Τεχνολογία Παρασκευής Μεμβρανικών Ηλεκτροδίων με Ψεκασμό Υπερήχων

Το ηλεκτρόδιο μεμβράνης είναι το βασικό συστατικό των κυττάρων καυσίμου, το οποίο ενσωματώνει τις μεταφορές και τις ηλεκτροχημικές αντιδράσεις των ετερογενών υλικών, προσδιορίζοντας άμεσα την απόδοση, τη διάρκεια ζωής και το κόστος των κυττάρων καυσίμου μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων. Το ηλεκτρόδιο της μεμβράνης και οι διπολικές πλάκες και στις δύο πλευρές σχηματίζουν μια μοναδική κυψέλη καυσίμου και ο συνδυασμός πολλαπλών μεμονωμένων κυττάρων μπορεί να σχηματίσει μια στοίβα κυψελών καυσίμου για να ικανοποιήσει διάφορες απαιτήσεις εξόδου ισχύος. Ο σχεδιασμός και η βελτιστοποίηση της δομής MEA, της επιλογής υλικών και της βελτιστοποίησης της διαδικασίας παραγωγής ήταν πάντα το επίκεντρο της έρευνας PEMFC. Στη διαδικασία ανάπτυξης του PEMFC, η τεχνολογία ηλεκτροδίων μεμβράνης έχει υποβληθεί σε αρκετές γενιές καινοτομίας, κυρίως χωρισμένη σε τρεις τύπους: μέθοδο θερμής πίεσης GDE, CCM τρία σε ένα ηλεκτρόδιο μεμβράνης και διατεταγμένο ηλεκτρόδιο μεμβράνης.

1.

Η τεχνολογία προετοιμασίας MEA πρώτης γενιάς χρησιμοποίησε μια μέθοδο θερμού πιεσμού για να συμπιέσει τα GDLs της καθόδου και της ανόδου που επικαλύπτονται με CL και στις δύο πλευρές του PEM για να αποκτήσουν MEA, γνωστή ως δομή "GDE".

Η διαδικασία προετοιμασίας του τύπου GDE MEA είναι πράγματι σχετικά απλή, χάρη στον καταλύτη που είναι ομοιόμορφα επικαλυμμένο με το GDL. Αυτός ο σχεδιασμός όχι μόνο διευκολύνει το σχηματισμό των πόρων στο MEA, αλλά επίσης προστατεύει έξυπνα το PEM από την παραμόρφωση. Ωστόσο, αυτή η διαδικασία δεν είναι άψογη. Εάν η ποσότητα του καταλύτη που επικαλύπτεται στο GDL δεν μπορεί να ελεγχθεί με ακρίβεια, ο πολτός του καταλύτη μπορεί να διεισδύσει στο GDL, με αποτέλεσμα ορισμένους καταλύτες να μην ασκούν πλήρως την αποτελεσματικότητά τους και ο ρυθμός χρησιμοποίησης μπορεί να είναι τόσο χαμηλό όσο το 20%, αυξάνοντας σημαντικά το κόστος κατασκευής του MEA.

Λόγω της ασυνέπειας μεταξύ της επικάλυψης του καταλύτη στο GDL και του συστήματος επέκτασης του PEM, η διεπαφή μεταξύ των δύο είναι επιρρεπής σε αποκόλληση κατά τη διάρκεια της μακροχρόνιας λειτουργίας. Αυτό όχι μόνο οδηγεί σε αύξηση της εσωτερικής αντίστασης επαφής των κυττάρων καυσίμου, αλλά επίσης μειώνει σε μεγάλο βαθμό τη συνολική απόδοση του MEA, μακριά από την επίτευξη του ιδανικού επιπέδου. Η διαδικασία προετοιμασίας του MEA με βάση τη δομή του GDE έχει εξαλειφθεί ουσιαστικά και λίγοι άνθρωποι έχουν δώσει προσοχή σε αυτήν.

2. CCM τρία σε ένα ηλεκτρόδιο μεμβράνης

Χρησιμοποιώντας μεθόδους όπως κύλινδρο για κύλιση άμεση επικάλυψη, εκτύπωση οθόνης και επίστρωση ψεκασμού, ένα πολτό που αποτελείται από καταλύτη, Nafion και κατάλληλο διασπορά είναι άμεσα επικαλυμμένο και στις δύο πλευρές της μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων για να ληφθεί MEA.

Σε σύγκριση με τη μέθοδο παρασκευής MEA τύπου GDE, ο τύπος CCM έχει καλύτερη απόδοση, δεν είναι εύκολο να ξεφλουδίσει και να μειώσει την αντίσταση μεταφοράς μεταξύ του καταλυτικού στρώματος και του PEM, το οποίο είναι επωφελές για τη βελτίωση της διάχυσης και της κίνησης των πρωτονίων στα πρωτόνια. Το στρώμα καταλύτη, προωθώντας έτσι το καταλυτικό στρώμα και το PEM. Η επαφή και η μεταφορά των πρωτονίων μεταξύ τους μειώνουν την αντίσταση της μεταφοράς πρωτονίων, βελτιώνοντας έτσι σημαντικά την απόδοση του MEA. Η έρευνα για το MEA έχει μετατοπιστεί από τον τύπο GDE σε τύπο CCM. Επιπλέον, λόγω της σχετικά χαμηλής φόρτωσης PT του MEA τύπου CCM, το συνολικό κόστος του MEA μειώνεται και ο ρυθμός χρησιμοποίησης βελτιώνεται σημαντικά. Το μειονέκτημα του MEA τύπου CCM είναι ότι είναι επιρρεπής σε πλημμύρες νερού κατά τη λειτουργία των κυττάρων καυσίμου. Ο κύριος λόγος είναι ότι δεν υπάρχει υδρόφοβος παράγοντας στο καταλυτικό στρώμα MEA, υπάρχουν λιγότερα κανάλια αερίου και η αντίσταση μετάδοσης του αερίου και του νερού είναι σχετικά υψηλή. Επομένως, προκειμένου να μειωθεί η αντίσταση μετάδοσης του αερίου και του νερού, το πάχος του στρώματος καταλύτη γενικά δεν είναι μεγαλύτερο από 10 μm.

Λόγω της εξαιρετικής ολοκληρωμένης απόδοσής του, το CCM Type MEA έχει εμπορευματοποιηθεί στον τομέα των κυττάρων καυσίμου αυτοκινήτων. Για παράδειγμα, η Toyota Mirai, η Honda Clarity κλπ. Ο τύπος CCM MEA που αναπτύχθηκε από το Πανεπιστήμιο Τεχνολογίας Wuhan στην Κίνα έχει εξαχθεί για να συνδέσει την ισχύ στις Ηνωμένες Πολιτείες για χρήση σε περονοφόρα ανυψωτικά κύτταρα καυσίμου. Το CCM Type MEA που αναπτύχθηκε από την Dalian Xinyuan Power έχει εφαρμοστεί σε φορτηγά, με μια πολύτιμη χωρητικότητα φορτίου μετάλλων με βάση την πλατίνα τόσο χαμηλή όσο 0,4mgpt/cm2. Η πυκνότητα ισχύος φθάνει 0,96W/cm2. Ταυτόχρονα, εταιρείες και πανεπιστήμια όπως το Kunshan Sunshine, το Wuhan Himalaya, το Suzhou Qingdong, το Πανεπιστήμιο της Shanghai Jiao Tong και το Ινστιτούτο Χημικής Φυσικής του Dalian αναπτύσσουν επίσης High-Performance CCM Meas. Ξένες εταιρείες όπως το Komu, Gore

3.

Το καταλυτικό στρώμα του τύπου GDE τύπου MEA και του CCM τύπου MEA αναμιγνύεται με διάλυμα καταλύτη και ηλεκτρολύτη για να σχηματίσει ένα ιλύο καταλύτη, το οποίο στη συνέχεια επικαλύπτεται. Η αποτελεσματικότητα είναι πολύ χαμηλή και υπάρχει ένα σημαντικό φαινόμενο πόλωσης, το οποίο δεν είναι ευνοϊκό για την υψηλή απόρριψη της MEA. Επιπλέον, η φόρτωση της πλατίνας στο MEA είναι σχετικά υψηλή. Η ανάπτυξη της μέτρησης υψηλής απόδοσης, μακράς διάρκειας ζωής και χαμηλού κόστους έχει γίνει το επίκεντρο της προσοχής. Ο ρυθμός χρησιμοποίησης της PT της διατεταγμένης MEA είναι πολύ υψηλός, μειώνοντας αποτελεσματικά το κόστος του MEA, επιτυγχάνοντας παράλληλα την αποτελεσματική μεταφορά πρωτονίων, ηλεκτρονίων, αερίων, νερού και άλλων ουσιών, βελτιώνοντας έτσι την ολοκληρωμένη απόδοση του PEMFC.

Τα διατεταγμένα ηλεκτρόδια μεμβράνης περιλαμβάνουν ηλεκτρόδια μεμβράνης με διατεταγμένα με βάση νανοσωλήνες άνθρακα, διατεταγμένα ηλεκτρόδια μεμβράνης που βασίζονται σε λεπτές μεμβράνες καταλύτη και διατεταγμένα ηλεκτρόδια μεμβράνης που βασίζονται σε αγωγούς πρωτονίων.

Το ηλεκτρόδιο μεμβράνης που βασίζεται σε νανοσωλήνες άνθρακα

Τα χαρακτηριστικά πλέγματος γραφίτη των νανοσωλήνων άνθρακα είναι ανθεκτικά σε υψηλά δυναμικά και η αλληλεπίδρασή τους και η ελαστικότητά τους με σωματίδια ΡΤ ενισχύουν την καταλυτική δραστικότητα των σωματιδίων ΡΤ. Κατά την τελευταία δεκαετία περίπου, έχουν αναπτυχθεί λεπτές μεμβράνες που βασίζονται σε κατακόρυφα ευθυγραμμισμένα νανοσωλήνες άνθρακα (Vacnts). Ηλεκτρόδιο. Ο μηχανισμός κατακόρυφης διάταξης ενισχύει το στρώμα διάχυσης αερίου, την ικανότητα αποστράγγισης και την αποτελεσματικότητα της χρήσης PT.

Το VACNT μπορεί να χωριστεί σε δύο τύπους: το ένα αποτελείται από καμπύλη και αραιά νανοσωλήνες άνθρακα. Ένας άλλος τύπος είναι οι κοίλες νανοσωλήνες άνθρακα που αποτελούνται από ευθείες και πυκνές νανοσωλήνες άνθρακα.

Διατεταγμένο ηλεκτρόδιο μεμβράνης με βάση το λεπτό φιλμ καταλύτη

Η παραγγελία των λεπτών μεμβρανών του καταλύτη αναφέρεται κυρίως σε δομές PT Nano, όπως νανοσωλήνες PT, νανοσωματιδίων PT, κλπ. Μεταξύ αυτών, ο εκπρόσωπος του διαταγμένου ηλεκτροδίου μεμβράνης του καταλύτη είναι το NSTF, ένα εμπορικό προϊόν της εταιρείας 3M. Σε σύγκριση με τους παραδοσιακούς καταλύτες PT/C, το NSTF έχει τέσσερα κύρια χαρακτηριστικά: ο φορέας καταλύτη είναι ένα διατεταγμένο οργανικό μουστάκι. Ο καταλύτης σχηματίζει PT με βάση το κράμα λεπτό φιλμ στο Whisker όπως οι οργανισμοί. Δεν υπάρχει φορέας άνθρακα στο καταλυτικό στρώμα. Το πάχος του στρώματος καταλύτη NSTF είναι κάτω από το 1um.

Παραγγείλασε ηλεκτρόδιο μεμβράνης με βάση τον αγωγό πρωτονίων

Η κύρια λειτουργία του αγωγού πρωτονίων που έχει διατεθεί στο ηλεκτρόδιο μεμβράνης είναι η εισαγωγή υλικών πολυμερούς νανοσωματιδίου για την προώθηση της αποτελεσματικής μεταφοράς πρωτονίων στο καταλυτικό στρώμα. Yu και άλλοι. Οι δομές TiO2/ΤΙ των συστοιχιών νανοσωλήνων TiO2 (TNTs) παρασκευάστηκαν σε φύλλα τιτανίου, ακολουθούμενα από ανόπτηση σε ατμόσφαιρα υδρογόνου για να ληφθούν Η-TNTs. Τα σωματίδια PT PT παρασκευάστηκαν στην επιφάνεια των H-TNTs χρησιμοποιώντας μεθόδους ευαισθητοποίησης SNCL2 και μετατόπισης, με αποτέλεσμα μια κυψέλη καυσίμου πυκνότητας υψηλής ισχύος.

Το Ινστιτούτο Πυρηνικών Επιστημών και το Τμήμα Μηχανικών Αυτοκινήτων στο Πανεπιστήμιο Tsinghua συνέθεσαν για πρώτη φορά ένα νέο στρώμα καταλύτη που βασίζεται στη λειτουργία γρήγορης αγωγιμότητας των πρωτονίων των νανοσωματιδίων Nafion. Έχει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: τα νανοσωλήνες Nafion καλλιεργούνται in situ σε μεμβράνες ανταλλαγής πρωτονίων και η αντίσταση επαφής διεπαφής μειώνεται στο μηδέν. Εναπόθεση καταλυτικού στρώματος σωματιδίων ΡΤ σε νανοσωλήνες Nafion, με λειτουργίες ανίχνευσης καταλυτικών και ηλεκτρονίων. Τα Nanorods Nafion έχουν γρήγορη αγωγιμότητα πρωτονίων.

Τα διατεταγμένα ηλεκτρόδια μεμβράνης είναι αναμφισβήτητα η κύρια κατεύθυνση της τεχνολογίας παρασκευής ηλεκτροδίων μεμβράνης επόμενης γενιάς. Κατά τη μείωση της φόρτωσης των στοιχείων της ομάδας πλατίνας, πρέπει να ληφθούν περαιτέρω πέντε πτυχές: τα διατεταγμένα ηλεκτρόδια μεμβράνης είναι ιδιαίτερα ευαίσθητα στις ακαθαρσίες. Αναπτύξτε το εύρος λειτουργίας των ηλεκτροδίων μεμβράνης μέσω της βελτιστοποίησης, του χαρακτηρισμού και της μοντελοποίησης υλικού. Εισάγοντας ταχείες νανοδομές αγωγού πρωτονίων στο καταλυτικό στρώμα. Ανάπτυξη διαδικασίας μαζικής παραγωγής χαμηλού κόστους · Σε βάθος μελέτη των αλληλεπιδράσεων και των συνεργιστικών επιδράσεων μεταξύ της μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων, του ηλεκτροκαταλύτη και του στρώματος διάχυσης αερίου.

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

Πλεονεκτήματα της τεχνολογίας προετοιμασίας ηλεκτροδίων μεμβράνης και της μεθόδου ψεκασμού υπερήχων:

(1) με τη βελτιστοποίηση των παραμέτρων όπως η υπερηχητική ισχύ και η συχνότητα του ακροφυσίου, η ιλύος του ψεκασμού μπορεί να έχει μικρή ανάκαμψη και να είναι λιγότερο επιρρεπής σε υπερπροσλήψεις, βελτιώνοντας έτσι τον ρυθμό χρήσης του καταλύτη.

(2) Η ράβδος δόνησης υπερήχων διασκορπίζει εξαιρετικά τα σωματίδια του καταλύτη και ο εγχυτήρας υπερηχητικής διασποράς έχει δευτερεύουσα επίδραση ανάδευσης στον πολτό του καταλύτη, μειώνοντας σημαντικά την πιθανότητα της χημικής ρύπανσης της πλατίνας και της περιοχής μειωμένης δραστικότητας αντίδρασης.

(3) Εύκολο στη λειτουργία, εξαιρετικά αυτοματοποιημένη, κατάλληλη για μαζική παραγωγή ηλεκτροδίων μεμβράνης.