막 전극 제조 방법의 직접 코팅 슬러리 및 코팅 기술

막 전극의 제조는 3 세대를 통과했습니다.

1 세대가 호출됩니다가스 확산 전극 (GDE)일반적으로 스크린 인쇄를 사용하여 확산 층에서 촉매층을 준비합니다 (그림 1). 2 세대는촉매 코팅 막 (CCM)준비 방법, 즉 촉매 층은 막에서 제조되는데, 이는 현재의 주류 막 전극 제조 기술이다. 1 세대 방법과 비교하여,이 방법은 양성자 교환 막의 코어 재료를 결합제로 사용하여 촉매 층과PEM, 그리고 어느 정도까지 막 전극의 성능과 촉매의 이용률 및 내구성을 향상시킨다. 3 세대 막 전극은 정렬 된 막 전극이다. 현재, 3 세대 막 전극의 대량 생산 기술은 주로 미국의 3M 회사가 대표하는 국제 재료 거인들에 의해 마스터됩니다.

그림 1 GDE 멤브레인 전극 제조 공정

그림 2 CCM 막 전극 제조 공정

그만큼촉매 코팅 막 (CCM)현재의 주류 막 전극 제조 기술로서, 제조 방법은 촉매 슬러리를 양성자 교환 막의 표면에 로딩 한 다음 결합하는 기본 원리를 기반으로한다.양성자 교환 막, 촉매 층, 프레임 및가스 확산층뜨거운 프레스 또는 결합을 통해 함께, 막 전극의 제조를 완료한다. 현재 대량 생산을 달성 할 수있는 준비 방법은 주로 인쇄 및 직접 코팅입니다. 종래의 전달 인쇄 공정에 따르면, 약 3 내지 6 개의 막 전극은 1 분 안에 코팅 될 수 있으며, 30 개 이상의 조각이 양극의 양쪽면에서 코팅 될 수 있고 1 분 안에 음극을 코팅 할 수있다 (1 미터의 막 전극 6 조각을 기준으로 계산). 제조 효율의 관점에서, 양극 및 캐소드의 양면 직접 코팅 공정은 자동 배치 제조의 요구를 더 잘 충족시킬 수 있습니다.

양면 직접 코팅 공정을 위해, 막 팽창 문제를 해결하기 위해, 업계는 현재 공식 개선 및 공정 변환을 통해 양면 직접 코팅을 주로 달성합니다.

I의존적으로 개발 된 직접 코팅 슬러리 ： 생산 효율이 크게 향상되었습니다.

직접 코팅 기술은 양성자 교환 막에 촉매 슬러리의 직접 코팅으로 인해 개발하기가 어렵고, 용매가 발생할 때 막이 팽창되기 쉽다. 아래의 그림 3에 도시 된 바와 같이, 상이한 물-에탄올 비 및 수 프로판올 비율로 직접 코팅 및 전달 인쇄 코팅의 품질을 비교한다. 비교적 우수한 코팅 품질을 달성하기 위해서는 직접 코팅이 매우 좁은 물 대 알코올 비율 범위 내에 있어야하는 반면, 전송 인쇄는 비교적 넓습니다. 직접 코팅 기술의 공정 창이 훨씬 좁다는 것을 알 수 있습니다.

일반적으로 전송 과정에서 균열이 없거나 균열 코팅이 달성됩니다. 촉매 슬러리는 유기 알코올 시스템입니다. 그러나, 알코올 슬러리는 직접 코팅 공정 동안 심각한 막 팽창을 일으킬 것이다. 이 현상에 대한 응답으로 VET Energy는 독립적으로 직접 코팅 기술에 적합한 프로세스 및 공식을 개발했으며, 이는 슬러리 프로세스 및 생산 효율의 혁신적인 개선 및 개선을 달성했습니다.

● 슬러리 포뮬러 : 물-푸파놀 시스템, 그 중 물은 70%이상을 차지합니다.

● 슬러리 프로세스 : 혼합 볼 밀링 gesassing + 초음파 탈기, 다수의 탈기 공정 및 다중 인터리브 구현 프로세스의 혁신적인 사용이므로 재료 자체에 존재하고 제조 프로세스 중에 생성 된 기포를 제 시간에 제거 할 수 있습니다.

● 생산 효율성 :이 슬러리 준비 프로세스는 공급까지 총 40 분이 걸리며 생산 효율은 기존 준비 프로세스보다 3-5 배 높습니다.

그림 3 직접 코팅 및 전달을위한 상이한 물 알코올 비율의 코팅 다공성 (코팅 품질)

코팅 공정의 혁신적인 최적화 : 여러 기술 혁신을 달성합니다

직접 코팅 기술의 또 다른 주요 어려움은 2면 코팅 동안 막 팽창 문제입니다. 양성자 교환 막 자체의 보호 필름은 제 1면을 직접 코팅 할 때 양성자 교환 막을지지하기 때문에, 양성자 막은 합리적인 슬러리 공식 하에서 부풀어 오르기가 쉽지 않다. 두 번째면을 코팅 할 때, 보호 필름이 제거되고, 양성자 막은지지 보호없이 용매를 만날 때 부풀어 오르고 변형 될 가능성이 높다. 제 2 쪽이 지지막 보호없이 직접 코팅되면, 양성자 막이 심하게 부풀어 오른다. 이 문제를 해결하기 위해, VET 에너지는 미세 다공성 강한 진공 흡착 막을 선택하고 개발하고 코팅 파라미터를 최적화하여 양극 및 캐소드 촉매 슬러리의 직접 코팅에서 기술 혁신을 달성하는데, 이는 다음과 같이 구체적으로 나타납니다.

● 코팅 온도 : 코팅 품질은 먼저 저하 된 다음 코팅 온도로 개선되어 역 U 자형 곡선을 나타냅니다. 에너지 공급 및 에너지 비용 절약의 고려에 기초하여, 코팅 온도는 40 ℃ 인 것으로 결정된다;

● 코팅 속도 : 선호하는 코팅 속도는 5m/분보다 큽니다.

● 코팅 두께 : 두께가 증가함에 따라 코팅 균열 속도가 증가합니다. 0.25mg/cm2의 하중에 기초하여, 코팅 두께는 60μM 인 것으로 결정된다;

● 2면 코팅 : 미세 다공성 강한 진공 흡착 멤브레인을 추가하십시오. 이 막은 특수 재료로 만들어졌으며 특정 다공성과 두께가 있습니다. 양성자 교환 막의 흡착력을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다. 촉매 층을 갖는 양성자 교환 막은 제 2 쪽상에서 코팅되어 균일하고 균열이없는 양극 및 음극 촉매 층을 수득한다.

테스트 방법

이전 코팅 개발 단계에서, 코팅 품질을 제어하기위한 효과적인 정량적 검출 방법은 없었다. 대규모 개발 워크로드, 긴 개발주기 및 직접 코팅 공정의 정량적 테스트 방법의 부족을 고려하여, VET Energy는 직접 코팅 개발 단계에서 균열을 정량적으로 제어하기 위해 균열 "다공성"의 개념을 채택했습니다. 즉, 코팅은 금속성 현미경으로 촬영되며, 사진의 촉매 층 적용 범위는 이미지 처리 소프트웨어를 사용하여 계산됩니다. 나머지 부분은 균열의 다공성입니다. 그림 4는 촉매층 적용 범위의 계산 결과입니다. 직접 코팅 개발 과정에서, 공식 및 공정의 최적화 방향은 균열 다공성을 비교함으로써 결정된다.

그림 4 촉매 층 적용 범위의 계산 결과

현재, 주요 매개 변수입니다막 전극VET Energy가 독립적으로 개발하고 준비한 제품은 국제 고급 수준에 도달했습니다. 완성 된 생산 라인은 100 만 개 이상의 연간 생산량을 달성 할 수 있으며, 이는 현지화 혁신과 비용 절감에서 특정한 주요 역할을 수행했습니다. 앞으로 VET Energy는 막 전극 성능을 향상시키고 비용 절감에 계속 중점을 둘 것이며수소 연료 전지지속적인 기술 반복 및 업그레이드를 통한 산업 체인.