PEM용 초음파 스프레이 기술

초음파 미립화와 PEM(보통 양성자 교환막을 지칭함)은 수소연료전지 제조의 핵심 공정입니다.

초음파: 초음파 원자화 기술을 의미합니다. 고주파 음파(일반적으로 > 20kHz)의 물리적 에너지를 사용하여 액체를 매우 미세하고 균일한 물방울로 분해합니다.

PEM(PEM): 수소연료전지의 핵심 부품인 양성자교환막은 양성자(H⁺)를 전도하고 수소와 산소를 분리하는 특수 고체 전해질막이다.

스프레이(Spraying) : 촉매슬러리를 PEM이나 가스확산층(GDL)에 정밀하고 균일하게 도포하여 코팅하는 공정을 말합니다.

초음파 PEM 스프레이는 초음파 분무 기술을 사용하여 연료전지 촉매층을 형성하는 데 필요한 슬러리를 양성자 교환막(PEM)에 정밀하게 도포하는 첨단 제조 공정입니다. 이 공정은 CCM(Catalyst Coated Membrane)이라고도 알려져 있습니다. 멤브레인(촉매 코팅 멤브레인).

작동 원리

슬러리 제조: 촉매(보통 탄소 분말에 담지된 백금 또는 백금 합금 나노입자), 이오노머(예: 양성자 전도체 및 결합제 역할을 하는 나피온 용액) 및 용매(예: 물 또는 알코올)를 특정 공식에 따라 혼합하여 균일하고 안정적인 슬러리를 형성합니다.

초음파 분무화: 슬러리는 초음파 분무기의 변환기 헤드로 전달됩니다. 변환기는 고주파 전기 신호를 동일한 주파수의 기계적 진동으로 변환합니다.

액적 생성: 고주파 진동이 슬러리에서 생성됩니다. '모세관 파동'은 액체 표면에 형성됩니다. 진동 에너지가 액체의 표면 장력을 초과하면 물방울이 '찢겨져' 파동 정점에서 분리되어 작고 균일한 미크론/미크론 이하 에어로졸 방울을 형성합니다.

스프레이 증착: 원자화에 의해 생성된 에어로졸 방울은 캐리어 가스(일반적으로 질소와 같은 불활성 가스)에 의해 운반되어 아래의 PEM 기판에 스프레이됩니다.

건조막 형성: 물방울이 기판 표면에 퍼지고 융합되고, 용매가 빠르게 증발하여 궁극적으로 촉매와 이오노머로 구성된 다공성의 조밀하고 균일한 촉매층이 남습니다.

RPS-SONIC 초음파 분사 장비 동영상: