کاربرد تجهیزات پاشش اتمیزه التراسونیک در پاشش الکترود فیلم باتری

فراصوت با فرکانس بالا 120 کیلوهرتز، فرآیند ترجیحی برای لایه‌های کاتالیزور فوق نازک و فوق-پلاتین پایین در پیل‌های سوختی هیدروژنی PEM است. قطرات 15 تا 25 میکرومتر بدون حلقه قهوه هستند و میزان استفاده از پلاتین ≥95٪ است که می تواند دقیقاً الکترودهای غشایی با ECSA بالا، عمر طولانی و بارگذاری کم ایجاد کند.

I. ساختار الکترود غشایی و روش پاشش

MEA سه لایه-

غشای تبادل پروتون (Nafion 211/212) ← لایه کاتالیست Pt/C کاتدی CL ← لایه کاتالیست آند IrO2/RuO2 ← لایه انتشار گاز GDL

دو مسیر اصلی سمپاشی

1. CCM اسپری مستقیم (جریان اصلی):دوغاب کاتالیزور مستقیماً روی غشای مبادله پروتون اسپری می‌شود، سپس داغ-روی لایه GDL فشار داده می‌شود.

مزایا: مقاومت سطحی بسیار کم، رابط سه فاز بهینه، مناسب برای تولید انبوه پلاتین بسیار-کم.

2. GDE Spraying Diffusion Layer:پاشیدن کاغذ کربن/پارچه کربن و سپس اتصال غشای تبادل پروتون.

مزایا: غشا کمتر در معرض آسیب است، برای تولید انبوه-منطقه مناسب است.

II. فرمولاسیون خمیر کاتد Pt/C (اختصاصی 120 کیلوهرتز)

* نسبت: Pt/C: Nafion binder=2: 1

* محتوای جامد: 8 تا 12 درصد وزنی (محدوده طلایی)

* Viscosity: 15–30 cP, strictly prohibited >35 cP برای جلوگیری از گرفتگی نازل

* حلال: مخلوط اتانول + آب دیونیزه شده، به مدت 30 دقیقه به صورت اولتراسونیک + فیلتراسیون چند مرحله ای

* موارد منع مصرف: محتوای جامد<5% easily leads to agglomeration and sagging; Solid content >15% به راحتی باعث گرفتگی نازل و از بین رفتن تخلخل می شود

Iپارامترهای فرآیند استاندارد MEA II. 120kHz

* فرکانس اولتراسونیک: 120 کیلوهرتز

* Ultrasonic Power: 40–60 W (>60 وات به شدت ممنوع است زیرا به غشای تبادل پروتون آسیب می رساند)

* سرعت جریان دوغاب: 0.05-0.3 میلی‌لیتر در دقیقه (برای لایه‌های فوق نازک پلاتین بسیار پایین)

* فاصله نازل: 50-80 میلی متر

* سرعت اسکن: 8 تا 20 میلی‌متر بر ثانیه، مسیر متقاطع متقابل مارپیچ

* گاز حامل (N2): 0.02-0.04 مگاپاسکال، شکل دهی کم فشار- برای جلوگیری از آسیب غشاء

* گرمایش بستر: 50-70 درجه، خشک شدن سریع، مهار مهاجرت و تجمع پلاتین

* بارگذاری پلاتین هدف: 0.05-0.2 mg/cm²، یکنواختی CV<3%