Beschichtung der Membran-Elektroden-Einheit
Beschichtung der Membran-Elektroden-Einheit – Cheersonic
Die Membran-Elektroden-Einheit ( MEA ) ist die Kernkomponente einer Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle (PEMFC) . Sie ist ein Mehrphasen-Materialtransfer- und elektrochemischer Reaktionsort für die Energieumwandlung und umfasst Dreiphasen-Grenzflächenreaktionen sowie komplexe Stoff- und Wärmetransportprozesse. Sie bestimmt direkt die Leistung, Lebensdauer und Kosten der PEMFC. Die MEA besteht im Wesentlichen aus einer Gasdiffusionsschicht, einer Katalysatorschicht und einer Protonenaustauschmembran. Die Gasdiffusionsschicht besteht üblicherweise aus Kohlenstoffpapier/Kohlenstoffgewebe und einer darauf aufgebrachten mikroporösen Schicht. Eine MEA, die aus der Kathoden-Gasdiffusionsschicht, der Kathoden-Katalysatorschicht, der Protonenaustauschmembran, der Anoden-Katalysatorschicht und der Anoden-Gasdiffusionsschicht besteht, wird im Allgemeinen als „Fünf-in-Eins“-MEA bezeichnet. Als wichtigste Komponente von Brennstoffzellen ist die MEA von großer Bedeutung für die Verbesserung ihrer Leistung und Lebensdauer sowie für die Kostensenkung, was die großflächige Kommerzialisierung der PEMFC beschleunigen kann. Daher ist die Entwicklung von MEAs mit einfacherem Herstellungsverfahren, stabilerer Leistung und geringeren Kosten das Hauptforschungsgebiet.
Die Beschichtung der Membran-Elektroden-Einheit (MEA) ist der zentrale Herstellungsprozess für Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen. Dabei werden funktionelle Katalysatorschichten direkt auf die Protonenaustauschmembranen oder Gasdiffusionssubstrate aufgebracht. Die Qualität der Beschichtung beeinflusst maßgeblich die Leistungsdichte, die Lebensdauer und die Gesamtleistung des Brennstoffzellenstapels.
Bei diesem Verfahren wird eine Katalysatortinte aus Platingruppenmetallkatalysatoren, Ionomerbindemitteln und Lösungsmitteln aufgetragen, um die kritische Dreiphasen-Reaktionszone zu bilden. Eine präzise Beschichtung erzeugt gleichmäßige, dünne und fehlerfreie Katalysatorschichten. Dadurch wird die Katalysatorausnutzung maximiert, der Edelmetallgehalt reduziert und ausreichend Kanäle für die Protonenleitung, den Gastransport und die Wasserabfuhr geschaffen. Poren, ungleichmäßige Schichtdicke oder mangelhafte Haftung führen zu Leistungsverschlechterungen, Membranschäden und verkürzter Lebensdauer.
Es gibt zwei gängige Beschichtungsverfahren: katalysatorbeschichtete Membranen und katalysatorbeschichtete Substrate. Bei katalysatorbeschichteten Membranen wird die Tinte direkt auf die Membranoberfläche aufgetragen. Bei katalysatorbeschichteten Substraten erfolgt die Beschichtung der Gasdiffusionsschichten vor der Heißpressmontage. Jedes Verfahren bietet spezifische Vorteile hinsichtlich Massenproduktion, Schichtdickentoleranz und Ausbeutekontrolle. Zu den
gängigen Produktionstechnologien zählen Ultraschall-Sprühbeschichtung, Schlitzdüsenbeschichtung und Siebdruck. Die Ultraschall-Sprühbeschichtung erzeugt fein zerstäubte Tröpfchen und ermöglicht so die Herstellung konformer Dünnschichten mit geringer Eigenspannung. Sie eignet sich gut für variable MEA-Größen und unterstützt die Produktion mit geringer Platinbeladung.
Die wichtigsten industriellen Herausforderungen betreffen die Chargenkonsistenz, die Rissbeständigkeit unter wechselnden Feuchtigkeits- und Temperaturbedingungen sowie die Kostenreduzierung. Eine optimierte MEA-Beschichtungstechnologie ist unerlässlich für die Kommerzialisierung von Brennstoffzellen für Fahrzeuge und stationäre Stromversorgungen.
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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