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超声波喷涂机涂覆碳纳米管赋能燃料电池电极性能突破时间:2025-12-10 燃料电池作为高效清洁的能源转换装置,其核心性能取决于电极的导电效率与稳定性。质子交换膜燃料电池(PEMFC) 对高功率密度的追求,碱性阴离子交换膜燃料电池(AEMFC)对耐碱性电极的需求,都指向了电极材料改性的技术瓶颈。 碳纳米管凭借优异的导电性与结构特性成为理想填料,而超声涂覆技术的应用,则为碳纳米管在电极中的高效分散与性能 发挥提供了关键支撑。 传统涂覆技术易导致碳纳米管团聚,形成导电盲区,大幅降低电极导电性能。超声涂覆技术借助超声波的空化效应与 机械振动作用,从根本上解决了这一问题。在涂覆过程中,超声波作用于碳纳米管分散液,产生无数微小气泡并瞬间破裂, 释放出强大的冲击力,有效打散碳纳米管团聚体,使其以单根或少量束状形态均匀分散。同时,超声波的振动作用能促进 碳纳米管与电极基底的紧密结合,形成连续且稳定的导电网络,为电荷传输提供通畅路径。 对于PEMFC高功率密度电极而言,超声涂覆碳纳米管的优势尤为突出。高功率输出要求电极具备极低的欧姆阻抗, 超声涂覆形成的均匀导电网络,可使电极面电阻降低30%以上。此外,该技术能精准控制碳纳米管涂层厚度与分布,在 提升导电性的同时,不影响电极的多孔结构,保障反应气体与电解液的高效传输。在模拟工况测试中,采用超声涂覆碳 纳米管的PEMFC电极,其峰值功率密度较传统电极提升25%,且在长时间连续运行后,性能衰减率降低至5%以下,展现 出优异的稳定性。 在AEMFC耐碱性电极的制备中,超声涂覆技术同样发挥着重要作用。碱性环境下,电极材料易发生腐蚀与结构破坏, 而碳纳米管的耐碱性与机械强度可有效提升电极寿命。超声涂覆技术能确保碳纳米管在耐碱粘结剂中均匀分散,形成致密 的保护涂层,阻止电解液对电极基底的侵蚀。同时,均匀分布的碳纳米管能维持电极在碱性条件下的导电稳定性,避免 因材料腐蚀导致的导电性能下降。实验表明,经超声涂覆碳纳米管处理的AEMFC电极,在碱性电解液中浸泡1000小时 后,导电性能仍保持初始值的85%,远高于传统电极的50%。 超声涂覆碳纳米管技术不仅提升了燃料电池电极的核心性能,还具备工业化应用潜力。该技术操作简便、涂覆效率 高,可实现连续化批量生产,且涂覆过程绿色环保,无需额外添加分散剂,降低了生产成本。随着该技术的不断优化, 其涂覆精度与稳定性将进一步提升,有望在更多类型燃料电池电极制备中得到推广。 在能源转型的大背景下,燃料电池技术的突破至关重要。超声涂覆碳纳米管技术通过解决碳纳米管分散难题,为 PEMFC高功率密度与AEMFC耐碱性电极的性能提升提供了有效解决方案。未来,随着该技术与电极材料研发的深度 融合,必将推动燃料电池在交通运输、分布式发电等领域的广泛应用,为实现能源清洁高效利用奠定坚实基础。 |