Aplikace ultrazvukového stříkání v novém energetickém průmyslu

Technologie ultrazvukového nástřiku je velmi žádaná v novém energetickém průmyslu pro svou vysokou účinnost, přesnost a úsporu materiálu. Vyniká zejména v oblastech vyžadujících jednotné, ultratenké nátěry. 

Níže jsou uvedeny jeho hlavní aplikační scénáře a výhody:

Protonová výměnná membrána (PEM)

Plynová difúzní vrstva (GDL)

Elektrolytická výroba vodíku - stříkání elektrolyzérem

Baterie a elektrody a elektrolytové membrány

Transparentní vodivá fólie (TCF)

1. Výroba lithiových baterií

Povlak elektrody:

Materiály katody/anody: Ultrazvukové stříkání může rovnoměrně nanášet kaše aktivních materiálů (jako je LiFePO₄, NMC a grafit) za účelem vytvoření tenké vrstvy s regulovatelnou tloušťkou (na úrovni mikrometrů), čímž se zlepší hustota energie baterie a životnost.

Výhody: Ve srovnání s tradičním povlakem čepele snižuje plýtvání materiálem (míra využití kalu přesahující 90 %), zabraňuje sedimentaci kalu a je vhodný pro vysoce viskózní nebo nanomateriály.

Pevný elektrolytický povlak: Používá se pro nástřik ultratenkých vrstev pevného elektrolytu (jako je LLZO) pro zlepšení mezifázového kontaktu.

Povlak membrány:

Nástřik keramických (Al₂O3) nebo polymerních povlaků zvyšuje odolnost membrány vůči vysokým teplotám a smáčivost elektrolytu.

2. Palivové články

Vrstva katalyzátoru (CCM):

Rovnoměrné rozprašování platinového katalyzátoru na protonovou výměnnou membránu (PEM) nebo plynovou difúzní vrstvu (GDL), snížení spotřeby platiny (snížení nákladů) a zlepšení účinnosti reakce.

Elektrolytový membránový povlak: Přesné stříkání materiálů, jako je Nafion, zabraňuje problémům s bobtnáním spojeným s tradičními procesy.

3. Solární články

Perovskitové solární články:

Rozprašováním roztoků perovskitových prekurzorů se dosahuje rovnoměrné tvorby filmu na velkých plochách, čímž se eliminuje plýtvání materiálem spojené s odstředivým potahováním.

Vhodné pro flexibilní substráty (jako je PET), podporující vývoj lehkých baterií.

Transparentní vodivý povlak (TCO): Rozprašování oxidu india a cínu (ITO) nebo nanodrátů stříbra nahrazuje nákladné vakuové lakování.

4. Další nové energetické aplikace

Superkondenzátory:

Nástřik elektrod s aktivním uhlím nebo grafenem zvyšuje specifickou plochu povrchu a účinnost přenosu náboje. Materiály pro skladování a přepravu vodíku:

Blokovací povlaky jsou nastříkány na vnitřní povrch nádrží na skladování vodíku, aby se snížila permeace vodíku.

Technické výhody

Vysoká přesnost: Malá velikost kapiček (10-50 mikronů) je vhodná pro složité substráty (jako jsou porézní elektrody).

Nízká ztráta: Žádné ucpávání stříkací pistole, regenerace kalu, vhodné pro drahé materiály (jako je platina a nanomateriály).

Ochrana životního prostředí a úspora energie: Není potřeba žádný vysokotlaký plyn, což snižuje těkání rozpouštědla (emise VOC jsou sníženy o více než 30 %).

Výzvy a trendy

Optimalizace procesu: Je vyžadováno sladění reologie suspenze s parametry ultrazvuku (frekvence a amplituda).

Škálování: Vývoj technologie pole s více tryskami pro splnění požadavků na hromadnou výrobu (jako jsou linky na výrobu baterií v měřítku GW).

Adaptace na nové materiály: Vývoj procesů nanášení povlaků rozprašováním pro nově vznikající materiály, jako jsou křemíkové anody a sirné katody.

Technologie ultrazvukového nástřiku pohání modernizaci nových energetických zařízení směrem k vyššímu výkonu a nižší ceně, zejména v oblasti tenkovrstvých povlaků, nahrazujících tradiční procesy. Očekává se, že s rostoucí automatizací se rozsah jeho aplikací v budoucnu dále rozšíří.

Videa o ultrazvukovém stříkacím zařízení RPS-SONIC: