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Pasta de revestimento direto e tecnologia de revestimento do método de preparação do eletrodo de membrana

2024-11-05

A preparação do eletrodo de membrana passou por três gerações.


A primeira geração é chamadaeletrodo de difusão a gás (GDE), que geralmente usa a serigrafia para preparar a camada de catalisador na camada de difusão (Figura 1). A segunda geração é oMembrana revestida de catalisador (CCM)O método de preparação, que é a camada de catalisador é preparada na membrana, que é a atual tecnologia de preparação de eletrodos de membrana convencional. Comparado com o método de primeira geração, esse método usa o material central da membrana de troca de prótons como fichário, o que reduz a resistência à transmissão de prótons entre a camada catalisador e aPEMe, em certa medida, melhora o desempenho do eletrodo da membrana e a taxa de utilização e a durabilidade do catalisador. O eletrodo de membrana de terceira geração é um eletrodo de membrana ordenado. Atualmente, a tecnologia de produção em massa do eletrodo de membrana de terceira geração é dominada principalmente por gigantes de materiais internacionais representados pela 3M Company nos Estados Unidos.


Figura 1 Processo de preparação do eletrodo da membrana GDE


Figura 2 Processo de preparação do eletrodo da membrana CCM


OMembrana revestida de catalisador (CCM)O método de preparação, como a atual tecnologia de preparação de eletrodos de membrana convencional, baseia -se no princípio básico de carregar a pasta catalisador na superfície da membrana de troca de prótons e, em seguida, combinar oMembrana de troca de prótons, camada de catalisador, quadro eCamada de difusão de gásJuntos por meio de prensagem ou ligação a quente, completando assim a preparação do eletrodo da membrana. Os métodos de preparação que atualmente podem atingir a produção em massa são principalmente a impressão e o revestimento direto. De acordo com o processo de impressão de transferência convencional, cerca de 3 a 6 eletrodos de membrana podem ser revestidos em um minuto, e mais de 30 peças podem ser revestidas em ambos os lados do ânodo e do cátodo em um minuto (calculado com base em 6 pedaços de um metro de eletrodo de membrana). Do ponto de vista da eficiência da fabricação, o processo de revestimento direto de dupla face do ânodo e do cátodo pode atender melhor às necessidades da fabricação automatizada de lote.

Para o processo de revestimento direto de dupla face, a fim de resolver o problema do inchaço da membrana, o setor atualmente atinge principalmente o revestimento direto de dupla face através da melhoria da fórmula e transformação do processo.


IDesenvolvido de forma intencional


A tecnologia de revestimento direto é difícil de desenvolver devido ao revestimento direto da pasta de catalisador diretamente na membrana da troca de prótons, e a membrana é propensa a inchaço quando encontra solventes. Conforme mostrado na Figura 3 abaixo, a qualidade de revestimento direto e transferência de impressão sob diferentes proporções de água-etanol e proporções de água-propanol é comparada. Para obter uma qualidade de revestimento relativamente boa, o revestimento direto precisa estar dentro de uma faixa de proporção de água-álcool muito estreita, enquanto a impressão de transferência tem uma faixa relativamente ampla. Pode -se observar que a janela de processo de tecnologia de revestimento direta é muito mais estreita.


Geralmente, no processo de transferência, o revestimento sem rachaduras ou menos rachaduras deve ser alcançado. A pasta catalisadora é um sistema de álcool orgânico. No entanto, a pasta de álcool produzirá um inchaço grave da membrana durante o processo de revestimento direto. Em resposta a esse fenômeno, a Vet Energy desenvolveu independentemente um processo e uma fórmula adequados para a tecnologia de revestimento direto, que alcançou melhorias e melhorias inovadoras no processo de lodo e na eficiência da produção, como segue:

● Fórmula de pasta: sistema de água-n-propanol, do qual a água representa mais de 70%;

● Processo de chorume: Uso inovador de desgaseificação de moagem de esferas + desgaseificação ultrassônica, processos de desgaseificação múltipla e vários processos de implementação de intercalação, de modo que borbulham existentes no próprio material e gerados durante o processo de preparação, podem ser removidos no tempo;

● Eficiência de produção: esse processo de preparação de pasta leva um total de 40 minutos da alimentação à descarga, e a eficiência da produção é 3-5 vezes maior que a do processo de preparação tradicional.





Figura 3 Porosidade de revestimento (qualidade do revestimento) de diferentes proporções de álcool aquático para revestimento direto e transferência


Otimização inovadora do processo de revestimento: alcançar múltiplos avanços tecnológicos


Outra grande dificuldade da tecnologia de revestimento direto é o problema de inchaço da membrana durante o revestimento do segundo lado. Como o filme de proteção da própria membrana de troca de prótons suporta a membrana de troca de prótons ao revestir diretamente o primeiro lado, a membrana de prótons não é fácil de inchar e se deformar sob uma fórmula razoável de pasta. Ao revestir o segundo lado, o filme de proteção é removido e é muito provável que a membrana de prótons incha e se deforme ao encontrar solvente sem proteção de suporte. Quando o segundo lado é diretamente revestido sem proteção de membrana de suporte, a membrana de prótons incha severamente. Para resolver esse problema, a energia verificada selecionou e desenvolveu uma membrana de adsorção de vácuo forte microporosa e otimizou os parâmetros de revestimento, alcançando um avanço técnico no revestimento direto de pasta de catalisador de ânodo e cátodo, que se manifesta especificamente da seguinte forma:

● Temperatura do revestimento: a qualidade do revestimento primeiro se deteriora e depois melhora com a temperatura do revestimento, apresentando uma curva em forma de U invertida. Com base na consideração do fornecimento de energia e economia de custos de energia, a temperatura do revestimento é determinada como 40 ° C;

● Velocidade de revestimento: a velocidade de revestimento preferida é maior que 5m/min;

● Espessura do revestimento: a taxa de trincas do revestimento aumenta com o aumento da espessura. Com base na carga de 0,25mg/cm2, a espessura do revestimento é determinada como 60μm;

● Coating do segundo lado: adicione uma membrana de adsorção de vácuo forte microporosa. Esta membrana é feita de materiais especiais e possui uma porosidade e espessura específicas. Pode efetivamente aumentar a força de adsorção da membrana de troca de prótons. A membrana de troca de prótons com a camada de catalisador é revestida no segundo lado para obter uma camada de catalisador uniforme e sem rachaduras e cátodo.


Método de teste

No estágio anterior de desenvolvimento do revestimento, não havia um método de detecção quantitativa eficaz para controlar a qualidade do revestimento. Em vista da grande carga de trabalho de desenvolvimento, ciclo de desenvolvimento longo e falta de métodos de teste quantitativo de processo de revestimento direto, a energia do veterinário adotou o conceito de "porosidade" de crack para controlar quantitativamente as rachaduras no estágio de desenvolvimento de revestimento direto. Ou seja, o revestimento é fotografado com um microscópio metalográfico, e a cobertura da camada catalítica da foto é calculada usando o software de processamento de imagens. A parte restante é a porosidade da rachadura. A Figura 4 é o resultado do cálculo da cobertura da camada catalítica. No processo de desenvolvimento de revestimento direto, a direção de otimização da fórmula e do processo é determinada pela comparação da porosidade da trinca.

Figura 4 Resultado do cálculo da cobertura da camada catalítica


Atualmente, os principais parâmetros doeletrodo de membranaOs produtos desenvolvidos e preparados independentemente pela Energy Energy atingiram o nível avançado internacional. A linha de produção concluída pode alcançar uma produção anual de mais de um milhão de peças, que desempenharam um certo papel de liderança nas avanços da localização e na redução de custos. No futuro, a energia do veterinário continuará se concentrando em melhorar o desempenho dos eletrodos da membrana e reduzir os custos e promover a comercialização docélula de combustível de hidrogênioCadeia da indústria por meio de iteração e atualização tecnológicas contínuas.



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