Sprühbeschichtung für PEM-Brennstoffzellen

Sprühbeschichtung für PEM-Brennstoffzellen – Cheersonic

Klimawandel und globale Erwärmung sind zu dringlichen Themen für grüne Energie und die Reduzierung von CO₂-Emissionen geworden. Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEMFC) haben sich aufgrund ihrer hohen Leistungsdichte, ihres hohen Wirkungsgrades, ihrer emissionsfreien Produktion, ihrer hochwertigen Stromversorgung, ihrer Skalierbarkeit und ihrer schnellen Startfähigkeit zu einer vielversprechenden Energiequelle der Zukunft entwickelt.

Eines der größten Hindernisse für die Kommerzialisierung von Brennstoffzellen sind die hohen Kosten. Im Bereich tragbarer Geräte und Fahrzeuge konkurrieren Brennstoffzellen mit Batterien bzw. Verbrennungsmotoren. Diese Konkurrenten verfügen seit fast einem Jahrhundert über eine solide Infrastruktur für den kommerziellen Einsatz. Da MEA die teuerste Komponente in Brennstoffzellen ist, stellt die Reduzierung des Platinanteils in MEA ein wichtiges Forschungsgebiet für die Brennstoffzellenentwicklung dar.

Ultraschallsprühen ist heute ein weit verbreitetes Verfahren zur Katalysatorsynthese, zur Behandlung von Katalysatorträgern, zur Herstellung von Katalysatorschichten, zur Fertigung von Membran-Elektroden-Einheiten (MEA) und zur Befeuchtung von Brennstoffzellen. Unter den genannten Anwendungen wird die Ultraschalltechnologie hauptsächlich für die MEA-Fertigung eingesetzt – insbesondere, da sie die Herstellung von extrem niedrigen Platinbeladungen ermöglicht.

Ultraschall-Sprühbeschichtung hat sich als überlegene Präzisionsfertigungstechnologie für Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEMFCs) etabliert, insbesondere für die Herstellung von Membran-Elektroden-Einheiten (MEA), der Kernkomponente, die die Leistungsfähigkeit der Zelle bestimmt. Anders als herkömmliche Sprüh- und Rakelbeschichtungsverfahren nutzt diese Technologie piezoelektrische Wandler, um elektrische Energie in hochfrequente mechanische Schwingungen umzuwandeln. Diese zerstäuben die Katalysatortinte in gleichmäßige, mikrometergroße Tröpfchen mit enger Partikelgrößenverteilung. Angetrieben von einem Niederdruck-Trägergas lagern sich die feinen Tröpfchen stabil auf den Protonenaustauschmembranen und Gasdiffusionsschichten ab, ohne die Membranen zu verformen oder zu beschädigen.

Dieses Verfahren bietet deutliche Vorteile hinsichtlich Katalysatorausnutzung und Beschichtungsqualität. Die schonende Ultraschallzerstäubung vermeidet übermäßige Scherkräfte, verhindert effektiv die Agglomeration platinbasierter Katalysatorpartikel und erhält die Integrität der Tintenkomponenten. Es bildet sich eine gleichmäßige, poröse und porenfreie Katalysatorschicht, optimiert die Dreiphasenreaktionsgrenze und verbessert die elektrochemische Reaktionseffizienz sowie die Leistungsdichte der Zelle signifikant. Gleichzeitig wird der Sprühnebel deutlich reduziert, die Materialausnutzung auf bis zu 80 % gesteigert und der Verbrauch teurer Edelmetallkatalysatoren gesenkt.

Dank kontrollierbarer Sprühreichweite, stabilem Betrieb und selbstreinigenden Düsen gewährleistet die Technologie eine gleichmäßige Beschichtungsdicke und dauerhafte Haftung. Sie eignet sich sowohl für die Laborforschung als auch für die automatisierte Großproduktion und behebt die Nachteile ungleichmäßiger Beschichtung und hoher Materialverschwendung herkömmlicher Verfahren. Damit hat sie sich zu einem Schlüsselprozess zur Verbesserung der Stabilität, Langlebigkeit und Wirtschaftlichkeit kommerzieller PEM-Brennstoffzellen entwickelt.

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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