Zastosowanie natryskiwania ultradźwiękowego w przemyśle nowej energetyki

Technologia natryskiwania ultradźwiękowego jest bardzo poszukiwana w nowym przemyśle energetycznym ze względu na wysoką wydajność, precyzję i oszczędność materiału. Świetnie sprawdza się szczególnie w obszarach wymagających jednolitych, ultracienkich powłok. 

Poniżej przedstawiono główne scenariusze zastosowań i zalety:

Membrana do wymiany protonów (PEM)

Warstwa dyfuzyjna gazu (GDL)

Produkcja wodoru elektrolitycznego - natryskiwanie elektrolizerem

Baterie i elektrody oraz membrany elektrolitowe

Przezroczysta folia przewodząca (TCF)

1. Produkcja baterii litowych

Powłoka elektrody:

Materiały katod/anod: Natryskiwanie ultradźwiękowe umożliwia równomierne nakładanie zawiesin materiałów aktywnych (takich jak LiFePO₄, NMC i grafit) w celu utworzenia cienkiej warstwy o kontrolowanej grubości (na poziomie mikrometra), poprawiając w ten sposób gęstość energii akumulatora i żywotność cyklu.

Zalety: W porównaniu z tradycyjną powłoką ostrza zmniejsza straty materiału (stopień wykorzystania szlamu przekraczający 90%), zapobiega sedymentacji szlamu i nadaje się do materiałów o dużej lepkości lub nanomateriałów.

Powłoka stałego elektrolitu: stosowana do natryskiwania ultracienkich warstw stałego elektrolitu (takich jak LLZO) w celu poprawy kontaktu międzyfazowego.

Powłoka membrany:

Natryskiwanie powłok ceramicznych (Al₂O₃) lub polimerowych zwiększa odporność membrany na wysokie temperatury i zwilżalność elektrolitem.

2. Ogniwa paliwowe

Warstwa katalizatora (CCM):

Równomierne natryskiwanie katalizatora platynowego na membranę do wymiany protonów (PEM) lub warstwę dyfuzyjną gazu (GDL), zmniejszając zużycie platyny (obniżając koszty) i poprawiając wydajność reakcji.

Powłoka z membraną elektrolitową: Precyzyjne natryskiwanie materiałów takich jak Nafion pozwala uniknąć problemów z pęcznieniem związanych z tradycyjnymi procesami.

3. Ogniwa słoneczne

Perowskitowe ogniwa słoneczne:

Natryskiwanie roztworów prekursora perowskitu pozwala uzyskać jednolite tworzenie się filmu na dużych obszarach, eliminując straty materiału związane z powlekaniem wirowym.

Nadaje się do elastycznych podłoży (takich jak PET), promując rozwój lekkich akumulatorów.

Przezroczysta powłoka przewodząca (TCO): natryskiwanie tlenku cyny indu (ITO) lub nanodrutów srebra zastępuje kosztowne powlekanie próżniowe.

4. Inne zastosowania nowej energii

Superkondensatory:

Natryskiwanie elektrod z węglem aktywnym lub grafenem zwiększa powierzchnię właściwą i efektywność przenoszenia ładunku. Materiały do ​​przechowywania i transportu wodoru:

Powłoki blokujące są natryskiwane na wewnętrzną powierzchnię zbiorników wodoru w celu ograniczenia przenikania wodoru.

Zalety techniczne

Wysoka precyzja: Mały rozmiar kropli (10–50 mikronów) jest odpowiedni dla złożonych podłoży (takich jak porowate elektrody).

Niskie straty: brak zatykania pistoletu natryskowego, odzysk szlamu, odpowiedni do drogich materiałów (takich jak platyna i nanomateriały).

Ochrona środowiska i oszczędność energii: Nie jest wymagany gaz pod wysokim ciśnieniem, co zmniejsza ulatnianie się rozpuszczalnika (emisje LZO są zmniejszone o ponad 30%).

Wyzwania i trendy

Optymalizacja procesu: Wymagane jest dopasowanie reologii zawiesiny do parametrów ultradźwiękowych (częstotliwość i amplituda).

Skalowanie: Opracowanie technologii układu wielu dysz w celu spełnienia wymagań produkcji masowej (takich jak linie do produkcji akumulatorów w skali GW).

Dostosowanie do nowych materiałów: Opracowywanie procesów powlekania natryskowego nowych materiałów, takich jak anody krzemowe i katody siarkowe.

Technologia natryskiwania ultradźwiękowego napędza modernizację nowego sprzętu energetycznego w kierunku wyższej wydajności i niższych kosztów, szczególnie w dziedzinie powlekania cienkowarstwowego, zastępując tradycyjne procesy. Oczekuje się, że wraz ze wzrostem automatyzacji zakres jego zastosowań będzie się w przyszłości rozszerzał.

Filmy dotyczące ultradźwiękowego sprzętu natryskowego RPS-SONIC: