài)的水帶出。上述燃料進(jìn)出口、氧化劑進(jìn)出口和冷卻流體的進(jìn)出口通常都開設(shè)在燃料電池組的一個(gè)端板上或分別開設(shè)在兩個(gè)端板上。
質(zhì)子交換膜燃料電池可用作車、船等運(yùn)載工具的動(dòng)力系統(tǒng)，又可制作成移動(dòng)式或固定式的發(fā)電系統(tǒng)。
三合一的膜電極是燃料電池的核心部件，而質(zhì)子交換膜又是膜電極的核心，其質(zhì)量和性能的好壞是決定整個(gè)燃料電池性能的關(guān)鍵，因此，質(zhì)子交換膜在組合成三合一的膜電極之間必須經(jīng)過嚴(yán)格的處理，以清除表面可能存在的灰塵、金屬離子和有機(jī)污染物。面對數(shù)量眾多的質(zhì)子交換膜，這一工作靠手工操作是做不好也做不完的，必須設(shè)計(jì)一種能流水作業(yè)的裝置，高質(zhì)量、大批量地對質(zhì)子交換膜進(jìn)行清洗處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，就是為了提供一種燃料電池質(zhì)子交換膜的處理裝置，以便高質(zhì)量、大批量地對質(zhì)子交換膜進(jìn)行處理。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種燃料電池質(zhì)子交換膜的處理裝置，其特征在于包括水浴鍋，設(shè)置在水浴鍋內(nèi)的雙氧水處理槽，酸洗清洗槽，酸儲槽和酸回收處理槽，以及分別與水浴鍋，雙氧水處理槽，酸洗清洗槽，酸儲槽連接的給水管路，與雙氧水處理槽底部相連的雙氧水排水管路，與水浴鍋底部相連的水浴鍋排水管路，與酸洗清洗槽底部相連的清洗水排水管路，連接酸洗清洗槽與酸儲槽的加酸管路和酸回流管路，連接酸儲槽與酸回收處理槽的酸回收管路，與酸回收處理槽底部相連的廢水排放管路。
所述的給水管路包括主管道和分別與水浴鍋、雙氧水處理槽、酸洗清洗槽、酸儲槽連接的支管道，在各支管道上分別設(shè)有閥門。
所述的加酸管路的一端連接在酸儲槽的下部，另一端連接在酸洗清洗槽的頂部，在管路上設(shè)有酸循環(huán)泵，在酸循環(huán)泵的兩端分別設(shè)有閥門。
所述的酸回流管路的一端連接在酸洗清洗槽的底部，另一端連接在酸儲槽的頂部，在管路上設(shè)有閥門。
所述的酸回收管路的一端連接在酸儲槽的底部，另一端連接在酸回收處理槽的頂部，在管路上設(shè)有閥門，所述的酸儲槽中設(shè)有加熱、控溫裝置。
所述的雙氧水排水管路、水浴鍋排水管路、清洗水排水管路和酸回收管路上分別設(shè)有閥門。
所述的水浴鍋是一種利用介質(zhì)水或油加熱的搪瓷罐或金屬罐。
所述的雙氧水處理槽、酸洗清洗槽、酸儲槽和酸回收處理槽由抗腐蝕氧化的工程塑料或搪瓷加工而成。
所述的各管路中的管道、閥門和酸循環(huán)泵由抗腐蝕氧化的工程塑料加工而成。
所述的給水管路中的給水是電導(dǎo)率很低的去離子水。
本發(fā)明燃料電池質(zhì)子交換膜的處理裝置結(jié)構(gòu)緊湊，能對質(zhì)子交換膜進(jìn)行流水作業(yè)處理，處理質(zhì)量高，處理量大，年膜處理量可達(dá)10萬張，為確保膜電極的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率提供了有效保障。


圖1為本發(fā)明燃料電池質(zhì)子交換膜的處理裝置的結(jié)構(gòu)流程圖。
具體實(shí)施例方式
請參見圖1，本發(fā)明的燃料電池質(zhì)子交換膜的處理裝置，包括水浴鍋1、雙氧水處理槽2、酸洗清洗槽3、酸儲槽4、酸回收處理槽5、給水管路6、雙氧水排水管路7、水浴鍋排水管路8、清洗水排水管路9、加酸管路10、酸回流管路11、酸回收管路12和廢水排放管路13。水浴鍋1是一種利用介質(zhì)水或油加熱的搪瓷罐或金屬罐。雙氧水處理槽2、酸洗清洗槽3、酸儲槽4和酸回收處理槽5均由抗腐蝕的工程塑料或搪瓷加工而成。各管路中的管道和閥門均由抗腐蝕的工程塑料加工而成。雙氧水處理槽2設(shè)置在水浴鍋1內(nèi)，用于配制1％～10％重量濃度的雙氧水在水浴加熱狀態(tài)下對質(zhì)子交換膜進(jìn)行處理，處理溫度為80～100℃，處理時(shí)間為0.1～2小時(shí)，主要作用是將質(zhì)子交換膜表面可能存在的有機(jī)雜質(zhì)氧化除去。給水管路6包括主管道和分別與水浴鍋1、雙氧水處理槽2、酸洗清洗槽3、酸儲槽4連接的支管道，在與水浴鍋連接的支管道上設(shè)有閥門61，在與雙氧水處理槽連接的支管道上設(shè)有閥門62，在與酸洗清洗槽連接的支管道上設(shè)有閥門63，在與酸儲槽連接的支管道上設(shè)有閥門64。各閥門分別用于控制各支管道在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候向所連接的設(shè)備加入電導(dǎo)率很低的去離子水。雙氧水排水管路7與雙氧水處理槽2的底部相連，在雙氧水排水管路7上設(shè)有閥門71，用于在雙氧水處理完成后將用過的雙氧水排出，以便配制新鮮雙氧水。水浴鍋排水管路8與水浴鍋1的底部相連，在水浴鍋排水管路8上設(shè)有閥門81，用于在必要時(shí)排放水浴鍋1內(nèi)的水。清洗水排水管路9與酸洗清洗槽3的底部相連，在清洗水排水管路9上設(shè)有閥門91，用于在清洗后排放清洗水。加酸管路10的一端連接在酸儲槽4的下部，另一端連接在酸洗清洗槽3的頂部，在加酸管路10上設(shè)有酸循環(huán)泵101，酸循環(huán)泵101由抗腐蝕的工程塑料加工而成，在酸循環(huán)泵101的兩端各設(shè)有閥門102、103，加酸管路10用于向酸洗清洗槽3內(nèi)泵入酸液；閥門102、103用于在需要對酸循環(huán)泵101進(jìn)行檢修時(shí)關(guān)閉兩端的管路。酸回流管路11的一端連接在酸洗清洗槽3的底部，另一端連接在酸儲槽4的頂部，在酸回流管路11上設(shè)有閥門111，此管路11用于在酸洗清洗槽3完成一次酸洗后將酸液回流至酸儲槽4，酸儲槽4中設(shè)有可加熱、控溫裝置，以保證酸清洗液溫度在60～120℃之間，以便酸洗清洗槽3進(jìn)行下一步的水清洗作業(yè)，并使酸液在有效濃度范圍內(nèi)可重復(fù)使用，在失效后可回收至酸回收處理槽5進(jìn)行回收處理。酸回收管路12的一端連接在酸儲槽4的底部，另一端連接在酸回收處理槽5的頂部，在酸回收管路12上設(shè)有閥門121，此管路用于在酸液失效后將其從酸儲槽4回收至酸回收處理槽5進(jìn)行回收處理。廢水排放管路13與酸回收處理槽5的底部相連，在廢水排放管路13上設(shè)有閥門131，用于在酸回收處理槽5將失效酸液經(jīng)中和處理至滿足環(huán)保要求后將廢水向污水管道安全排放。
本發(fā)明燃料電池質(zhì)子交換膜的處理裝置在處理質(zhì)子交換膜時(shí)的工藝流程可結(jié)合圖1簡要說明如下將每張質(zhì)子交換膜分別用夾具槽(聚碳酸脂板制作)夾持隔離；通過閥門61和62向水浴鍋1和雙氧水處理槽2注入去離子水，并向雙氧水處理槽2中加入濃雙氧水配制成重量濃度為1～10％的雙氧水處理液；將質(zhì)子交換膜放入雙氧水處理槽2中，水浴加熱到80-100℃并恒溫處理1-3小時(shí)；從雙氧水處理槽2中取出質(zhì)子交換膜放入酸洗清洗槽3中，打開閥門63，用去離子水清洗質(zhì)子交換膜，將附著在膜上的殘余雙氧水、有機(jī)雜質(zhì)和灰塵清洗干凈，打開閥門91將清洗水由清洗水排水管路9排放，排放完后關(guān)閉閥門91；打開酸循環(huán)泵101，將酸儲槽4中的1～10M、100℃的硫酸通過加酸管路10泵入酸洗清洗槽3中，直到將質(zhì)子交換膜完全浸沒并浸泡4小時(shí)，以除去質(zhì)子交換膜表面可能存在的金屬離子；打開閥門111，通過酸回流管路11將處理完質(zhì)子交換膜的酸液回流至酸儲槽4中，然后關(guān)閉閥門111；再打開閥門63，用去離子水清洗質(zhì)子交換膜，將附著在質(zhì)子交換膜上的殘余酸和金屬雜質(zhì)離子清洗干凈，即完成質(zhì)子交換膜的處理，取出交付下一道工序制作三合一的膜電極，清洗水由清洗水排水管路9排放；酸儲槽4中的濃硫酸經(jīng)過多次使用失去作用后，通過酸回收管路12排放至酸回收處理槽5中，經(jīng)過中和處理達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后從廢水排放管路13向污水管道排放。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池質(zhì)子交換膜的處理裝置，其特征在于包括水浴鍋，設(shè)置在水浴鍋內(nèi)的雙氧水處理槽，酸洗清洗槽，酸儲槽和酸回收處理槽，以及分別與水浴鍋，雙氧水處理槽，酸洗清洗槽，酸儲槽連接的給水管路，與雙氧水處理槽底部相連的雙氧水排水管路，與水浴鍋底部相連的水浴鍋排水管路，與酸洗清洗槽底部相連的清洗水排水管路，連接酸洗清洗槽與酸儲槽的加酸管路和酸回流管路，連接酸儲槽與酸回收處理槽的酸回收管路，與酸回收處理槽底部相連的廢水排放管路。
2.如權(quán)利要求1所述的燃料電池質(zhì)子交換膜的處理裝置，其特征在于所述的給水管路包括主管道和分別與水浴鍋、雙氧水處理槽、酸洗清洗槽、酸儲槽連接的支管道，在各支管道上分別設(shè)有閥門。
3.如權(quán)利要求1所述的燃料電池質(zhì)子交換膜的處理裝置，其特征在于所述的加酸管路的一端連接在酸儲槽的下部，另一端連接在酸洗清洗槽的頂部，在管路上設(shè)有酸循環(huán)泵，在酸循環(huán)泵的兩端分別設(shè)有閥門。
4.如權(quán)利要求1所述的燃料電池質(zhì)子交換膜的處理裝置，其特征在于所述的酸回流管路的一端連接在酸洗清洗槽的底部，另一端連接在酸儲槽的頂部，在管路上設(shè)有閥門。
5.如權(quán)利要求1所述的燃料電池質(zhì)子交換膜的處理裝置，其特征在于所述的酸回收管路的一端連接在酸儲槽的底部，另一端連接在酸回收處理槽的頂部，在管路上設(shè)有閥門，所述的酸儲槽中設(shè)有加熱、控溫裝置。
6.如權(quán)利要求1所述的燃料電池質(zhì)子交換膜的處理裝置，其特征在于所述的雙氧水排水管路、水浴鍋排水管路、清洗水排水管路和酸回收管路上分別設(shè)有閥門。
7.如權(quán)利要求1所述的燃料電池質(zhì)子交換膜的處理裝置，其特征在于所述的水浴鍋是一種利用介質(zhì)水或油加熱的搪瓷罐或金屬罐。
8.如權(quán)利要求1所述的燃料電池質(zhì)子交換膜的處理裝置，其特征在于所述的雙氧水處理槽、酸洗清洗槽、酸儲槽和酸回收處理槽由抗腐蝕氧化的工程塑料或搪瓷加工而成。
9.如權(quán)利要求1所述的燃料電池質(zhì)子交換膜的處理裝置，其特征在于所述的各管路中的管道、閥門和酸循環(huán)泵由抗腐蝕氧化的工程塑料加工而成。
10.如權(quán)利要求1所述的燃料電池質(zhì)子交換膜的處理裝置，其特征在于所述的給水管路中的給水是電導(dǎo)率很低的去離子水。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種燃料電池質(zhì)子交換膜的處理裝置，它包括水浴鍋，設(shè)置在水浴鍋內(nèi)的雙氧水處理槽，酸洗清洗槽，酸儲槽和酸回收處理槽，以及分別與水浴鍋，雙氧水處理槽，酸洗清洗槽，酸儲槽連接的給水管路，與雙氧水處理槽底部相連的雙氧水排水管路，與水浴鍋底部相連的水浴鍋排水管路，與酸洗清洗槽底部相連的清洗水排水管路，連接酸洗清洗槽與酸儲槽的加酸管路和酸回流管路，連接酸儲槽與酸回收處理槽的酸回收管路，與酸回收處理槽底部相連的廢水排放管路。本發(fā)明的處理裝置結(jié)構(gòu)緊湊，能對質(zhì)子交換膜進(jìn)行流水作業(yè)處理，處理質(zhì)量高，處理量大，年膜處理量可達(dá)10萬張，為確保膜電極的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率提供了有效保障。
文檔編號C08J5/22GK1815791SQ200510023728
公開日2006年8月9日 申請日期2005年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月1日
發(fā)明者胡里清, 胡純, 陸輝 申請人:上海神力科技有限公司