Что такое ультразвуковое мембранное покрытие электродов?

Топливные элементы с протонообменной мембраной, как экологически чистые, эффективные и низкотемпературные источники энергии, привлекают большое внимание в мобильных и стационарных приложениях. В конструкции ПОМТЭ важным компонентом является мембранно-электродный узел (МЭА), состоящий из мембраны, электрода, газодиффузионного слоя (ГДЛС) и прокладки. Технология сборки мембранных электродов оказывает существенное влияние на производительность и долговечность топливных элементов с протонообменной мембраной. Наиболее распространенный метод производства МЭА основан на производстве каталитических покрытий (CCMS) или газодиффузионных электродов (ГДЭС). В процессе производства анодный и катодный слои наносятся на мембрану путем прямого нанесения покрытия или переноса маркировки.

Основной принцип метода подготовки мембранных электродов заключается в загрузке суспензии катализатора на поверхность протонообменной мембраны или газодиффузионного слоя, а затем ламинировании протонообменной мембраны, каталитического слоя, каркаса и газодиффузионного слоя вместе путем горячего прессования или склеивания для завершения подготовки мембранного электрода. В настоящее время методы, используемые для загрузки суспензии катализатора, включают ультразвуковое распыление, электрическое распыление, трафаретную печать, трансферную печать, нанесение кистью, напыление, электрохимическое осаждение и прямое нанесение покрытия.

Ультразвуковая система нанесения покрытия может создавать высокопрочные и однородные покрытия каталитических чернил на основе углерода во время процесса электролиза топливных элементов и электролизеров с протонообменной мембраной (PEM), таких как Nafion, не вызывая деформации мембраны. В ПЭМ-топливных элементах GDL при нанесении гомогенных каталитических покрытий на электроды, различные электролитные мембраны и твердооксидные топливные элементы необходимо использовать распыляемую суспензию, содержащую сажу, политетрафторэтиленовое связующее, керамическую суспензию, платину и другие драгоценные металлы. Другие металлические сплавы, в том числе суспензии оксидов металлов в каталитических покрытиях топливных элементов из платины, никеля, иридия и рутения, также могут быть изготовлены посредством ультразвукового напыления для производства топливных элементов PEM, электролитов с мембраной из полимерного электролита (PEM), DMFC (топливные элементы с прямым метанолом) и SOFC (твердооксидные топливные элементы), что приводит к высокой нагрузке и высокой эффективности элементов.

Преимущества ультразвукового мембранного электродного покрытия:

Мембранный электрод, изготовленный методом ультразвукового напыления, отличается высокой степенью автоматизации, высокой эффективностью, низкой стоимостью производства и может соответствовать требованиям количественного производства. Коэффициент использования платины в мембране, напыленной ультразвуком, может достигать около 90%, что снижает расход материала и, таким образом, экономит использование дорогих каталитических чернил. После многих лет экспериментальных исследований ультразвуковых волн было разработано оборудование для ультразвукового напыления для подготовки мембранных электродов посредством ультразвукового напыления.