Applicazione della spruzzatura ad ultrasuoni nell'industria delle nuove energie

La tecnologia di spruzzatura ad ultrasuoni è molto ricercata nel nuovo settore energetico grazie alla sua elevata efficienza, precisione e conservazione dei materiali. Eccelle particolarmente nelle aree che richiedono rivestimenti uniformi e ultrasottili. 

Di seguito sono riportati i principali scenari applicativi e i vantaggi:

Membrana a scambio protonico (PEM)

Strato di diffusione del gas (GDL)

Produzione di idrogeno elettrolitico - Spruzzatura dell'elettrolizzatore

Batterie e elettrodi e membrane elettrolitiche

Pellicola conduttiva trasparente (TCF)

1. Produzione di batterie al litio

Rivestimento dell'elettrodo:

Materiali catodo/anodo: la spruzzatura a ultrasuoni può applicare in modo uniforme sospensioni di materiali attivi (come LiFePO₄, NMC e grafite) per formare uno strato sottile con spessore controllabile (a livello micrometrico), migliorando così la densità energetica della batteria e la durata del ciclo.

Vantaggi: rispetto al rivestimento tradizionale delle lame, riduce lo spreco di materiale (tasso di utilizzo del liquame superiore al 90%), previene la sedimentazione del liquame ed è adatto per materiali ad alta viscosità o nanomateriali.

Rivestimento elettrolitico solido: utilizzato per spruzzare strati di elettrolita solido ultrasottile (come LLZO) per migliorare il contatto interfacciale.

Rivestimento del diaframma:

La spruzzatura di rivestimenti ceramici (Al₂O₃) o polimerici migliora la resistenza alle alte temperature del diaframma e la bagnabilità dell'elettrolita.

2. Celle a combustibile

Strato catalizzatore (CCM):

Spruzzatura uniforme del catalizzatore al platino sulla membrana a scambio protonico (PEM) o sullo strato di diffusione del gas (GDL), riducendo l'utilizzo del platino (riducendo i costi) e migliorando l'efficienza della reazione.

Rivestimento della membrana elettrolitica: la spruzzatura di precisione di materiali come Nafion evita i problemi di rigonfiamento associati ai processi tradizionali.

3. Celle solari

Celle solari alla perovskite:

La spruzzatura di soluzioni precursori di perovskite consente di ottenere una formazione uniforme del film su ampie aree, eliminando gli sprechi di materiale associati al rivestimento a rotazione.

Adatto per substrati flessibili (come il PET), favorendo lo sviluppo di batterie leggere.

Rivestimento conduttivo trasparente (TCO): la spruzzatura di ossido di indio-stagno (ITO) o nanofili d'argento sostituisce il costoso rivestimento sotto vuoto.

4. Altre nuove applicazioni energetiche

Supercondensatori:

La spruzzatura di elettrodi di carbone attivo o grafene aumenta l'area superficiale specifica e l'efficienza del trasferimento di carica. Materiali per lo stoccaggio e il trasporto dell'idrogeno:

I rivestimenti bloccanti vengono spruzzati sulla superficie interna dei serbatoi di stoccaggio dell'idrogeno per ridurre la permeazione dell'idrogeno.

Vantaggi tecnici

Alta precisione: la dimensione piccola delle gocce (10-50 micron) è adatta per substrati complessi (come elettrodi porosi).

Basse perdite: nessun intasamento della pistola a spruzzo, recupero dei fanghi, adatto per materiali costosi (come platino e nanomateriali).

Protezione ambientale e risparmio energetico: non è richiesto gas ad alta pressione, riducendo la volatilizzazione dei solventi (le emissioni di COV sono ridotte di oltre il 30%).

Sfide e tendenze

Ottimizzazione del processo: è necessaria la corrispondenza della reologia del liquame con i parametri ultrasonici (frequenza e ampiezza).

Scalabilità: sviluppo di una tecnologia di array multi-ugello per soddisfare i requisiti di produzione di massa (come le linee di produzione di batterie su scala GW).

Adattamento ai nuovi materiali: sviluppo di processi di rivestimento a spruzzo per materiali emergenti come anodi di silicio e catodi di zolfo.

La tecnologia di spruzzatura ad ultrasuoni sta guidando l'aggiornamento delle nuove apparecchiature energetiche verso prestazioni più elevate e costi inferiori, in particolare nel campo del rivestimento a strato sottile, in sostituzione dei processi tradizionali. Con la crescente automazione, si prevede che il suo campo di applicazione si espanderà ulteriormente in futuro.

RPS-SONIC Video sulle apparecchiature di spruzzatura ad ultrasuoni: