Ultraäänisumutusruiskutuslaitteiden käyttö akkukalvoelektrodiruiskutuksessa

120 kHz korkeataajuinen-ultraääni on suositeltava prosessi PEM-vetypolttokennojen ultra-ohuille, ultra-matalaisille platinakatalysaattorikerroksille. Pisarat ovat 15–25 μm, ilman kahvirenkaita, ja platinan käyttöaste on ≥95%, mikä voi luoda tarkasti kalvoelektrodeja, joilla on korkea ECSA, pitkä käyttöikä ja pieni kuormitus.

I. Kalvoelektrodirakenne ja ruiskutusmenetelmä

Kolmikerroksinen MEA{0}}ydin

Protoninvaihtokalvo (Nafion 211/212) → Katodi Pt/C -katalysaattorikerros CL → Anodi IrO₂/RuO₂ -katalysaattorikerros → GDL-kaasudiffuusiokerros

Kaksi yleistä ruiskutusreittiä

1. CCM:n suora ruiskutus (päävirta):Katalyyttiliete ruiskutetaan suoraan protoninvaihtokalvolle, sitten kuuma{0}}puristetaan GDL-kerrokseen.

Edut: Erittäin alhainen rajapintavastus, optimaalinen kolmivaiheinen{0}}liitäntä, sopii erittäin-alhaiseen platinamassatuotantoon.

2. GDE-sumutusdiffuusiokerros:Hiilipaperin/hiilikankaan ruiskuttaminen, sitten protoninvaihtokalvon liimaus.

Edut: Kalvo on vähemmän altis vaurioille, joten se soveltuu laajalle-alueelle massatuotantoon.

II. Pt/C katodipastaformulaatio (120 kHz:n omistettu)

* Suhde: Pt/C : Nafion sideaine=2 : 1

* Kiintoainepitoisuus: 8–12 painoprosenttia (kultainen alue)

* Viscosity: 15–30 cP, strictly prohibited >35 cP suuttimen tukkeutumisen estämiseksi

* Liuotin: Etanoli + deionisoidun veden seos, ultraäänellä dispergoitu 30 min + monivaiheinen suodatus

* Vasta-aiheet: Kiinteä sisältö<5% easily leads to agglomeration and sagging; Solid content >15 % aiheuttaa erittäin helposti suuttimen tukkeutumisen ja huokoisuuden heikkenemisen

III. 120kHz MEA:n vakioprosessiparametrit

* Ultraäänitaajuus: 120 kHz

* Ultrasonic Power: 40–60 W (>60W ehdottomasti kielletty, koska se vahingoittaa protoninvaihtokalvoa)

* Lietteen virtausnopeus: 0,05–0,3 ml/min (erittäin-vähän platinapitoisille ultraohuille kerroksille)

* Suutinetäisyys: 50–80 mm

* Skannausnopeus: 8–20 mm/s, kiemurteleva edestakainen poikkitie

* Kantokaasu (N₂): 0,02–0,04 MPa, matalapaineinen-muovaus kalvovaurioiden estämiseksi

* Alustan kuumennus: 50–70 astetta, nopea kuivuminen, estää platinan kulkeutumista ja agglomeroitumista

* Tavoiteplatinakuormitus: 0,05–0,2 mg/cm², CV-tasaisuus<3%