เซลล์เชื้อเพลิงสำหรับเครื่องพ่นอัลตราโซนิก
เซลล์เชื้อเพลิงมีข้อดีหลายประการ เซลล์เชื้อเพลิงสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าเครื่องยนต์สันดาปภายใน เซลล์เชื้อเพลิงมีการปล่อยมลพิษต่ำกว่าเครื่องยนต์สันดาปภายใน เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนปล่อยเฉพาะน้ำ จึงไม่ปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ และไม่ก่อให้เกิดควันและมลพิษทางอากาศที่ก่อให้เกิดปัญหาสุขภาพระหว่างการทำงาน ดังนั้นเซลล์เชื้อเพลิงซึ่งเป็นแหล่งพลังงานสะอาดจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตภาคอุตสาหกรรม
ระบบพ่นอัลตราโซนิก
การฉีดพ่นส่วนประกอบของเซลล์เชื้อเพลิงเป็นส่วนสำคัญในการผลิตเซลล์เชื้อเพลิง ระบบฉีดพ่นอัลตราโซนิกใช้สำหรับการฉีดพ่นส่วนประกอบเซลล์เชื้อเพลิงเนื่องจากการฉีดพ่นที่สม่ำเสมอและประสิทธิภาพการฉีดพ่นสูง ข้อมูลต่อไปนี้จะแนะนำส่วนประกอบหลักของเซลล์เชื้อเพลิง ระบบสเปรย์อัลตราโซนิก และอื่นๆ เป็นหลัก
เซลล์เชื้อเพลิง
การฉีดพ่นเซลล์เชื้อเพลิงส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการฉีดพ่นส่วนประกอบอิเล็กโทรดที่เป็นเมมเบรนหลัก แกนกลางของเซลล์เชื้อเพลิง PEM คือส่วนประกอบอิเล็กโทรดเมมเบรน (MEA) ซึ่งประกอบด้วยเมมเบรน ชั้นเร่งปฏิกิริยา และชั้นการแพร่กระจายของก๊าซ (GDL) ต่อไปนี้จะแนะนำเมมเบรนอิเล็กโทรไลต์โพลิเมอร์และชั้นตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นหลัก
เมมเบรนอิเล็กโทรไลต์โพลีเมอร์หรือ PEM (หรือที่เรียกว่าเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอนเป็นวัสดุที่ผ่านการบำบัดพิเศษซึ่งจะนำไอออนที่มีประจุบวกและบล็อกอิเล็กตรอนเท่านั้น PEM เป็นกุญแจสำคัญในเทคโนโลยีเซลล์เชื้อเพลิงซึ่งช่วยให้ไอออนที่จำเป็นเท่านั้นที่จะผ่านขั้วบวกระหว่าง พอลิเมอร์อิเล็กโทรไลต์เมมเบรนและแคโทด ต้องเพิ่มชั้นของตัวเร่งปฏิกิริยาที่ทั้งสองด้านของเมมเบรนอิเล็กโทรไลต์พอลิเมอร์ ด้านหนึ่งเป็นชั้นแอโนด และอีกด้านหนึ่งคือชั้นแคโทด ด้านแอโนด ตัวเร่งปฏิกิริยาทำให้โมเลกุลไฮโดรเจน เพื่อแยกออกเป็นโปรตอนและอิเล็กตรอน ด้านแคโทด ตัวเร่งปฏิกิริยาจะสร้างน้ำโดยทำปฏิกิริยากับโปรตอนที่เกิดจากแอโนดซึ่งจะช่วยลดออกซิเจน
วัสดุตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ในเซลล์เชื้อเพลิงสามารถสังเคราะห์ได้ด้วยหัวฉีดแบบอัลตราโซนิก จากนั้นฉีดพ่นลงบนพื้นผิวของเมมเบรนอิเล็กโทรไลต์โพลีเมอร์เพื่อใช้ในเซลล์เชื้อเพลิง ระบบการพ่นด้วยอัลตราโซนิกสามารถใช้ในการพ่นตัวเร่งปฏิกิริยาบนชั้นเมมเบรนอิเล็กโทรไลต์ได้อย่างถูกต้อง แม่นยำ และสม่ำเสมอ ซึ่งจะช่วยลดการพ่นมากเกินไป ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพอุปกรณ์ ความสามารถในการทำซ้ำ ความยั่งยืน และการประหยัดต้นทุน ผล
โดยทั่วไป ชั้นเมมเบรนของเซลล์เชื้อเพลิงจำเป็นต้องมีการเคลือบบางอย่างต่อเนื่องเพื่อให้ได้ความหนา เนื้อสัมผัส และคุณสมบัติทางไฟฟ้าตามที่ต้องการ การใช้วาล์วพ่นละอองในอากาศแบบดั้งเดิมทำให้เกิดการพ่นมากเกินไป การอุดตัน และง่ายต่อการผลิตสเปรย์ที่ไม่สม่ำเสมอ และเป็นการยากที่จะรักษาการควบคุมที่แม่นยำของการไหลของของเหลว หัวฉีดอัลตราโซนิกสามารถผลิตสเปรย์ที่นุ่มนวล มีประสิทธิภาพ และการเคลือบสม่ำเสมอ นอกจากนี้ สามารถควบคุมรูปร่างของสเปรย์และขั้นตอนการเริ่มและหยุดของอุปกรณ์ได้อย่างแม่นยำ การพ่นด้วยอัลตราโซนิกสามารถควบคุมรูปแบบการเคลือบและความหนาของการเคลือบได้อย่างแม่นยำ ดังนั้นหัวฉีดอัลตราโซนิกจึงเป็นทางเลือกที่เหมาะสมกว่า
หัวฉีดอัลตราโซนิกสามารถใช้ในการสังเคราะห์วัสดุนาโนตัวเร่งปฏิกิริยาของเซลล์เชื้อเพลิงผ่านการสะสมไอสารเคมีหรือเทคโนโลยีสเปรย์ไพโรไลซิส หัวฉีดอัลตราโซนิกยังสามารถใช้เพื่อพ่นวัสดุตัวเร่งปฏิกิริยาบนอิเล็กโทรดหรือพื้นผิวเมมเบรน อนุภาคของตัวเร่งปฏิกิริยาที่สังเคราะห์ขึ้นมักจะถูกแขวนไว้เพื่อสร้าง"หมึก" ซึ่งจะต้องฉีดพ่นลงบนอิเล็กโทรดหรือเมมเบรนในปริมาณที่เหมาะสมเพื่อใช้ในเซลล์เชื้อเพลิง เทคโนโลยีสเปรย์อัลตราโซนิกเหมาะอย่างยิ่งสำหรับเซลล์เชื้อเพลิง PEM, DMFC และ SOFC ที่มีอุณหภูมิสูงและต่ำ
