Ultraschall-Sprühtechnologie für PEM

Ultraschallzerstäubung und PEM (normalerweise bezieht sich dies auf Protonenaustauschmembranen) sind Kernprozesse bei der Herstellung von Wasserstoff-Brennstoffzellen.

Ultraschall: Dies bezieht sich auf die Ultraschallzerstäubungstechnologie. Es nutzt die physikalische Energie hochfrequenter Schallwellen (typischerweise > 20 kHz), um Flüssigkeiten in extrem feine und gleichmäßige Tröpfchen aufzubrechen.

PEM: Protonenaustauschmembran, eine Kernkomponente von Wasserstoffbrennstoffzellen, ist eine spezielle Festelektrolytmembran, die Protonen (H⁺) leitet und Wasserstoff und Sauerstoff isoliert.

Sprühen: Hierbei handelt es sich um den Prozess des präzisen und gleichmäßigen Auftragens einer Katalysatoraufschlämmung auf eine PEM- oder Gasdiffusionsschicht (GDL) als Beschichtung.

Beim Ultraschall-PEM-Sprühen handelt es sich um einen fortschrittlichen Herstellungsprozess, bei dem mithilfe der Ultraschallzerstäubungstechnologie die Aufschlämmung, die zur Bildung der Brennstoffzellenkatalysatorschicht erforderlich ist, präzise auf eine Protonenaustauschmembran (PEM) aufgetragen wird. Dieser Prozess wird auch als CCM (Catalyst Coated Membrane) bezeichnet. Membran (katalysatorbeschichtete Membran).

Funktionsprinzip

Vorbereitung der Aufschlämmung: Der Katalysator (in der Regel Platin- oder Platinlegierungs-Nanopartikel auf Kohlenstoffpulver), Ionomer (z. B. Nafion-Lösung, die als Protonenleiter und Bindemittel fungiert) und Lösungsmittel (z. B. Wasser oder Alkohol) werden nach einer bestimmten Formel gemischt, um eine gleichmäßige und stabile Aufschlämmung zu bilden.

Ultraschallzerstäubung: Die Aufschlämmung wird dem Wandlerkopf des Ultraschallzerstäubers zugeführt. Der Wandler wandelt das hochfrequente elektrische Signal in mechanische Schwingungen derselben Frequenz um.

Tröpfchenerzeugung: Die hochfrequenten Schwingungen werden in der Gülle erzeugt. Auf der Flüssigkeitsoberfläche bilden sich „Kapillarwellen“. Wenn die Vibrationsenergie die Oberflächenspannung der Flüssigkeit übersteigt, werden die Tröpfchen „auseinandergerissen“ und von den Wellenbergen gelöst, wodurch kleine und gleichmäßige Aerosoltröpfchen im Mikrometer-/Submikronbereich entstehen.

Sprühabscheidung: Durch Zerstäubung erzeugte Aerosoltröpfchen werden von einem Trägergas (normalerweise einem Inertgas wie Stickstoff) getragen und auf das darunter liegende PEM-Substrat gesprüht.

Bildung eines Trocknungsfilms: Die Tröpfchen breiten sich aus und verschmelzen auf der Substratoberfläche. Das Lösungsmittel verdampft schnell und hinterlässt schließlich eine poröse, dichte und gleichmäßige katalytische Schicht aus Katalysator und Ionomer.

Videos zu RPS-SONIC Ultraschall-Sprühgeräten: