Teknologi Persiapan Elektroda Membran Penyemprotan Ultrasonik

Elektrod membran adalah komponen inti sel bahan bakar yang mengintegrasikan transportasi dan reaksi elektrokimia bahan heterogen, secara langsung menentukan kinerja, umur,dan biaya sel bahan bakar membran pertukaran protonElektrod membran dan piring bipolar di kedua sisi bersama-sama membentuk sel bahan bakar tunggal,dan kombinasi dari beberapa sel tunggal dapat membentuk tumpukan sel bahan bakar untuk memenuhi berbagai kebutuhan daya keluarDesain dan optimalisasi struktur MEA, pemilihan material, dan optimasi proses manufaktur selalu menjadi fokus penelitian PEMFC.teknologi elektroda membran telah mengalami beberapa generasi inovasi, terutama dibagi menjadi tiga jenis: metode penekanan panas GDE, CCM tiga dalam satu elektroda membran, dan elektroda membran yang dipesan.

1. GDE Electrode Film Hot Pressed

Teknologi persiapan MEA generasi pertama menggunakan metode penekanan panas untuk memampatkan GDL katode dan anode yang dilapisi dengan CL di kedua sisi PEM untuk mendapatkan MEA, yang dikenal sebagai struktur "GDE".

Proses persiapan GDE tipe MEA memang relatif sederhana, berkat katalis yang secara seragam dilapisi pada GDL. Desain ini tidak hanya memfasilitasi pembentukan pori di MEA,tapi juga cerdas melindungi PEM dari deformasiNamun, proses ini tidak sempurna. Jika jumlah katalis yang dilapisi pada GDL tidak dapat dikontrol dengan tepat, bubur katalis dapat menembus ke dalam GDL,mengakibatkan beberapa katalis tidak sepenuhnya menggunakan efisiensi mereka, dan tingkat pemanfaatan bahkan bisa serendah 20%, sangat meningkatkan biaya manufaktur MEA.

Karena inkonsistensi antara lapisan katalis pada GDL dan sistem ekspansi PEM, antarmuka antara keduanya rentan terhadap delaminasi selama operasi jangka panjang.Hal ini tidak hanya mengarah pada peningkatan ketahanan kontak internal sel bahan bakar, tetapi juga sangat mengurangi kinerja keseluruhan MEA, jauh dari mencapai tingkat yang ideal.dan sedikit orang yang memperhatikan itu.

2. CCM Tiga Dalam Satu Membran Elektrod

Dengan menggunakan metode seperti lapisan langsung roll to roll, pencetakan layar, dan lapisan semprot, bubur yang terdiri dari katalis, Nafion,dan dispersant yang tepat langsung dilapisi di kedua sisi membran pertukaran proton untuk mendapatkan MEA.

Dibandingkan dengan metode persiapan MEA tipe GDE, tipe CCM memiliki kinerja yang lebih baik, tidak mudah dikupas dan mengurangi resistensi transfer antara lapisan katalis dan PEM,yang bermanfaat untuk meningkatkan difusi dan gerakan proton dalam proton. lapisan katalis, sehingga mempromosikan lapisan katalis dan PEM. Kontak dan transfer proton di antara mereka mengurangi resistensi transfer proton,Dengan demikian sangat meningkatkan kinerja MEAPenelitian tentang MEA telah bergeser dari tipe GDE ke tipe CCM.biaya keseluruhan MEA berkurang dan tingkat pemanfaatan sangat meningkatKelemahan dari CCM tipe MEA adalah bahwa ia rentan terhadap banjir air selama operasi sel bahan bakar.ada lebih sedikit saluran gas, dan resistensi transmisi gas dan air relatif tinggi. Oleh karena itu, untuk mengurangi resistensi transmisi gas dan air,ketebalan lapisan katalis umumnya tidak lebih dari 10 μm.

Karena kinerja komprehensifnya yang sangat baik, CCM tipe MEA telah dikomersialkan di bidang sel bahan bakar otomotif.CCM tipe MEA yang dikembangkan oleh Wuhan University of Technology di Cina telah diekspor ke Plug Power di Amerika Serikat untuk digunakan dalam forklift sel bahan bakar. CCM tipe MEA yang dikembangkan oleh Dalian Xinyuan Power telah diterapkan pada truk, dengan kapasitas muatan logam mulia berbasis platinum serendah 0,4 mgPt / cm2.Pada saat yang sama, perusahaan dan universitas seperti Kunshan Sunshine, Wuhan Himalaya, Suzhou Qingdong, Shanghai Jiao Tong University,dan Dalian Institute of Chemical Physics juga mengembangkan kinerja tinggi CCM tipe MEAsPerusahaan asing seperti Komu, Gore

3. Memesan Membrane Elektrode

Lapisan katalitik tipe GDE MEA dan tipe CCM MEA dicampur dengan katalis dan larutan elektrolit untuk membentuk bubur katalis, yang kemudian dilapisi.Efisiensi sangat rendah dan ada fenomena polarisasi yang signifikan, yang tidak kondusif untuk pelepasan arus tinggi dari MEA. Selain itu, muatan platinum di MEA relatif tinggi.dan biaya rendah MEA telah menjadi fokus perhatianTingkat pemanfaatan Pt MEA yang dipesan sangat tinggi, secara efektif mengurangi biaya MEA, sementara mencapai transportasi proton, elektron, gas, air dan zat lainnya yang efisien,dengan demikian meningkatkan kinerja komprehensif PEMFC.

Elektrod membran yang diperintahkan termasuk elektroda membran yang diperintahkan berdasarkan tabung karbon nanotube, elektroda membran yang diperintahkan berdasarkan katalis film tipis,dan elektroda membran tersusun berdasarkan konduktor proton.

Elektrod Membran Teratur Berbasis Nanotube Karbon

Karakteristik kisi grafit dari tabung karbon nano tahan terhadap potensi tinggi, dan interaksi dan elastisitas mereka dengan partikel Pt meningkatkan aktivitas katalitik partikel Pt.Dalam dekade terakhir atau lebih, film tipis berdasarkan nanotube karbon yang selaras secara vertikal (VACNTs) telah dikembangkan.dan efisiensi pemanfaatan Pt.

VACNT dapat dibagi menjadi dua jenis: satu adalah VACNT yang terdiri dari nanotube karbon melengkung dan jarang; jenis lain adalah nanotube karbon berongga yang terdiri dari nanotube karbon lurus dan padat.

Elektrod Membran yang Dipesan Berdasarkan Catalyst Thin Film

Pengaturan katalis film tipis terutama mengacu pada struktur Pt nano diperintahkan, seperti Pt nanotube, Pt nanowires, dll Di antara mereka perwakilan katalis diperintahkan membran elektroda adalah NSTF,dibandingkan dengan katalis Pt/C tradisional, NSTF memiliki empat karakteristik utama: pembawa katalis adalah kumis organik yang teratur;Katalis membentuk Pt berbasis paduan film tipis pada kumis seperti organisme; Tidak ada pembawa karbon di lapisan katalis; Ketebalan lapisan katalis NSTF kurang dari 1um.

Elektron Membran yang Dipesan Berdasarkan Konduktor Proton

Fungsi utama elektroda membran proton konduktor adalah untuk memperkenalkan bahan polimer nanowire untuk mempromosikan transportasi proton yang efisien di lapisan katalis.Struktur TiO2/Ti dari susunan TiO2 nanotube (TNT) disiapkan pada lembaran titaniumPartikel Pt Pd disiapkan pada permukaan H-TNT dengan menggunakan metode sensitisasi dan perpindahan SnCl2,menghasilkan sel bahan bakar dengan kepadatan daya tinggi.

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 nanowiresIni memiliki karakteristik berikut: Nafion nanorods tumbuh in situ pada membran pertukaran proton, dan resistensi kontak antarmuka dikurangi menjadi nol;Deposisi lapisan katalis partikel Pt pada nanorods Nafion, dengan fungsi katalitik dan konduktor elektron; Nanorod Nafion memiliki konduktivitas proton yang cepat.

Elektrod membran yang dipesan tidak diragukan lagi adalah arah utama teknologi persiapan elektroda membran generasi berikutnya.lima aspek perlu dipertimbangkan lebih lanjut: elektroda membran berurutan sangat sensitif terhadap kotoran; memperluas rentang kerja elektroda membran melalui pengoptimalan bahan, karakterisasi, dan pemodelan;Memperkenalkan nanostruktur konduktor proton cepat ke lapisan katalisPengembangan proses produksi massal dengan biaya rendah; Studi mendalam tentang interaksi dan efek sinergis antara membran elektroda, membran pertukaran proton, elektrokatalis,dan lapisan difusi gas.

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

Keuntungan dari Teknologi Persiapan Elektrod Membran dan Metode Semprot Ultrasonik:

(1) Dengan mengoptimalkan parameter seperti daya dan frekuensi nozel ultrasonik, bubur katalis teratomisasi dapat memiliki rebound kecil dan kurang rentan terhadap overspray,sehingga meningkatkan tingkat pemanfaatan katalis;

(2) Batang getaran ultrasonik menyebarkan partikel katalis dengan sangat baik, dan injektor dispersi ultrasonik memiliki efek pengaduk sekunder pada bubur katalis,sangat mengurangi kemungkinan polusi kimia platinum dan mengurangi area aktivitas reaksi;

(3) Mudah digunakan, sangat otomatis, cocok untuk produksi massal elektroda membran.