Применение оборудования для ультразвукового распыления при распылении аккумуляторных пленочных электродов

Высокочастотный-ультразвук с частотой 120 кГц — предпочтительный процесс для получения ультра-тонких слоев катализатора со сверх-низким содержанием платины в водородных топливных элементах PEM. Размер капель составляет 15–25 мкм, без кофейных колец, а коэффициент использования платины составляет ≥95%, что позволяет точно создавать мембранные электроды с высоким ECSA, длительным сроком службы и низкой нагрузкой.

I. Структура мембранного электрода и метод распыления

Трехуровневое ядро ​​MEA-

Протонообменная мембрана (Нафион 211/212) → Катодный слой катализатора Pt/C CL → Анодный слой катализатора IrO₂/RuO₂ → Газодиффузионный слой ГДЛ

Два основных маршрута распыления

1. Прямое распыление CCM (основное направление):Суспензия катализатора распыляется непосредственно на протонообменную мембрану, а затем горячим-прессуется на слой GDL.

Преимущества: Чрезвычайно низкое межфазное сопротивление, оптимальный трехфазный интерфейс, подходит для массового производства платины со сверх-низким содержанием платины.

2. Напыляющий диффузионный слой GDE:Нанесение копировальной бумаги/углеродной ткани, затем приклеивание протонообменной мембраны.

Преимущества: Мембрана менее подвержена повреждениям, подходит для массового-производства на больших площадях.

II. Состав катодной пасты Pt/C (специально 120 кГц)

* Соотношение: Pt/C: связующее нафион=2: 1.

* Содержание твердых веществ: 8–12% масс. (золотой диапазон)

* Viscosity: 15–30 cP, strictly prohibited >35 сП для предотвращения засорения сопла.

* Растворитель: смесь этанола и деионизированной воды, диспергированная ультразвуком в течение 30 минут + многоступенчатая фильтрация.

* Противопоказания: Твердое содержание.<5% easily leads to agglomeration and sagging; Solid content >15% чрезвычайно легко вызывает засорение форсунок и ухудшение пористости.

III. 120кГц Стандартные параметры процесса MEA

* Ультразвуковая частота: 120 кГц

* Ultrasonic Power: 40–60 W (>Мощность 60 Вт строго запрещена, так как она повредит протонообменную мембрану)

* Скорость потока суспензии: 0,05–0,3 мл/мин (для ультратонких слоев со сверх-низким содержанием платины).

* Расстояние между соплами: 50–80 мм.

* Скорость сканирования: 8–20 мм/с, змеевидное возвратно-поступательное движение.

* Газ-носитель (N₂): 0,02–0,04 МПа, формирование низкого-давления для предотвращения повреждения мембраны.

* Нагрев подложки: 50–70 градусов, быстрое высыхание, предотвращение миграции и агломерации платины.

* Целевая загрузка платины: 0,05–0,2 мг/см², однородность CV.<3%