Ультразвуковое напыление для покрытия щелочными мембранными электродами

Ультразвуковое напыление для покрытия щелочными мембранными электродами

Основные ценности: Почему стоит выбрать ультразвуковое распыление?

При изготовлении щелочных мембранных топливных элементов или электролизеров электроды (слои катализатора) являются основным местом электрохимических реакций, микроструктура которых напрямую определяет производительность, эффективность и срок службы батареи. Ценность ультразвукового напыления заключается в том, что он создает этот микромир с точностью и управляемостью. Традиционные методы приготовления (например, скребок, распыление воздуха) напоминают покраску стен барабанами, хотя и быстрые, но неровная толщина покрытия, эффект края очевиден, больше отходов материала. Это может привести к неравномерному распределению катализаторов в электродах, образуя реакционные « горячие точки» и « мертвые зоны», влияющие на производительность и долговечность. Ультразвуковое распыление больше похоже на высокоточный 3D - принтер. Он может « распылять » катализаторную пасту в крошечные капли размером в несколько микрон и размером в один и тот же размер и точно осаждать ее на базовой мембране в соответствии с заданной процедурой. Этот метод накопления « точка - точка» заложил основу для реализации идеальной структуры электродов.

Ультразвуковое напыление, контролируя размер, распределение и порядок осаждения капли, может активно и точно регулировать способ накопления катализатора, степень покрытия иономера и образование пористости, тем самым бесконечно приближаясь к этой идеальной структуре.

Ультразвуковое напыление для покрытия щелочными мембранными электродами

Основные моменты и трудности технического обсуждения

Любая * технология сопровождается проблемами, и ультразвуковое напыление - это не просто « инструмент», успех которого зависит от рецептуры крахмала. Сера должна иметь правильную вязкость и поверхностное натяжение, чтобы быть эффективно распылена в однородные капли. Слишком редкий и легко течет, слишком густой плохо распыляется или блокирует сопло. Частицы катализатора в суспензии должны стабильно рассеиваться, чтобы предотвратить воссоединение и оседание. В то же время скорость испарения растворителя после распыления должна быть правильной, чтобы избежать « эффекта кофейного кольца» - даже если ультразвуковое напыление может значительно подавить этот эффект, если растворитель улетучивается слишком быстро, это все равно приведет к перемещению частиц к краю, вызывая неравномерное распределение.

Ультразвуковое напыление - это многопараметрический процесс высокой степени связи, выбор ультразвуковой частоты 60 кГц ~ 120 кГц (определяет размер капли), скорость потока суспензии (определяет скорость осаждения), скорость перемещения сопла количество распылений (определяет толщину и однородность покрытия), температура нагревательной платформы (влияет на форму испарения и сушки растворителя), различные типы сопла и давление несущего газа (влияет на форму распыления). Эти параметры взаимодействуют друг с другом, и любое небольшое изменение может привести к изменению структуры покрытия. Поиск оптимального технологического окна - это систематический рабочий процесс, который требует повторных экспериментов, тестирования образцов и проведения процесса, корректировки формулы и комплексного анализа.

Переход от лаборатории к индустриализации

Реальная мощность технологии ультразвукового прецизионного напыления будет отражена в производстве градиентированных, трехмерных структурированных электродов. С помощью многоканального сопла можно достичь различных пропорций катализатора или иономера в направлении толщины, вблизи стороны мембраны и вблизи стороны диффузионного слоя, оптимизируя передачу ионов и газопередачу соответственно. Точное распыление может быть выполнено на заранее подготовленных трехмерных пористых скелетах (таких как углеродный войлок, нановолокнистые сети), чтобы увеличить активную площадь и создать форму электрода, которая не может быть достигнута традиционными методами.

Многие перспективные новые материалы (например, одноатомные катализаторы, металлические органические каркасные соединения и т. Д.) обладают высокой собственной активностью, но макроэлектродные свойства зависят от неэффективной электродной структуры. Ультразвуковое напыление, эта прецизионная технология производства, которая может быть « максимально использована», является именно тем, что выводит эти лабораторные сокровища на « последний километр» практического применения.

Обсуждение технологии ультразвукового распыления щелочных мембранных электродов выходит далеко за рамки выбора метода покрытия. Он представляет собой глубокое слияние области энергетической электрохимии с областью производства *. Это требует, чтобы исследователи понимали не только электрохимию, но и гидромеханику, науку о поверхности материала и автоматизированное управление. Несмотря на то, что впереди все еще есть проблемы, эта технология дает нам точный « скальпель», который позволяет анатомировать и оптимизировать « черный ящик» электродов, тем самым высвобождая полный потенциал щелочного мембранного энергетического оборудования. Это не только средство производства, но и технология, позволяющая реализовать следующее поколение высокопроизводительных и долговечных электрохимических устройств.