Direct coating slurry en coatingtechnologie van membraanelektrode -voorbereidingsmethode

De bereiding van membraanelektrode is drie generaties doorlopen.

De eerste generatie wordt genoemdgasdiffusie -elektrode (GDE), die meestal schermafdrukken gebruikt om de katalysatorlaag op de diffusielaag te bereiden (figuur 1). De tweede generatie is dekatalysator gecoate membraan (CCM)Voorbereidingsmethode, dat wil zeggen de katalysatorlaag wordt bereid op het membraan, dat de huidige mainstream membraanelektrode -voorbereidingstechnologie is. Vergeleken met de eerste generatiemethode, gebruikt deze methode het kernmateriaal van het protonuitwisselingsmembraan als een bindmiddel, dat de weerstand van de protontransmissie tussen de katalysatorlaag en dePEMen tot op zekere hoogte verbetert de prestaties van de membraanelektrode en de gebruikssnelheid en de duurzaamheid van de katalysator. De derde generatie membraanelektrode is een geordende membraanelektrode. Momenteel wordt de massaproductietechnologie van de derde generatie membraanelektrode voornamelijk onder de knie door internationale materiële reuzen vertegenwoordigd door 3M Company in de Verenigde Staten.

Figuur 1 GDE -membraanelektrodebereidingsproces

Figuur 2 CCM membraanelektrodebereidingsproces

Dekatalysator gecoate membraan (CCM)De voorbereidingsmethode, als de huidige mainstream membraanelektrode -voorbereidingstechnologie, is gebaseerd op het basisprincipe van het laden van de katalysatorslurry op het oppervlak van het protonuitwisselingsmembraan en vervolgens de combinatie van deprotonuitwisselingsmembraan, katalysatorlaag, frame engasdiffusielaagSamen door middel van hete dringen of binding, waardoor de voorbereiding van de membraanelektrode wordt voltooid. De voorbereidingsmethoden die momenteel massaproductie kunnen bereiken, zijn voornamelijk overdrachtsafdrukken en directe coating. Volgens het conventionele overdrachtsdrukproces kunnen ongeveer 3 tot 6 membraanelektroden in één minuut worden bekleed en kunnen meer dan 30 stuks worden bekleed aan beide zijden van de anode en kathode in één minuut (berekend op basis van 6 stukken van een meter membraanelektrode). Vanuit het perspectief van de productie-efficiëntie kan het dubbelzijdige directe coatingproces van de anode en de kathode beter voldoen aan de behoeften van geautomatiseerde batchproductie.

Voor het dubbelzijdige directe coatingproces, om het probleem van membraanzwelling op te lossen, bereikt de industrie momenteel voornamelijk dubbelzijdige directe coating door formuleverbetering en procestransformatie.

INederte afhankelijk ontwikkelde directe coating slurry ： De productie -efficiëntie is sterk verbeterd

Directe coatingtechnologie is moeilijk te ontwikkelen vanwege de directe coating van de katalysatorslurry rechtstreeks op het protonuitwisselingsmembraan, en het membraan is vatbaar voor zwelling wanneer het oplosmiddelen tegenkomt. Zoals getoond in figuur 3 hieronder, wordt de kwaliteit van directe coating en overdrachtsdrukcoatings onder verschillende water-ethanolverhoudingen en water-propanolverhoudingen vergeleken. Om een ​​relatief goede coatingkwaliteit te bereiken, moet directe coating binnen een zeer smal water-al-alcoholverhoudingsbereik zijn, terwijl transferafdrukken een relatief breed bereik hebben. Het is te zien dat het procesvenster van directe coatingtechnologie veel smaller is.

Gewoonlijk moet in het overdrachtsproces scheurvrij of minder scheurcoating worden bereikt. De katalysatorlurry is een organisch alcoholsysteem. De alcoholslurry zal echter ernstige membraanzwelling produceren tijdens het directe coatingproces. In reactie op dit fenomeen heeft Vet Energy onafhankelijk een proces ontwikkeld en formule geschikt voor directe coatingtechnologie, die innovatieve verbeteringen en verbeteringen in het slurryproces en de productie -efficiëntie als volgt heeft bereikt:

● Surry-formule: water-N-propanolsysteem, waarvan water goed is voor meer dan 70%;

● Surry -proces: innovatief gebruik van gemengde balfrezendesing + ultrasone ontgassing, meerdere ontgassingsprocessen en meerdere interleaving -implementatieprocessen, zodat bubbels in het materiaal zelf bestaan ​​en gegenereerd tijdens het voorbereidingsproces kunnen worden verwijderd in de tijd;

● Productie-efficiëntie: dit preparaatproces van het slurry duurt in totaal 40 minuten van voeding tot ontladen, en de productie-efficiëntie is 3-5 keer hoger dan die van het traditionele voorbereidingsproces.

Figuur 3 Coating Porositeit (coatingkwaliteit) van verschillende water-alcoholverhoudingen voor directe coating en overdracht

Innovatieve optimalisatie van het coatingproces: bereik meerdere technologische doorbraken

Een andere belangrijke moeilijkheid van directe coatingtechnologie is het membraanzwellingprobleem tijdens de tweede kant. Omdat de beschermende film van het protonuitwisselingsmembraan zelf het protonuitwisselingsmembraan ondersteunt bij het direct coaten van de eerste zijde, is het protonmembraan niet eenvoudig te zwellen en vervormen onder een redelijke slurreformule. Bij het coaten van de tweede kant wordt de beschermende film verwijderd en is het protonmembraan zeer waarschijnlijk opzwellen en vervormen bij het tegenkomen van oplosmiddel zonder ondersteuning. Wanneer de tweede zijde direct wordt gecoat zonder ondersteuning van de membraanbescherming, zwelt het protonmembraan ernstig op. Om dit probleem aan te pakken, selecteerde de dierenartsenergie een microporeus sterk vacuümadsorptiemembraan en heeft de coatingparameters geoptimaliseerd, waarbij een technische doorbraak werd bereikt bij directe coating van anode en kathodekatalysator slurry, dat specifiek als volgt wordt gemanifesteerd:

● Coatingtemperatuur: de coatingkwaliteit verslechtert eerst en verbetert vervolgens de coatingtemperatuur, met een omgekeerde U-vormige curve. Op basis van de overweging van energietoevoer en energiekostenbesparing wordt de coatingtemperatuur bepaald als 40 ° C;

● Coatingsnelheid: de voorkeurscoatingsnelheid is groter dan 5m/min;

● Coatingdikte: de scheursnelheid van de coating neemt toe met de toename van de dikte. Gebaseerd op de belasting van 0,25 mg/cm2, wordt de coatingdikte bepaald als 60 μm;

● Coating van de tweede kant: voeg een microporeus sterk vacuümadsorptiemembraan toe. Dit membraan is gemaakt van speciale materialen en heeft een specifieke porositeit en dikte. Het kan de adsorptiekracht van het protonuitwisselingsmembraan effectief verbeteren. Het protonuitwisselingsmembraan met de katalysatorlaag is gecoat aan de tweede zijde om een ​​uniforme en scheurvrije anode en kathodekatalysatorlaag te verkrijgen.

Testmethode

In de vorige fase van de ontwikkeling van coating was er geen effectieve kwantitatieve detectiemethode voor het beheersen van de kwaliteit van de coating. Met het oog op de grote ontwikkelingswerk, de lange ontwikkelingscyclus en het ontbreken van kwantitatieve testmethoden voor direct coatingproces, heeft Vet Energy het concept van crack "porositeit" overgenomen om scheuren kwantitatief te regelen in de directe coatingontwikkelingsfase. Dat wil zeggen, de coating wordt gefotografeerd met een metallografische microscoop en de dekking van de katalytische laag van de foto wordt berekend met behulp van beeldverwerkingssoftware. Het resterende deel is de porositeit van de scheur. Figuur 4 is het berekeningsresultaat van de dekking van de katalytische laag. In het proces van de ontwikkeling van directe coating wordt de optimalisatierichting van de formule en het proces bepaald door de porositeit van de scheur te vergelijken.

Figuur 4 Berekeningsresultaat van de dekking van de katalytische laag

Momenteel zijn de belangrijkste parameters van demembraanelektrodeProducten onafhankelijk ontwikkeld en opgesteld door Vet Energy hebben het internationale geavanceerde niveau bereikt. De voltooide productielijn kan een jaarlijkse output van meer dan een miljoen stukken bereiken, wat een bepaalde leidende rol heeft gespeeld bij doorbraken van lokalisatie en kostenreductie. In de toekomst zal dierenartsenergie zich blijven concentreren op het verbeteren van de prestaties van de membraanelektrode en het verlagen van de kosten, en de commercialisering van dewaterstofbrandstofcelIndustrie -keten door continue technologische iteratie en upgraden.