Ultraheli pihustuspihustusseadmete kasutamine akukileelektroodiga pihustamisel

120 kHz kõrgsageduslik-ultraheli on eelistatud protsess üli-õhukeste ja ülimadala plaatinasisaldusega katalüsaatorikihtide jaoks PEM-vesinikkütuseelementides. Tilgad on 15–25 μm, ilma kohvirõngasteta ja plaatina kasutusmäär on ≥95%, mis võimaldab täpselt luua kõrge ECSA, pika eluea ja väikese koormusega membraanielektroode.

I. Membraanelektroodi struktuur ja pihustamismeetod

MEA kolm{0}}kihi tuum

Prootonivahetusmembraan (Nafion 211/212) → Katood Pt/C katalüsaatorikiht CL → anood IrO₂/RuO₂ katalüsaatorikiht → GDL gaasi difusioonikiht

Kaks tavalist pihustusviisi

1. CCM-i otsepihustamine (tavaline):Katalüsaatori suspensioon pihustatakse otse prootonivahetusmembraanile ja seejärel kuumalt{0}}pressitakse GDL-kihile.

Eelised: ülimadal liidese takistus, optimaalne kolme-faasiline liides, sobib ülimadala plaatina masstootmiseks.

2. GDE pihustatav difusioonikiht:Süsinikpaberi/süsinikriide pihustamine, seejärel prootonivahetusmembraani ühendamine.

Eelised: membraan on vähem kahjustuste suhtes vastuvõtlik, sobib suurel{0}}alal masstootmiseks.

II. Pt/C katoodpasta koostis (120 kHz spetsiaalne)

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

* Tahke aine sisaldus: 8–12 massiprotsenti (kuldne vahemik)

* Viscosity: 15–30 cP, strictly prohibited >35 cP, et vältida düüside ummistumist

* Lahusti: etanool + deioniseeritud vee segu, ultraheliga dispergeeritud 30 minutit + mitmeastmeline filtreerimine

* Vastunäidustused: Tahke sisu<5% easily leads to agglomeration and sagging; Solid content >15% põhjustab ülikergesti otsiku ummistumist ja poorsuse halvenemist

III. 120kHz MEA standardsed protsessiparameetrid

* Ultraheli sagedus: 120 kHz

* Ultrasonic Power: 40–60 W (>60 W rangelt keelatud, kuna see kahjustab prootonivahetusmembraani)

* lobri voolukiirus: 0,05–0,3 ml/min (ülimalt-madala plaatinasisaldusega üliõhukeste kihtide puhul)

* Düüside kaugus: 50–80 mm

* Skaneerimise kiirus: 8–20 mm/s, serpentiinne edasi-tagasi risttee

* Kandegaas (N₂): 0,02–0,04 MPa, madala rõhuga -vormimine membraanikahjustuste vältimiseks

* Substraadi kuumutamine: 50–70 kraadi, kiire kuivamine, plaatina migratsiooni ja aglomeratsiooni pärssimine

* Plaatina sihtkoormus: 0,05–0,2 mg/cm², CV ühtlus<3%