Comment utiliser l'atomisation à ultrasons pour pulvériser la suspension du catalyseur des électrodes?

Cette technologie utilise des vibrations à ultrasons pour atomiser la suspension du catalyseur en minuscules gouttelettes, qui sont ensuite déposées avec précision sur la surface du substrat pour former un revêtement électrode uniforme et élevé.

I. Principe technique
Le processus central de pulvérisation d'atomisation à ultrasons de suspension de catalyseurs d'électrode peut être divisé en deux étapes: l'atomisation et le dépôt.

1.1 Étape d'atomisation à ultrasons
La suspension de catalyseur (composée de particules de catalyseur, de solvant, de liant, etc.) est délivrée à la buse d'atomisation à ultrasons à travers un système d'alimentation. Le transducteur à ultrasons (généralement un matériau en céramique piézoélectrique) à l'intérieur de la buse génère des vibrations mécaniques à fréquence élevées (généralement 10 - 180 kHz) lorsqu'elles sont excitées par un signal électrique élevé à haute fréquence. Cette énergie vibrationnelle est transférée à la surface du suspension, faisant surmonter la tension de surface de la suspension et former de minuscules gouttelettes (aussi petites que 1 - 50 μm de diamètre), formant un cône d'atomisation uniforme.
1.2 Stade de dépôt
Les gouttelettes atomisées, entraînées par un gaz porteur (comme l'air comprimé ou l'azote), sont pulvérisées à une vitesse contrôlée sur la surface du substrat à enrober (comme une membrane d'échange de protons, un collecteur de courant métallique, un substrat en céramique, etc.). Les gouttelettes se propagent sur la surface du substrat et le solvant s'évapore, formant finalement un revêtement de catalyseur continu et uniforme.

Ii Avantages de base
Par rapport aux technologies de revêtement traditionnelles (telles que le revêtement Doctor Blade, l'impression d'écran et le spray d'air), l'atomisation à ultrasons offre les avantages significatifs suivants:

● Uniformité élevée du revêtement: l'atomisation à ultrasons produit une distribution de taille des gouttelettes étroite et cohérente. Combiné avec des systèmes de contrôle de mouvement de précision (tels que les bras robotiques et les stades XY), les écarts d'épaisseur de revêtement de ≤ ± 5% peuvent être réalisés, éliminant des problèmes tels que l'accumulation de bord et les trous d'épingle associés aux processus traditionnels.
● Utilisation élevée des matériaux: les gouttelettes atomisées sont très directionnelles, éliminant les déchets "de superpris" associés au spray d'air. Les taux d'utilisation des matériaux peuvent atteindre 80% - 95% (par rapport à 30% - 50% pour le spray aérien traditionnel), ce qui le rend particulièrement adapté aux besoins de réduction des coûts dans les catalyseurs métalliques précieux (tels que Pt / C). ● Excellent controllability of coating thickness: By adjusting parameters such as atomization power, feed rate, nozzle movement speed, and spraying times, coating thickness can be precisely adjusted from the nanometer level (e.g., 100nm) to the micrometer level (e.g., 50μm), meeting the performance requirements of different electrodes (e.g., the catalyst layer thickness of a proton exchange membrane fuel cell is typically 5 - 20 μm).
● Fort compatibilité des substrats: le processus d'atomisation élimine un impact sur le flux d'air de pression élevé, permettant une application sur des substrats flexibles (par exemple, des membranes polymère), des substrats cassants (par exemple, des wafers en céramique) ou des substrats sensibles, en évitant la déformation ou les dommages.
● Processus respectueux de l'environnement: aucun diluant volatil n'est requis (ou des quantités minimales ne sont utilisées). Combiné avec une chambre de pulvérisation scellée et un système de récupération des gaz d'échappement, cela réduit efficacement les émissions de COV, répondant aux normes de fabrication vertes.

Iii. Scénarios d'application typiques
La pulvérisation d'atomisation à ultrasons de suspensions de catalyseurs d'électrodes a atteint une application industrielle dans plusieurs champs, y compris les éléments suivants:

● Piles à combustible à membrane d'échange de protons (PEMFC): Utilisé pour préparer les couches de catalyseur de cathode et d'anode. Les suspensions de catalyseurs telles que les alliages Pt / C et Pt sont uniformément enduites à la surface de la membrane d'échange de protons ou de la couche de diffusion de gaz pour améliorer l'activité de réaction catalytique et les performances de diffusion du gaz.
● Electrolyse des électrodes: revêtement des catalyseurs d'évolution de l'oxygène tels que les catalyseurs iro₂ et ruo₂, ou pt - d'évolution de l'hydrogène, sur des substrats tels que le maillage de titane et le papier carbone pour former un revêtement catalytique hautement actif et stable.
● Electrodes de batterie au lithium - ion: utilisé pour enrober l'électrode positive (par exemple, licoo₂, lifepo₄) ou l'électrode négative (par exemple, graphite) avec des revêtements d'agent catalyseur / conducteur, améliorant la conductivité de l'électrode et la capacité de diffusion ionique.
● Electrodes du capteur: préparation des revêtements d'électrodes sensibles (par exemple, la couche catalytiquement active d'un capteur de gaz) sur des substrats en céramique ou en silicium pour améliorer la vitesse de réponse du capteur et la précision de détection. ● cellules solaires: utilisées pour enduire la couche de transport d'électrons ou la couche de transport de trou des cellules solaires de pérovskite et la préparation de la contre-électrode catalytique des cellules sensibilisées.