Tecnologia di spruzzo ad ultrasuoni per PEM

L'atomizzazione ad ultrasuoni e il PEM (di solito riferito alla membrana a scambio protonico) sono processi fondamentali nella produzione di celle a combustibile a idrogeno.

Ultrasonico: si riferisce alla tecnologia di atomizzazione ad ultrasuoni. Utilizza l'energia fisica delle onde sonore ad alta frequenza (tipicamente > 20 kHz) per rompere i liquidi in goccioline estremamente fini e uniformi.

PEM: La membrana a scambio protonico, un componente fondamentale delle celle a combustibile a idrogeno, è una membrana elettrolitica solida specializzata che conduce protoni (H⁺) e isola idrogeno e ossigeno.

Spruzzatura: si riferisce al processo di applicazione precisa e uniforme di una sospensione catalitica su un PEM o uno strato di diffusione del gas (GDL) come rivestimento.

La spruzzatura PEM ad ultrasuoni è un processo di produzione avanzato che utilizza la tecnologia di atomizzazione ad ultrasuoni per applicare con precisione l'impasto liquido necessario per formare lo strato catalitico della cella a combustibile su una membrana a scambio protonico (PEM). Questo processo è noto anche come CCM (Catalyst Coated Membrane). Membrana (membrana rivestita di catalizzatore).

Principio di funzionamento

Preparazione dell'impasto liquido: il catalizzatore (solitamente nanoparticelle di platino o lega di platino supportate su polvere di carbonio), lo ionomero (come la soluzione Nafion, che agisce come conduttore e legante protonico) e il solvente (come acqua o alcool) vengono miscelati secondo una formula specifica per formare un impasto liquido uniforme e stabile.

Atomizzazione ad ultrasuoni: il liquame viene consegnato alla testa del trasduttore dell'atomizzatore ad ultrasuoni. Il trasduttore converte il segnale elettrico ad alta frequenza in vibrazioni meccaniche della stessa frequenza.

Generazione di goccioline: le vibrazioni ad alta frequenza vengono generate nel liquame. Sulla superficie del liquido si formano 'onde capillari'. Quando l'energia di vibrazione supera la tensione superficiale del liquido, le goccioline vengono 'strappate' e staccate dalle creste delle onde, formando goccioline di aerosol piccole e uniformi di micron/submicron.

Deposizione a spruzzo: le goccioline di aerosol generate dall'atomizzazione vengono trasportate da un gas vettore (solitamente un gas inerte come l'azoto) e spruzzate sul substrato PEM sottostante.

Formazione del film essiccante: le goccioline si diffondono e si fondono sulla superficie del substrato e il solvente evapora rapidamente, lasciando infine uno strato catalitico poroso, denso e uniforme composto da catalizzatore e ionomero.

RPS-SONIC Video sulle apparecchiature di spruzzatura ad ultrasuoni: