PEM-Brennstoffzelle
PEM-Brennstoffzelle – Ultraschall-Sprühbeschichter – Cheersonic
Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle (kurz: Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle, PEM-Brennstoffzelle oder PEMFC)
Die PEM-Brennstoffzelle enthält eine Membran-Elektroden-Einheit (kurz: Membran-Elektroden-Einheit, MEA), die aus einer Gasdiffusionsschicht, Elektroden und Polymerelektrolytmembranen besteht. In der MEA findet eine elektrochemische Reaktion zur Stromerzeugung statt.
Die Membranelektrode ist der Ort des Mehrphasentransports und der elektrochemischen Reaktion und bestimmt somit Leistung, Lebensdauer und Kosten der Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle. Die Membranelektrode und die beidseitig angebrachten Bipolarplatten bilden die Basiseinheit der Brennstoffzelle – eine einzelne Brennstoffzelle. In der Praxis können mehrere dieser Einzelzellen zu einem Brennstoffzellenstapel kombiniert werden, um je nach Anforderung unterschiedliche Leistungsanforderungen zu erfüllen.
Die Entwicklung und Optimierung der MEA-Struktur sowie die Materialauswahl und Optimierung des Herstellungsprozesses zählen seit jeher zu den Schlüsseltechnologien der PEMFC-Forschung. Im Entwicklungsprozess der PEMFC hat die Membran-Elektroden-Technologie mehrere Innovationsgenerationen durchlaufen, die sich grob in drei Typen unterteilen lassen: Heißpressverfahren, CCM-Verfahren und geordnete Membran-Elektroden.
PEM-Brennstoffzellenbeschichtung
Bei der PEM-Brennstoffzellenbeschichtung handelt es sich um funktionelle Dünnschichtschichten, die auf Kernkomponenten von Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen aufgebracht werden und Katalysatorschichten, Modifizierungen der Gasdiffusionsschicht sowie Schutzbeschichtungen der Bipolarplatten abdecken. Diese Schichten bestimmen direkt die Leistungsabgabe der Zelle, die Lebensdauer und die Herstellungskosten.
Die Katalysatorschicht bildet den Kern der elektrochemischen Reaktion. Eine Katalysatortinte mit platinbasierten Partikeln, Ionomer und Lösungsmittel wird auf Membranen oder Substrate aufgebracht. Eine gleichmäßige Beschichtung gewährleistet ausreichende Dreiphasengrenzen für die Wasserstoffoxidation und Sauerstoffreduktion, verbessert die Katalysatorausnutzung und senkt den Edelmetallverbrauch. Bei Gasdiffusionsschichten erhalten hydrophobe Beschichtungen die Porenstruktur, erleichtern den Wasserabfluss und verhindern Überflutungen bei Hochstrombetrieb.
Bei metallischen Bipolarplatten lösen leitfähige Korrosionsschutzbeschichtungen das kritische Problem der Metallsubstratkorrosion in sauren, feuchten Arbeitsumgebungen. Solche Beschichtungen reduzieren den Kontaktwiderstand an den Grenzflächen, verhindern den Austritt von Metallionen, der Membranen und Katalysatoren schädigt, und ermöglichen eine kompakte Stapelbauweise mit hoher Packungsdichte. Zu den wichtigsten Beschichtungsmaterialien zählen amorpher Kohlenstoff, Metallnitrid und leitfähige Verbundschichten.
Gängige Fertigungstechnologien umfassen Ultraschall-Sprühbeschichtung, physikalische Gasphasenabscheidung und Schlitzdüsenbeschichtung. Die Ultraschall-Sprühbeschichtung erzeugt fein zerstäubte Tröpfchen, um gleichmäßige, porenfreie Dünnschichten mit kontrollierbarer Dicke zu erzielen, die sich für die hochpräzise Herstellung von Membran-Elektroden-Einheiten eignen.
Zu den größten industriellen Herausforderungen zählen die gleichmäßige Beschichtung großer Mengen, die stabile Haftung unter thermischer und feuchter Belastung sowie die Optimierung des Verhältnisses von Leistung zu Materialkosten. Fortschrittliche Beschichtungstechnologien sind entscheidend für den kommerziellen Einsatz von PEM-Brennstoffzellen im Transportwesen und in der stationären Stromerzeugung.
Die einzigartige Ultraschall-Sprühtechnologie von Cheersonic ermöglicht eine effiziente, stabile und präzise Beschichtung, wodurch die Katalysatorausnutzung und die Dreidimensionalität verbessert werden. Sie eignet sich zum Besprühen von PEM-, GDL-, Elektroden- und Elektrolytmaterialien sowie von Rußsuspensionen, PTFE-Bindemitteln, Keramikschlämmen, Platin und anderen teuren Metallkatalysatoren. Das Standgerät erfüllt die Anforderungen von Forschung und Entwicklung.
Video zur Ultraschall-Brennstoffzellenbeschichtung
Über Cheersonic
Cheersonic ist der führende Entwickler und Hersteller von Ultraschallbeschichtungssystemen zum Aufbringen präziser Dünnschichtbeschichtungen zum Schutz, zur Verstärkung oder zur Glättung von Oberflächen an Teilen und Komponenten für die Märkte Mikroelektronik/Elektronik, alternative Energien, Medizin und Industrie, einschließlich spezieller Glasanwendungen im Bauwesen und in der Automobilindustrie.
Unsere Beschichtungslösungen sind umweltfreundlich, effizient und äußerst zuverlässig und ermöglichen eine drastische Reduzierung von Sprühnebel, Einsparungen beim Rohstoff-, Wasser- und Energieverbrauch sowie eine verbesserte Prozesswiederholbarkeit, Übertragungseffizienz, hohe Gleichmäßigkeit und reduzierte Emissionen.
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