超聲波噴涂設備的應用之燃料電池

燃料電池具有多項優勢，燃料電池可以以比內燃機更高的效率運行。燃料電池的排放比內燃機低。氫燃料電池只排放水，因此不會排放二氧化碳，也不會在運行時產生煙霧和導致健康問題的空氣污染物。因此，作為清潔能源的燃料電池也被大量應用于工業生產中。

燃料電池的組件噴涂是生產燃料電池中的重要環節。超聲波噴涂系統由于其噴涂均勻、高噴涂效率等特點被用于燃料電池的組件噴涂。下文主要介紹關于燃料電池的核心組件、超聲波噴涂系統等內容。

燃料電池

關于燃料電池的噴涂主要涉及到它的核心部件—膜電極組件的噴涂。PEM燃料電池的核心是膜電極組件 (MEA)，它包括膜、催化劑層和氣體擴散層 (GDL)。以下主要介紹高分子電解質膜與催化劑層。

聚合物電解質膜，或 PEM（也稱為質子交換膜是一種經過特殊處理的材料，只傳導帶正電的離子并阻擋電子。PEM 是燃料電池技術的關鍵，它只允許必要的離子通過陽極和陰極之間。在高分子電解質膜的兩側需要添加一層催化劑，一側是陽極層，另一側是陰極層。在陽極側，催化劑使氫分子能夠分裂成質子和電子。在陰極側，催化劑通過與陽極產生的質子反應生成水，從而使氧還原。

超聲波噴涂系統

用于燃料電池的催化劑材料可通過超聲波噴嘴合成，然后再噴涂到聚合物電解質膜表面以用于燃料電池。超聲波噴涂系統可用于準確、精確和均勻地將催化劑噴涂到電解質膜層上，從而最大限度地減少過度噴涂，這對于噴涂設備優化、可重復性、可持續性和成本節約等起到較大的作用。

通常，燃料電池的膜層需要連續薄涂層以達到所需的厚度、質地和電性能。使用傳統的空氣霧化噴霧閥容易導致過度噴涂，堵塞的情況，而且容易產生不均勻的噴霧并且難以維持精確控制液體流量。超聲波噴嘴能夠產生柔軟、有效的噴霧且均勻的涂層。此外，還能精準控制噴霧的形狀以及設備的啟動和停止程序。超聲波噴涂可精確控制涂層圖案和涂層厚度。因此，超聲波噴嘴是更加適用的選擇。

超聲波噴嘴可用于通過化學氣相沉積或噴霧熱解技術合成燃料電池催化劑納米材料。超聲波噴嘴還可用于將催化劑材料噴涂在電極或膜基材上。合成后的催化劑顆粒通常會懸浮，形成“墨水"，然后需要將其適量噴涂到電極或膜上以用于燃料電池。超聲波噴涂技術非常適用于各種高溫和低溫 PEM、DMFC 和 SOFC 燃料電池。