Kütuseelement ultraheli pihustusseadmete rakendamiseks
Kütuseelementidel on palju eeliseid. Kütuseelemendid võivad töötada suurema tõhususega kui sisepõlemismootorid. Kütuseelementide heitkogused on väiksemad kui sisepõlemismootoritel. Vesinikkütuseelement eraldab ainult vett, nii et see ei eralda süsinikdioksiidi ega tekita suitsu ega õhusaasteaineid, mis põhjustavad töötamise ajal terviseprobleeme. Seetõttu kasutatakse kütuseelemente, mis on puhtad energiaallikad, laialdaselt ka tööstuslikus tootmises.
Ultraheli pihustamise süsteem
Kütuseelementide pihustamine on oluline lüli kütuseelementide tootmisel. Ultraheli pihustamissüsteemi kasutatakse kütuseelementide komponentide pihustamiseks selle ühtlase pihustamise ja kõrge pihustamise tõhususe tõttu. Järgnev tutvustab peamiselt kütuseelemendi põhikomponente, ultraheli pihustussüsteemi ja nii edasi.
Kütuseelement
Kütuseelemendi pihustamine hõlmab peamiselt selle põhikomponent-membraanelektroodide kokkupaneku pihustamist. PEM-kütuseelemendi südamik on membraanelektroodide koost (MEA), mis sisaldab membraani, katalüsaatorikihti ja gaasi difusioonikihti (GDL). Järgnev tutvustab peamiselt polümeerelektrolüütide membraani ja katalüsaatorikihti.
Polümeerelektrolüütide membraan ehk PEM (tuntud ka kui prootonvahetusmembraan) on spetsiaalselt töödeldud materjal, mis juhib ainult positiivselt laetud ioone ja blokeerib elektrone. PEM on kütuseelemendi tehnoloogia võti, mis võimaldab ainult vajalikel ioonidel läbida anoodi polümeerelektrolüüdi membraani ja katoodi vahel. Polümeerelektrolüüdi membraani mõlemale küljele tuleb lisada katalüsaatori kiht, üks külg on anoodikiht ja teine pool katoodkiht. Anoodide poolel võimaldab katalüsaator vesinikumolekulidel jaguneda prootoniteks ja elektronideks. Katoodpoolel tekitab katalüsaator vett, reageerides anoodi tekitatud prootonitega, vähendades seeläbi hapnikku.
Kütuseelementides kasutatavaid katalüsaatormaterjale saab sünteesida ultraheli pihustitega ja seejärel pihustada kütuseelementides kasutamiseks mõeldud polümeerelektrolüütide membraanide pinnale. Ultraheli pihustamissüsteemi saab kasutada katalüsaatori täpseks, täpseks ja ühtlaseks pihustamiseks elektrolüütide membraanikihile, minimeerides seeläbi ülepihustamist, mis mängib olulist rolli seadmete optimeerimisel, korratavusel, jätkusuutlikkusel ja kulude kokkuhoiul. mõju.
Üldiselt vajab kütuseelemendi membraankiht nõutava paksuse, tekstuuri ja elektriliste omaduste saavutamiseks pidevat õhukest katet. Traditsioonilise õhu atomiseeritud pihustusventiili kasutamine on lihtne põhjustada ülepihustamist, ummistumist ja ebaühtlast pihustit on lihtne toota ning vedeliku voolu täpset kontrolli on raske säilitada. Ultraheli pihustid võivad toota pehmet, tõhusat pihustit ja ühtlast katet. Lisaks saab täpselt kontrollida pihusti kuju ja seadme käivitus- ja seiskamisprotseduure. Ultraheli pihustamine võib täpselt kontrollida kattemustrit ja katte paksust. Seetõttu on ultraheli pihusti sobivam valik.
Ultraheli pihusteid saab kasutada kütuseelemendi katalüsaatori nanomaterjalide sünteesimiseks keemilise auru sadestumise või pihustuspürolüüsi tehnoloogia abil. Ultraheli pihusteid saab kasutada ka katalüsaatorimaterjalide pihustamiseks elektroodidele või membraani substraatidele. Sünteesitud katalüsaatori osakesed suspendeeritakse tavaliselt "tindiga", mis tuleb seejärel pihustada elektroodile või membraanile sobivas koguses kütuseelemendis kasutamiseks. Ultraheli pihustustehnoloogia sobib väga hästi erinevatele kõrge ja madala temperatuuriga PEM, DMFC ja SOFC kütuseelementidele.
