분사식 다공성 티타늄 가스 확산층 PEM 전해조 – 치어소닉

I. 제품 개요

초음파 분무법으로 제조된 다공성 티타늄 가스 확산층은 양성자 교환막(PEM) 전해조의 핵심 기능 요소입니다. 주로 양극 측에 적용되는 이 층은 가스 확산, 물질 전달, 전도성 연결 및 구조적 지지에서 중요한 역할을 합니다. 수소 생산을 위한 PEM 수전해에서 양극 측의 물질 전달 효율, 구조적 안정성 및 계면 접착력은 전해 장치의 효율, 작동 안정성 및 수명을 직접적으로 결정합니다. 초음파 분무법으로 제조된 다공성 티타늄 가스 확산층은 우수한 물질 전달 성능과 소형 구조를 결합하여 고정밀, 고부하 전해 환경에 매우 적합합니다.

기존의 탄소 기반 가스 확산층은 PEM 전해조 양극의 복잡한 작동 조건에 적합하지 않습니다. 산성 및 알칼리성 전해액에서 산화 반응을 쉽게 일으켜 각각 이산화탄소와 탄산염 이온을 생성함으로써 소재의 급격한 손상과 소자 성능 저하를 초래합니다. 그러나 초음파 스프레이로 형성된 소결 다공성 티타늄 소재는 탄소 기반 소재의 한계를 완전히 극복합니다. 티타늄의 내식성과 고유한 다공성 소결 구조를 활용하여 다양한 산성 및 알칼리성 전해 조건에 ​​적합합니다. 또한, 매끄러운 표면 구조로 인해 막 전해조 구성 요소에 대한 접착력이 우수하여 양극 촉매층과 바이폴라 플레이트 및 전류 집전체 사이의 전기적 접촉을 효과적으로 최적화합니다. 이는 계면 접촉 저항을 크게 감소시키고 촉매 탈락 및 손실을 최소화하여 전해조의 효율적이고 안정적인 작동을 위한 기반을 마련합니다.

II. 핵심 성능 우위

성숙한 초음파 스프레이 성형 기술과 정밀한 소결 준비 기술을 활용하여 다공성 티타늄 가스 확산층은 기존 확산 재료에 비해 여러 가지 성능상의 이점을 보여주며, PEM 전해조의 전반적인 성능을 종합적으로 최적화합니다.

1. 높은 전도성과 안정성으로 촉매 소재 수명 연장: 장기간 전기분해 조건에서도 안정적인 고전도를 유지하며, 탄소 기반 소재의 산화로 인한 성능 저하 문제를 해결하여 막 전극 촉매 소재를 효과적으로 보호하고 핵심 부품의 수명을 크게 연장하며 장비 운영 및 유지 보수 비용을 절감합니다.

2. 전기화학 장치의 신뢰성 향상: 이 소재는 치밀하고 균일한 구조를 가지며 전기화학적 부식에 대한 저항성이 뛰어납니다. 연속적이고 고주파수의 전해 운전에 적합하여 노화 및 고장 발생 가능성이 높은 기존 소재의 단점을 극복하고 PEM 전해조의 전반적인 작동 안정성과 신뢰성을 크게 향상시킵니다.

3. 낮은 접촉 저항으로 고전류 밀도 조건에 적합: 평면 계면 구조는 막 전해 부품과의 접착 효과를 크게 최적화하여 계면 접촉 저항을 효과적으로 감소시키고 고전류 밀도 조건에서도 안정적인 작동을 지원합니다. 4A/cm² 조건에서 작동 전압을 1.8V 이내로 제어할 수 있으며 전해 효율이 크게 향상됩니다.

4. 유연한 밀착성으로 초박형 양성자 교환막 보호: 소재 표면이 매끄럽고 섬세하며 날카로운 돌출부가 없어 양성자 교환막의 마모 및 압축 손상을 효과적으로 방지합니다. 특히 초박형 양성자 교환막 적용 분야에 적합하며, 막 모듈의 무결성과 작동 안정성을 보장합니다.

5. 균일한 공기 투과성 및 최적화된 가스 배출 효율: 초음파 분무와 소결 공정의 결합으로 균일하고 제어 가능한 기공 크기 분포를 구현하여 양극 측 반응에서 생성된 가스를 신속하게 배출할 수 있습니다. 이를 통해 가스 정체 및 축적으로 인한 물질 전달 장애 및 불균일한 국부 압력과 같은 문제를 방지하고 높은 물질 수송 효율을 지속적으로 보장합니다.

III. 핵심 기술 매개변수

다공성 티타늄 가스 확산층용 초음파 분사 공정은 성숙 단계에 있으며 매개변수 제어가 가능합니다. 이 공정은 표준화된 대량 생산이 가능하며 맞춤형 제작도 지원합니다. 핵심 성능 매개변수는 다음과 같으며, 다양한 사양의 PEM 전해조에 적용 가능합니다.
1. 두께 사양: 일반적인 두께 범위는 0.03~0.3mm이며, 0.03mm, 0.05mm, 0.08mm, 0.1mm, 0.15mm 등이 포함됩니다.

표준 두께는 0.25mm와 0.3mm이며, 맞춤형 두께는 요청 시 제공 가능합니다.
2. 기공 크기 및 다공성: 평균 기공 크기는 5μm에서 15μm 사이로 조절되며, 다공성은 40%에서 50% 사이로 안정적입니다. 기공 구조는 균일하고 규칙적이어서 공기 투과성과 구조적 강도의 균형을 이룹니다.

3. 치수 정밀도: 모든 크기로 맞춤 제작이 가능하며, 절단 공차를 ±2% 이내로 제어하여 다양한 전해조의 조립 정밀도 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

4. 표면 조도: 표면 조도 Ra 값은 1μm~5μm이며, 표면은 평평하고 매끄러워 계면 접착 효과가 보장됩니다.

5. 기계적 특성: 인장 강도 > 50MPa, 80MPa 압력 하에서의 압축 변형률 < 3%, 높은 기계적 강도와 강력한 변형 저항성을 갖추어 장기간 고압 조립 및 작동 조건에 적합합니다.

IV. 귀금속 전도성 코팅 최적화 기술

고전위 전해 환경에서 티타늄 소재가 쉽게 이산화티타늄 부동태층을 형성하여 장기적인 전도성 안정성에 영향을 미치는 문제를 해결하기 위해, 초음파 분무 다공성 티타늄 가스 확산층을 귀금속 코팅 개질 공정과 함께 사용할 수 있습니다. 정밀한 코팅 처리를 통해 소재의 내식성과 장기 사용 안정성을 더욱 향상시킬 수 있습니다.

현재 주류 방식은 백금 및 기타 귀금속 코팅을 사용하며, 코팅 두께는 50nm에서 200nm까지 조절 가능하고 두께 허용 오차는 ±10% 이내로 정밀하게 제어됩니다. 이 코팅은 특수 공정을 통해 형성되어 핀홀이 없는 균일하고 치밀한 표면을 가지며 티타늄 기판에 대한 접착력이 강하여 박리 및 벗겨짐에 대한 저항성이 뛰어납니다. 이러한 개선된 공정은 패시베이션층 형성을 근본적으로 억제하여 재료의 전도성을 지속적으로 유지하고 고강도 장시간 작동 조건에서도 PEM 전해조의 작동 안정성을 크게 향상시켜 산업용 연속 수소 생산 시나리오에 적합하게 만듭니다.

V. 지원 요약

초음파 분사 방식으로 제조된 다공성 티타늄 가스 확산층은 내식성, 높은 전도성, 낮은 저항, 균일한 가스 투과성, 뛰어난 적응성 등의 핵심 장점을 지니고 있어 기존 탄소 기반 확산층의 고유한 단점을 완벽하게 해결합니다. 따라서 PEM 전해조 양극의 핵심 소재로 적합합니다. 정밀하고 제어 가능한 제조 공정과 귀금속 코팅 개질 기술을 결합하면 전해 효율을 효과적으로 향상시키고 장비 수명을 연장하며 운영 및 유지 보수 비용을 절감할 수 있습니다. 실험실 연구 개발부터 중소형 장비, 대규모 산업용 수소 생산에 이르기까지 다양한 환경에 적용 가능하며, 수소 에너지 생산 분야에서 매우 높은 응용 가치와 유망한 전망을 보여줍니다.

치어소닉 소개

치어소닉 은 마이크로일렉트로닉스/전자, 대체 에너지, 의료 및 산업 시장을 비롯하여 건설 및 자동차 분야의 특수 유리 응용 분야에 이르기까지 부품 및 구성 요소의 표면을 보호, 강화 또는 매끄럽게 하기 위해 정밀한 박막 코팅을 적용하는 초음파 코팅 시스템의 선도적인 개발 및 제조업체입니다.

당사의 코팅 솔루션은 환경 친화적이고 효율적이며 신뢰성이 매우 높습니다. 이를 통해 과도한 분사를 획기적으로 줄이고 원자재, 물 및 에너지 사용량을 절감할 뿐만 아니라 공정 반복성, 전송 효율, 높은 균일성 및 배출량 감소를 실현할 수 있습니다.

초음파 분무 노즐에 대한 기술적인 질문, 맞춤 제작 요구 사항 또는 구매 문의 사항이 있으시면 언제든지 당사의 전문 영업 및 기술 팀에 연락하여 자세한 사양, 맞춤형 솔루션 및 산업 응용 분야에 대한 지원을 받으십시오.
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