超声波喷涂设备的应用之燃料电池超声波喷涂设备的应用之燃料电池

燃料电池具有多项优势，燃料电池可以以比内燃机更高的效率运行。燃料电池的排放比内燃机低。氢燃料电池只排放水，因此不会排放二氧化碳，也不会在运行时产生烟雾和导致健康问题的空气污染物。因此，作为清洁能源的燃料电池也被大量应用于工业生产中。

燃料电池的组件喷涂是生产燃料电池中的重要环节。超声波喷涂系统由于其喷涂均匀、高喷涂效率等特点被用于燃料电池的组件喷涂。下文主要介绍关于燃料电池的核心组件、超声波喷涂系统等内容。

燃料电池

关于燃料电池的喷涂主要涉及到它的核心部件—膜电极组件的喷涂。PEM燃料电池的核心是膜电极组件 (MEA)，它包括膜、催化剂层和气体扩散层 (GDL)。以下主要介绍高分子电解质膜与催化剂层。

聚合物电解质膜，或 PEM（也称为质子交换膜是一种经过特殊处理的材料，只传导带正电的离子并阻挡电子。PEM 是燃料电池技术的关键，它只允许必要的离子通过阳极和阴极之间。在高分子电解质膜的两侧需要添加一层催化剂，一侧是阳极层，另一侧是阴极层。在阳极侧，催化剂使氢分子能够分裂成质子和电子。在阴极侧，催化剂通过与阳极产生的质子反应生成水，从而使氧还原。

超声波喷涂系统

用于燃料电池的催化剂材料可通过超声波喷嘴合成，然后再喷涂到聚合物电解质膜表面以用于燃料电池。超声波喷涂系统可用于准确、精确和均匀地将催化剂喷涂到电解质膜层上，从而最大限度地减少过度喷涂，这对于喷涂设备优化、可重复性、可持续性和成本节约等起到较大的作用。

通常，燃料电池的膜层需要连续薄涂层以达到所需的厚度、质地和电性能。使用传统的空气雾化喷雾阀容易导致过度喷涂，堵塞的情况，而且容易产生不均匀的喷雾并且难以维持精确控制液体流量。超声波喷嘴能够产生柔软、有效的喷雾且均匀的涂层。此外，还能精准控制喷雾的形状以及设备的启动和停止程序。超声波喷涂可精确控制涂层图案和涂层厚度。因此，超声波喷嘴是更加适用的选择。

超声波喷嘴可用于通过化学气相沉积或喷雾热解技术合成燃料电池催化剂纳米材料。超声波喷嘴还可用于将催化剂材料喷涂在电极或膜基材上。合成后的催化剂颗粒通常会悬浮，形成“墨水”，然后需要将其适量喷涂到电极或膜上以用于燃料电池。超声波喷涂技术非常适用于各种高温和低温 PEM、DMFC 和 SOFC 燃料电池。