Технология подготовки мембранных электродов ультразвуковым распылением

Мембранный электрод является основным компонентом топливных элементов, который объединяет транспортировку и электрохимические реакции гетерогенных материалов, непосредственно определяя производительность, срок службы,и стоимость протонообменных мембранных топливных элементовМембранный электрод и биполярные пластины с обеих сторон вместе образуют один топливный элемент.и сочетание нескольких одиночных элементов может образовывать кучу топливных элементов для удовлетворения различных требований к мощностиПроектирование и оптимизация структуры MEA, выбор материалов и оптимизация производственного процесса всегда были в центре внимания исследований PEMFC.Технология мембранных электродов прошла несколько поколений инноваций, в основном разделены на три типа: метод GDE горячего прессования, CCM три в одном мембранном электроде и заказанный мембранный электрод.

1. GDE Электрод из горячо прессованной пленки

Технология подготовки MEA первого поколения использовала метод горячего прессования для сжатия катодных и анодных GDL, покрытых CL с обеих сторон PEM, для получения MEA, известной как структура "GDE".

Процесс подготовки GDE типа MEA действительно относительно прост, благодаря тому, что катализатор однородно покрыт GDL.но также умно защищает ПЭМ от деформацииОднако этот процесс не является безупречным. Если количество катализатора, покрытого на GDL, не может быть точно контролировано, катализатор может проникнуть в GDL,что приводит к тому, что некоторые катализаторы не полностью используют свою эффективность, и уровень использования может быть даже ниже 20%, что значительно увеличивает стоимость производства MEA.

Из-за несоответствия между покрытием катализатора на GDL и системой расширения PEM, интерфейс между ними подвержен деламинированию при длительной эксплуатации.Это не только приводит к увеличению сопротивления внутреннего контакта топливных элементов, но также значительно снижает общую эффективность MEA, далеко не достигая идеального уровня.и мало кто обратил на это внимание..

2. CCM Электрод с мембраной 3 в 1

Используя такие методы, как прямое покрытие от рулона до рулона, серийное печать и спрейное покрытие, отстой, состоящий из катализатора Nafion,и соответствующее диспергентное вещество непосредственно покрывается с обеих сторон мембраны обмена протонами для получения MEA.

По сравнению с методом приготовления MEA типа GDE, метод CCM имеет лучшие характеристики, его нелегко отчищать и уменьшает сопротивление передачи между слоем катализатора и PEM,что полезно для улучшения диффузии и движения протонов в протонахКонтакт и перенос протонов между ними уменьшают сопротивление переноса протонов.тем самым значительно улучшить результаты MEAИсследования MEA перешли от типа GDE к типу CCM. Кроме того, из-за относительно низкой Pt-нагрузки MEA типа CCMобщая стоимость MEA снижается и уровень использования значительно улучшаетсяНедостатком CCM типа MEA является то, что он подвержен затоплению водой во время работы топливных элементов.здесь меньше газовых каналов, а сопротивление передачи газа и воды относительно высокое.толщина слоя катализатора обычно не превышает 10 мкм.

Благодаря своим превосходным комплексным характеристикам, CCM типа MEA был коммерциализирован в области автомобильных топливных элементов.CCM типа MEA, разработанный Wuhan University of Technology в Китае, был экспортирован в Plug Power в США для использования в вилочных погрузчиках с топливными элементами.CCM типа MEA, разработанный Dalian Xinyuan Power, применяется к грузовым автомобилям с платиновой мощностью погрузки драгоценных металлов до 0,4mgPt / cm2.В то же время, компании и университеты, такие как Kunshan Sunshine, Wuhan Himalaya, Suzhou Qingdong, Шанхайский университет Jiao Tong,и Даляньский институт химической физики также разрабатывают высокопроизводительные МЭА типа CCMИностранные компании, такие как Komu, Gore

3Заказал мембранный электрод.

Каталитический слой MEA типа GDE и MEA типа CCM смешивается с катализатором и раствором электролита для образования катализаторной суспензии, которая затем покрывается.Эффективность очень низкая и существует значительное явление поляризации, что не способствует высокому току MEA. Кроме того, платиновая нагрузка в MEA относительно высока.и недорогие МЭА стали центром вниманияУровень использования Pt заказанного MEA очень высок, эффективно снижая стоимость MEA, одновременно достигая эффективного транспорта протонов, электронов, газов, воды и других веществ.тем самым улучшая общую эффективность PEMFC.

Заказанные мембранные электроды включают заказанные мембранные электроды на основе углеродных нанотрубок, заказанные мембранные электроды на основе тонких плит катализатора,и упорядоченные мембранные электроды на основе протонных проводников.

Углеродные нанотрубки на основе мембрановых электродов

Характеристики графитной решетки углеродных нанотрубок устойчивы к высоким потенциалам, а их взаимодействие и эластичность с частицами Pt повышают каталитическую активность частиц Pt.За последнее десятилетие, были разработаны тонкие пленки на основе вертикально выровненных углеродных нанотрубок (VACNT).и эффективность использования Pt.

VACNT можно разделить на два типа: один - VACNT, состоящий из изогнутых и редких углеродных нанотрубок; другой тип - полые углеродные нанотрубки, состоящие из прямых и плотных углеродных нанотрубок.

Заказанный мембранный электрод на основе тонкой пленки катализатора

Порядок катализатор тонких пленок в основном относится к Pt нано упорядоченных структур, таких как Pt нанотрубок, Pt нанопроводов, и т. д. Среди них представитель катализатор упорядоченный мембранный электрод является NSTF,По сравнению с традиционными катализаторами Pt/C, NSTF имеет четыре основных характеристики: носитель катализатора является упорядоченным органическим усатом;Катализатор образует тонкую пленку из сплава на основе Pt на усатых организмах; в каталитическом слое нет углеродного носителя; толщина катализаторного слоя NSTF ниже 1um.

Заказанный мембранный электрод на основе протонового проводника

Основная функция протонопроводящего мембранного электрода заключается в внедрении полимерных материалов нанопровода для содействия эффективному транспортировке протонов в каталитическом слое.Структуры TiO2/Ti из массивов нанотрубок TiO2 (TNT) были подготовлены на титановых листах.На поверхности H-TNT были получены частицы Pt Pd с использованием методов сенсибилизации и смещения SnCl2,в результате чего получается топливный элемент высокой плотности мощности.

The Institute of Nuclear Science and the Department of Automotive Engineering at Tsinghua University have synthesized a novel ordered catalyst layer for the first time based on the fast proton conduction function of Nafion nanowiresОн имеет следующие характеристики: Нафионные нанороды выращиваются in situ на мембранах обмена протонами, и сопротивление контакта интерфейса снижается до нуля;Осаждение каталитического слоя частиц Pt на нанородах Nafion, с каталитическими и электронопроводящими функциями; Нафионовые нанороды имеют быструю протонопроводность.

Заказанные мембранные электроды, несомненно, являются основным направлением технологии подготовки мембранных электродов следующего поколения.Пять аспектов должны быть рассмотрены.: упорядоченные мембранные электроды очень чувствительны к примесям; расширить рабочий диапазон мембранных электродов путем оптимизации материала, характеристики и моделирования;Внедрение наноструктур быстрых протонопроводников в каталитический слойРазвитие малозатратного процесса массового производства; углубленное изучение взаимодействий и синергетических эффектов между мембранными электродами, протонообменной мембраной, электрокатализатором,и диффузионный слой газа.

https://www.ultrasonic-metalwelding.com/sale-52164561-anionic-proton-exchange-membrane-ultrasonic-spraying-100khz.html

Преимущества технологии подготовки мембранных электродов и метода ультразвукового опрыскивания:

(1) Оптимизируя такие параметры, как ультразвуковая мощность и частота сосуда, атомизированный катализаторный отстой может иметь небольшой отскок и быть менее склонным к перераспылению,тем самым повышая уровень использования катализатора;

(2) Ультразвуковой вибрационный стержень сильно рассеивает частицы катализатора, а ультразвуковой дисперсный инжектор оказывает вторичное воздействие на смесь катализатора.значительно уменьшает вероятность химического загрязнения платиновыми веществами и уменьшает площадь реакционной активности;

(3) Простая в эксплуатации, высокоавтоматизированная, подходящая для массового производства мембранных электродов.