Aplicación del equipo de pulverización por atomización ultrasónica en la pulverización de electrodos de película de batería

El ultrasonido de alta-frecuencia de 120 kHz es el proceso preferido para capas de catalizador ultra-delgadas y ultra-bajas en platino en celdas de combustible de hidrógeno PEM. Las gotas miden entre 15 y 25 μm, sin anillos de café, y la tasa de utilización del platino es ≥95 %, lo que puede crear con precisión electrodos de membrana con ECSA alta, larga vida útil y baja carga.

I. Estructura del electrodo de membrana y método de pulverización

Núcleo de tres-capas MEA

Membrana de intercambio de protones (Nafion 211/212) → Capa catódica Pt/C CL → Ánodo Capa catalizador IrO₂/RuO₂ → Capa de difusión de gas GDL

Dos rutas de fumigación convencionales

1. Pulverización directa CCM (principal):La suspensión de catalizador se rocía directamente sobre la membrana de intercambio de protones y luego-se presiona en caliente sobre la capa de GDL.

Ventajas: Resistencia interfacial extremadamente baja, interfaz trifásica óptima-adecuada para una producción en masa de platino ultra-baja.

2. Capa de difusión por pulverización GDE:Rociar papel carbón/tela carbónica y luego unir la membrana de intercambio de protones.

Ventajas: la membrana es menos propensa a sufrir daños y es adecuada para producción en masa en áreas grandes-.

II. Formulación de pasta de cátodo Pt/C (120 kHz dedicado)

* Relación: Pt/C : Aglutinante Nafion=2 : 1

* Contenido de sólidos: 8–12% en peso (rango dorado)

* Viscosity: 15–30 cP, strictly prohibited >35 cP para evitar la obstrucción de la boquilla

* Disolvente: mezcla de etanol + agua desionizada, dispersada ultrasónicamente durante 30 minutos + filtración multi-etapa

* Contraindicaciones: Contenido sólido<5% easily leads to agglomeration and sagging; Solid content >Un 15 % provoca con extrema facilidad la obstrucción de las boquillas y el deterioro de la porosidad.

III. 120kHz Parámetros del proceso estándar MEA

* Frecuencia ultrasónica: 120 kHz

* Ultrasonic Power: 40–60 W (>60W estrictamente prohibido ya que dañará la membrana de intercambio de protones)

* Caudal de lechada: 0,05 a 0,3 ml/min (para capas ultrafinas con contenido ultra-bajo en platino)

* Distancia de la boquilla: 50–80 mm

* Velocidad de escaneo: 8–20 mm/s, trayectoria transversal alternativa serpenteante

* Gas ​​portador (N₂): 0,02–0,04 MPa, moldeado a baja-presión para evitar daños a la membrana

* Calentamiento del sustrato: 50 a 70 grados, secado rápido, inhibiendo la migración y aglomeración del platino.

* Carga objetivo de platino: 0,05–0,2 mg/cm², uniformidad CV<3%