Toepassing van ultrasone verstuivingsspuitapparatuur bij het spuiten van batterijfilmelektroden

120 kHz hoog-echografie met hoge frequentie is het voorkeursproces voor ultra-dunne, ultra-laag platina-katalysatorlagen in PEM-waterstofbrandstofcellen. De druppeltjes zijn 15-25 μm, zonder koffieringen, en de platinabenuttingsgraad is ≥95%, wat nauwkeurig membraanelektroden kan creëren met een hoge ECSA, een lange levensduur en een lage belasting.

I. Structuur van membraanelektrode en spuitmethode

MEA kern met drie-lagen

Protonenuitwisselingsmembraan (Nafion 211/212) → Kathode Pt/C-katalysatorlaag CL → Anode IrO₂/RuO₂-katalysatorlaag → GDL-gasdiffusielaag

Twee reguliere spuitroutes

1. CCM direct spuiten (mainstream):Katalysatorslurry wordt rechtstreeks op het protonenuitwisselingsmembraan gespoten en vervolgens heet-geperst op de GDL-laag.

Voordelen: Extreem lage grensvlakweerstand, optimale drie-fase-interface, geschikt voor ultra-massaproductie met laag platina.

2. GDE-spuitdiffusielaag:Carbonpapier/koolstofdoek spuiten en vervolgens het protonenuitwisselingsmembraan verlijmen.

Voordelen: Membraan is minder gevoelig voor beschadiging en geschikt voor massaproductie op grote- gebieden.

II. Pt/C-kathodepastaformulering (120 kHz speciaal)

* Verhouding: Pt/C : Nafion bindmiddel=2 : 1

* Vaste stofgehalte: 8–12 gew.% (gouden bereik)

* Viscosity: 15–30 cP, strictly prohibited >35 cP om verstopping van de spuitmondjes te voorkomen

* Oplosmiddel: mengsel van ethanol en gedeïoniseerd water, ultrasoon gedispergeerd gedurende 30 minuten + meer-trapsfiltratie

* Contra-indicaties: Vaste inhoud<5% easily leads to agglomeration and sagging; Solid content >15% veroorzaakt zeer gemakkelijk verstopping van de spuitmonden en verslechtering van de porositeit

III. 120kHz MEA standaard procesparameters

* Ultrasone frequentie: 120 kHz

* Ultrasonic Power: 40–60 W (>60W ten strengste verboden omdat dit het protonenuitwisselingsmembraan zal beschadigen)

* Drijfmeststroomsnelheid: 0,05–0,3 ml/min (voor ultra-ultradunne lagen met een laag platinagehalte)

* Mondstukafstand: 50–80 mm

* Scansnelheid: 8–20 mm/s, kronkelig heen en weer bewegend kruispad

* Draaggas (N₂): 0,02–0,04 MPa, vorming bij lage- druk om membraanschade te voorkomen

* Substraatverwarming: 50-70 graden, snelle droging, remt de migratie en agglomeratie van platina

* Doelplatinalading: 0,05–0,2 mg/cm², CV-uniformiteit<3%