напыленный пористый титановый газодиффузионный слой

напыленный пористый титановый газодиффузионный слой

I. Обзор продукта

Ультразвуковое напыление пористых титановых газодиффузионных слоев является ключевым функциональным компонентом электролизеров с протонно-обменной мембраной (ПЭМ). Применяемое преимущественно на анодной стороне, оно играет решающую роль в диффузии газа, массопереносе, проводящих соединениях и структурной поддержке. В электролизе воды с использованием ПЭМ для производства водорода эффективность массопереноса, структурная стабильность и межфазная адгезия на анодной стороне напрямую определяют эффективность, эксплуатационную стабильность и срок службы электролизного устройства. Пористый титановый газодиффузионный слой, полученный методом ультразвукового напыления, идеально подходит для высокоточных электролизных условий с высокой нагрузкой, сочетая превосходные характеристики массопереноса с компактной структурой.

Традиционные газодиффузионные слои на основе углерода непригодны для сложных условий эксплуатации анодов электролизеров с протонно-обменной мембраной (PEM). Они легко подвергаются реакциям окисления в кислых и щелочных электролитических средах, генерируя соответственно диоксид углерода и карбонатные ионы, что приводит к быстрому разрушению материала и ухудшению характеристик устройства. Однако спеченные пористые титановые материалы, полученные методом ультразвукового напыления, полностью преодолевают ограничения материалов на основе углерода. Благодаря коррозионной стойкости титана и его уникальной пористой спеченной структуре, они подходят для различных кислых и щелочных электролитических условий. Кроме того, их гладкая поверхность обеспечивает плотное прилегание к компонентам мембранного электролиза, эффективно оптимизируя электрический контакт между каталитическим слоем анода и биполярными пластинами и токосъемниками. Это значительно снижает контактное сопротивление на границе раздела фаз и минимизирует отслоение и потерю катализатора, закладывая основу для эффективной и стабильной работы электролизера.

II. Основные преимущества в производительности

Благодаря использованию отработанной технологии ультразвукового напыления и точных методов спекания, пористые титановые газодиффузионные слои демонстрируют множество преимуществ по сравнению с традиционными диффузионными материалами, что позволяет всесторонне оптимизировать общую производительность электролизеров с протонно-обменной мембраной:

1. Высокая проводимость и стабильность, продлевающие срок службы каталитических материалов: Обеспечивает стабильно высокую проводимость в условиях длительного электролиза, исключая проблему окисления, характерную для углеродсодержащих материалов, эффективно защищая каталитические материалы мембранного электрода, значительно продлевая срок службы основных компонентов и снижая затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание оборудования.

2. Повышение надежности электрохимических устройств: Материал имеет плотную и однородную структуру и устойчив к электрохимической коррозии. Он может быть адаптирован для непрерывной и высокочастотной работы электролизера, что позволяет избежать недостатков традиционных материалов, склонных к старению и выходу из строя, и значительно повышает общую эксплуатационную стабильность и надежность электролизеров с протонно-обменной мембраной (PEM).

3. Низкое контактное сопротивление, подходящее для условий высокой плотности тока: Плоская структура интерфейса значительно оптимизирует эффект сцепления с компонентом мембранного электролиза, эффективно снижает контактное сопротивление на границе раздела и обеспечивает стабильную работу при высокой плотности тока. При плотности тока 4 А/см² рабочее напряжение может регулироваться в пределах 1,8 В, что значительно повышает эффективность электролиза.

4. Гибкая посадка, защита ультратонких протонно-обменных мембран: поверхность материала гладкая и деликатная, без острых выступов, что эффективно предотвращает износ и повреждения протонно-обменной мембраны от сжатия. Особенно подходит для применения со сверхтонкими протонно-обменными мембранами, обеспечивая целостность и эксплуатационную стабильность мембранного модуля.

5. Равномерная воздухопроницаемость и оптимизированная эффективность отвода газа: ультразвуковое напыление в сочетании с процессом спекания создает равномерное и контролируемое распределение размеров пор, что позволяет быстро отводить газ, образующийся в результате реакции на анодной стороне, избегая таких проблем, как препятствия для массопереноса и неравномерное локальное давление, вызванные застоем и накоплением газа, и обеспечивая непрерывную высокую эффективность переноса материала.

III. Основные технические параметры

Процесс ультразвукового напыления пористых титановых газодиффузионных слоев является отработанным, и его параметры поддаются контролю. Он может быть стандартизирован для массового производства и поддерживает индивидуальную настройку. Основные параметры производительности следующие, что позволяет удовлетворить требования к адаптации электролитических ячеек PEM различных спецификаций:
1. Спецификации толщины: общий диапазон толщины составляет 0,03–0,3 мм, включая 0,03 мм, 0,05 мм, 0,08 мм, 0,1 мм и 0,15 мм.

Стандартные размеры включают 0,25 мм и 0,3 мм; по запросу доступны размеры нестандартной толщины.
2. Размер пор и пористость: Средний размер пор контролируется в диапазоне от 5 мкм до 15 мкм, а пористость стабильна в пределах от 40% до 50%. Пористая структура однородна и правильна, обеспечивая баланс между воздухопроницаемостью и структурной прочностью.

3. Точность размеров: Поддерживает изготовление деталей любого размера по индивидуальному заказу, а допуск на резку может контролироваться в пределах ±2%, что соответствует требованиям к точности сборки различных электролитических ячеек.

4. Шероховатость поверхности: значение шероховатости поверхности Ra составляет 1–5 мкм, поверхность плоская и гладкая, что гарантирует качество сцепления на границе раздела.

5. Механические свойства: Предел прочности на растяжение > 50 МПа, деформация при сжатии < 3% при давлении 80 МПа, высокая механическая прочность и высокая устойчивость к деформации, подходит для длительной сборки и эксплуатации в условиях высокого давления.

IV. Технология оптимизации токопроводящих покрытий из драгоценных металлов

Для решения проблемы образования пассивирующего слоя диоксида титана в высоковольтных электролитических средах, что влияет на долговременную стабильность проводимости, можно использовать пористые газодиффузионные слои из титана, нанесенные ультразвуковым напылением, в сочетании с процессами модификации покрытиями из драгоценных металлов. Благодаря точной обработке покрытия можно дополнительно улучшить коррозионную стойкость и долговременную рабочую стабильность материала.

В настоящее время основной подход использует платиновые и другие покрытия из драгоценных металлов, толщина которых контролируется в диапазоне от 50 до 200 нм, а допуск по толщине точно регулируется в пределах ±10%. Покрытие формируется с помощью специального процесса, в результате чего получается поверхность без микропор, равномерное и плотное покрытие, а также прочная адгезия к титановой подложке, что делает его устойчивым к отслаиванию и шелушению. Этот модифицированный процесс позволяет подавлять образование пассивирующего слоя из источника, непрерывно обеспечивая проводимость материала и значительно улучшая эксплуатационную стабильность электролизеров с протонообменной мембраной в условиях высокой интенсивности и длительных циклов, что делает его подходящим для сценариев непрерывного промышленного производства водорода.

V. Краткое описание заявки

Ультразвуковое напыление пористых титановых газодиффузионных слоев, обладающих такими ключевыми преимуществами, как коррозионная стойкость, высокая проводимость, низкое сопротивление, равномерная газопроницаемость и высокая адаптивность, идеально решает присущие традиционным углеродным диффузионным слоям недостатки, делая их предпочтительным основным материалом для анодов электролизеров с протонно-обменной мембраной (PEM). В сочетании с точными и контролируемыми процессами подготовки и технологией модификации покрытия из драгоценных металлов этот материал может эффективно повысить эффективность электролиза, продлить срок службы оборудования и снизить эксплуатационные и технические расходы. Он подходит для различных сценариев применения, включая лабораторные исследования и разработки, малогабаритное и среднегабаритное оборудование, а также крупномасштабное промышленное производство водорода, демонстрируя чрезвычайно высокую ценность применения и многообещающие перспективы в области производства водородной энергии.

О компании Cheersonic

Компания Cheersonic является ведущим разработчиком и производителем ультразвуковых систем нанесения покрытий для точного нанесения тонких пленочных покрытий с целью защиты, упрочнения или выравнивания поверхностей деталей и компонентов для рынков микроэлектроники/электроники, альтернативной энергетики, медицины и промышленности, включая специализированные применения стекла в строительстве и автомобилестроении.

Наши решения для нанесения покрытий экологичны, эффективны и высоконадежны, позволяют значительно сократить избыточное распыление, сэкономить сырье, воду и энергию, а также улучшить повторяемость процесса, повысить эффективность переноса, обеспечить высокую однородность и снизить выбросы.

Если у вас возникли технические вопросы, пожелания по индивидуальной настройке или вопросы по закупке ультразвуковых распылительных форсунок, пожалуйста, свяжитесь с нашей профессиональной командой продаж и технической поддержки для получения подробных параметров, индивидуальных решений и поддержки в отраслевом применении.
Электронная почта: market2@cheersonic.com