超聲波噴涂設(shè)備的應(yīng)用之燃料電池

燃料電池具有多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，燃料電池可以以比內(nèi)燃機(jī)更高的效率運(yùn)行。燃料電池的排放比內(nèi)燃機(jī)低。氫燃料電池只排放水，因此不會(huì)排放二氧化碳，也不會(huì)在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生煙霧和導(dǎo)致健康問(wèn)題的空氣污染物。因此，作為清潔能源的燃料電池也被大量應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。

燃料電池的組件噴涂是生產(chǎn)燃料電池中的重要環(huán)節(jié)。超聲波噴涂系統(tǒng)由于其噴涂均勻、高噴涂效率等特點(diǎn)被用于燃料電池的組件噴涂。下文主要介紹關(guān)于燃料電池的核心組件、超聲波噴涂系統(tǒng)等內(nèi)容。

燃料電池

關(guān)于燃料電池的噴涂主要涉及到它的核心部件—膜電極組件的噴涂。PEM燃料電池的核心是膜電極組件 (MEA)，它包括膜、催化劑層和氣體擴(kuò)散層 (GDL)。以下主要介紹高分子電解質(zhì)膜與催化劑層。

聚合物電解質(zhì)膜，或 PEM（也稱為質(zhì)子交換膜是一種經(jīng)過(guò)特殊處理的材料，只傳導(dǎo)帶正電的離子并阻擋電子。PEM 是燃料電池技術(shù)的關(guān)鍵，它只允許必要的離子通過(guò)陽(yáng)極和陰極之間。在高分子電解質(zhì)膜的兩側(cè)需要添加一層催化劑，一側(cè)是陽(yáng)極層，另一側(cè)是陰極層。在陽(yáng)極側(cè)，催化劑使氫分子能夠分裂成質(zhì)子和電子。在陰極側(cè)，催化劑通過(guò)與陽(yáng)極產(chǎn)生的質(zhì)子反應(yīng)生成水，從而使氧還原。

超聲波噴涂系統(tǒng)

用于燃料電池的催化劑材料可通過(guò)超聲波噴嘴合成，然后再噴涂到聚合物電解質(zhì)膜表面以用于燃料電池。超聲波噴涂系統(tǒng)可用于準(zhǔn)確、精確和均勻地將催化劑噴涂到電解質(zhì)膜層上，從而最大限度地減少過(guò)度噴涂，這對(duì)于噴涂設(shè)備優(yōu)化、可重復(fù)性、可持續(xù)性和成本節(jié)約等起到較大的作用。

通常，燃料電池的膜層需要連續(xù)薄涂層以達(dá)到所需的厚度、質(zhì)地和電性能。使用傳統(tǒng)的空氣霧化噴霧閥容易導(dǎo)致過(guò)度噴涂，堵塞的情況，而且容易產(chǎn)生不均勻的噴霧并且難以維持精確控制液體流量。超聲波噴嘴能夠產(chǎn)生柔軟、有效的噴霧且均勻的涂層。此外，還能精準(zhǔn)控制噴霧的形狀以及設(shè)備的啟動(dòng)和停止程序。超聲波噴涂可精確控制涂層圖案和涂層厚度。因此，超聲波噴嘴是更加適用的選擇。

超聲波噴嘴可用于通過(guò)化學(xué)氣相沉積或噴霧熱解技術(shù)合成燃料電池催化劑納米材料。超聲波噴嘴還可用于將催化劑材料噴涂在電極或膜基材上。合成后的催化劑顆粒通常會(huì)懸浮，形成“墨水"，然后需要將其適量噴涂到電極或膜上以用于燃料電池。超聲波噴涂技術(shù)非常適用于各種高溫和低溫 PEM、DMFC 和 SOFC 燃料電池。