Yüzey Kaplamalarının Yakıt Hücrelerinin ve Elektrolyzers Performansının İyileştirilmesi

Yakıt hücreleri ve elektrolizerler, endüstriyel proseslerin küresel geçişi için temel teknolojilerdir. Yakıt hücreleri, elektrolitler, elektrolitler ve oksijene bölünmesi için elektrik kullanırken, enerji depolama ve karbonatizasyonunun değiştirilmesine olanak sağlar ve bu malzemelerin elektrotlar, katalizörler ve bipolar plakalar ile elektriksel olarak verimlileştirilmesine bağlıdır.

Yakıt Hücreleri ve Elektrolyzers

Yakıt Hücreleri Nasıl Çalışır

Bir yakıt hücresi bir anode, bir kedihode ve bir elektrolit membranı oluşur. Hidrojen gazı, proton ve elektronlara bölünmüştür. Bu sürecin verimliliği, oksijen azaltımının kinetiği tarafından kedihode ve hidrojenin dışsal bir reaksiyonla birlikte akışlanırken, bu elektrolit yüzey kaplamaları ile birleştirir.

Elektrolyzers Nasıl Çalışıyor

Elektrolyzers tersine çalışır. Bir elektrik akımı suya uygulanır, hidrojen ve oksijene bağlanır. Bir proton değişim membranı (PEM) elektrolizerde, su oksijen üretmek için oksitlenir ve protonlar bu elektrokimyasal tepkileri azaltmak için membranları geçebilir.

Yüzey Kaplamaları Neden

Yüzey kaplamaları, elektrotların fiziksel ve kimyasal özelliklerini, bipolar plakaları ve diğer bileşenleri toplu materyali değiştirmeden ayarlamak için güçlü bir avantaj sunar: Birkaç kritik zorlukla karşılaşırlar:

  • [FONT:0)Corrosion Koruma: [Dönetici veya alkali ortamlarda, elektrotlar hızla hareket eder, Korrosive elektrolitlerle doğrudan temasa geçmeyi önler.
  • [FONT:0)Enhanced Catalytic Activity:) Kaplamalar daha aktif siteleri ortaya çıkarabilir, elektronik yapıları değiştirebilir veya reaksiyon oranlarını geliştiren sinerjik etkiler sağlayabilir.
  • [FONT:0) Geliştirilmiş Davranış: [Dönetici: 1) Birçok kaplama, özellikle metalik veya karbon bazlı, genel verimliliği artırmak için arayüzlerde elektrik direncini azaltır.
  • [FONT=0]Stability and Lifespan:[Dönetici:[Dönetici: 1) Çözülmeye direnerek, sintering ve zehirlenmesi, kaplamalar pahalı katalizörlerin ve bipolar plakaların operasyonel hayatını genişletir.
  • [FONT:0) Seçicilik: [Dönergeler, kaplamalar, hidrojen peroksit oluşumu veya parasitik oksijen azaltımı gibi istenmeyen yan tepkileri bastırabilir.

Yüzey Kaplamaları ve Uygulamaları

Metalik Kaplamalar

Plamyum gibi Noble metaller, iridium ve ruthenium, daha az pahalı alternatifler için aramayı standart olarak kullanıyor.(OER. Platinum kaplamaları için son derece metal kaplamalar için) çelik dışı kaplamalar için tercih edilen metaller için tercih edilir.(Pravec)))))))))))-vardırıda, nikel veya kobalt gibi, benzer aktiviteyi çarpıcı şekilde azaltılabilir.

Banyo Kaplamaları

Transition metal oksits, aktivite dengesi ve maliyet dengesi sunar. Titanyum dioksit (TiO2) kaplamalar, geçici işlem sırasında oksijen aktivitesini tamponlayabilir ve düşük kontak direnci korumak için iki katına çıkar.Doping TiO2 with Nitro or fluorine can further elektrik iletkenliği. Cerium oksit (CeO2) kaplamaları, geçici işlem sırasında oksijen aktivitesini tamponlayabilirler.

Karbon bazlı Kaplamalar

Karbon mükemmel bir iletkendir ve paslanmaz çelik iki yakıt hücresi ve elektrolizeri korumak için bir kaplama olarak uygulanabilir.ETHFLT:0)Carbon bazlı kaplamalar, özellikle de PEM yakıt hücrelerinde su yönetimi geliştiren elmas benzeri elmas-dolu karbon kaplamaları ile kullanılır.

Polimer Kaplamaları

Katı polimerler, polianiline (PANI) ve poli pirrole (PPy) gibi, elektrik iletkenliği esnekliğini esneklik ve işleme kolaylığı ile birleştiren kaplamalar olarak hizmet eder.Elektrikli yüzeylere yük devretme ve korozyona karşı korumaları için elektrot depolanabilirler. Bazı tasarımlarıda, polimer kaplamalar da eksiyonlar için bağlayıcılar olarak hareket eder ve dekolmanları önler.

Kompozit ve Multikat Kaplamaları

Farklı malzemelerin avantajlarını birleştirmek için, kompozit ve multikat kaplamaları geliştirilmektedir. Örneğin, aurFLT:0) ince asil metal oksit tabakası ile kapılmış, her iki korozyon direnci ve yüksek katalitik aktivite sunabilir.Innating katmanları Karbon ve seramikler ısıtılabilir.

Yüzey Kaplamaları için Uygulama Yöntemleri

Fiziksel Vapor Deposition (PVD)

Plastik ve buharlaşma dahil olmak üzere PVD teknikleri, endüstriyel üretim için ince metal veya metal oksitlerin substratlara aktarılması için kullanılır. Bu yöntemler yoğun, düzgün kaplamalar ile mükemmel bir kontepiyon ile üniforma kaplamalar. Sputtered Plam veya iridium filmleri araştırma ölçeğinde yaygındır.

Kimyasal Vapor Deposition (CVD)

CVD, ultra-tizli katalizör tabakaları oluşturmak için gazlı öncülere tepki verir. Bu teknik oksit ve yarı iletken kaplamalar için uygundur. Örneğin, ALD (projektif koruma için bir dizi) yatak filmi, ultra-tiz katalizör tabakaları oluşturmak için idealdir. ALD, Platttoksit elektrot yapıları için üniformalı kaplamalar için kullanılır.

Mekanik

Mekanik, metal iyonları bir iletken substrata kadar azaltacak bir elektrik akımı kullanır. Maliyetli, hızlı ve sert geometriler oluşturabilir. Nickel-cobalt alaşımları, bipolar plakalarda koruyucu kaplamalar olarak elektrot depolanır. Pulse elektrodeposition yüksek yüzey alanı ile nanoyapılı kaplamalar üretir.

Sol-Gel ve Dip-Coating

Sol-gel süreçleri, oksit kaplamalarının sıvı öncülerinden uygulanmasına izin verir, termal tedavi tarafından takip edilir. Bu yöntem basit ve kolayca dopants içerebilir. Sol-gel titanyum dioksit kaplamaları korozyon-prone paslanmaz çelik bileşenleri için uygulanır. Dip-coating, bipolar plakalar gibi büyük düz yüzeyler için pratiktir.

Termal Sprey

Mikrodalga spreyi, kalın kaplamalar gibi ısı spreyi (SOFCs) metal veya seramik tozların yüksek sıcaklıklı yüzeylerde paslanmaz plakalara uygulanır. Bu kaplamalar öncelikle kedialitik aktivite için yerine aşınma ve korozyona karşı koruma için kullanılır.

Yakıt Hücrelerinde Yüzey Kaplamalarının Faydaları

Geliştirilmiş Durability Durability

[FONT:0) Karbon destek ve metal katalizör partikülleri, yakıt hücrelerinde önemli bir bozulma mekanizmasıdır. Yüzey kaplamaları bu bileşenleri asitsel ortamlardan ve yüksek nemden korur. Örneğin, kaplama karbon siyahi, başlangıç / parça döngüleri sırasında karbon korozyonunu önler.

Geliştirilmiş Catalytic Activity

Elektrokimyasal aktif yüzey alanını (ECSA) nanoyapılı kaplamalar yoluyla artırarak, katalizör kullanımı geliştirir. Karbon substratları üzerinde Platinum kaplamalar veya göz ardı edilebilir karbon substratları geleneksel nanoparçapartikül katalizörlerinden daha yüksek kütle aktivitesini sergileyebilir. Core-shell structures, ince bir platin kabuğu bir nikel veya kobalt çekirdeği kapsar, özellikle de etkili olabilir.

Azal Zehirlenme

Yakıt hücresi katalizörleri, karbon monoksit (CO), sulfur bileşikleri ve amonyakın hidrojende mevcut olan bazı kaplamalar, platin-ruthenyum alaşımları gibi, daha düşük CO adsority toleransı ile ilgili işlemleri reforme etmek, daha yüksek kasvetli membranlar ile zehirlemek, hidrojenin katalizörlere ulaşmasına izin verirken zehirleme molekülleri de olabilir.

Yüzey Kaplamalarının Faydalarının Faydaları

Daha Az İpotansiyeller

Anode'deki OER, PEM elektroliz.ETHFLT:0) Çimento kaplamalarında birkaç yüz milivoltaik olarak aşırı güçlendiricileri azaltır).

Korozyon Direnişi

PEM elektrolizers'teki Anodes, yüksek anodik potansiyel (>1.6 V) ve asitsel koşullar altında çalışır ve çoğu metalin ağır korozyonuna neden olur. iridium, ruthenium oksit veya iletken seramikler (titanyum altoksitler) binlerce saat boyunca çözülmeyi ve performansları önler.

Geliştirilmiş Stability

Kedinin (hidrojen evrim reaksiyon tarafı) molybdenum disulfide veya nikel-molybdenum alaşımlarının ortaya çıkmasını sağlamak için direncini artırabilir. alkalin elektrolizerlerde, nikel bazlı kaplamalar eklenmiş kobalt veya demir şovu hipoksit katmanların veya pasif tabakaların oluşumuna karşı stabiliteyi geliştirdi.

Mevcut Araştırma ve Gelecek Yollar

Nanoyapılı Kaplamalar

Nanoteknoloji, kaplamaları, benzeri olmayan özelliklerle sağlar.ETHFLT:0)Nanoyapılı kaplamalar, nanoflakes ve mesoffer filmler), yüksek yüzey alanı sağlar ve daha çok katalitik. Yakıt hücreleri için, platin nanoteller her iki aktivitede karbon bez / C katalizörleri ve elektrolitleri üzerine depolanır.

İki-Dimensional Materials

MoS2 ve WS2 gibi metal dichalcogenides (TMD) geçiş ve geçiş metal dichalcogenides (TMD) hem koruma hem de kataliz için kaplamalar olarak araştırılıyor. Graphene kaplamalar metal substratlar üzerinde olağanüstü korozyon direnci ve elektrik iletkenliği sağlar. MoS2 kaplamalar, iletken destekle kaplıca karşılanırken, özellikle de OER katalizörleri oluşturur.

MXenes

MXenes (transition metal elyaflar ve nitritler) paslanmaz çelik bipolar plakaların korozyon direncini artırmak ve hem metalik iletkenlik hem de hidrofilicity ile birlikte iki boyutlu malzemelere hizmet etmek için test edilmiştir.

Makine Öğrenme ve Yüksek-Throughput Ekran

Araştırmacılar, en iyi kompozisyonların keşfini hızlandırmayı öğreniyorlar.ETHFLT:0)Yüksek-bölgesel hesaplama taraması, binlerce olası kaplama malzemesinin katalitik aktivitelerini ve istikrarını tahmin edebilir), en umut verici adaylara yönelik deneysel çabalara yol açıyor.

Uygulamada Zorluklar

[FONT:0)Cost: [Dönetici:[Dönetici:0) Noble metal kaplamalar, özellikle platin ve iridium, atom tabakalarına kalınlığı azaltmak, hassas üretim gerektirir.

[FONT:0)Scalability:[DÜT:1] Birçok gelişmiş kaplama tekniği (ALD, sputtering) kitlesel üretim için yavaş ve maliyetlidir. Sürekli süreçlere transfer laboratuvar atılımları zorludur. Roll-to-roll işleme ve elektrotfiz daha ölçeklenebilir, ancak eşitsiz bir şekilde feda edilebilir.

[FONT:0)Adhesion ve Uyumluluk: Kaplamalar, termal ve mekanik bisiklet altındaki substratlara güçlü bir şekilde uymalıdır. Ek olarak, kaplamalar elektrolit ve diğer bileşenlerle uyumlu olmalıdır - örneğin, kaplama malzemeleri membrana ve degrad performansına uymamalıdır.

[FONT=0)Performance İzleme: [Döneticileri in situ karakterizasyonu zor. Operando teknikleri (örneğin, X-ray absürtoskopu spektroskopi, Raman mikroskobu) operasyon sırasındaki bozulmayı izlemek için yardımcı olacaktır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Yüzey kaplamaları sadece ek bir eklenti değildir, ancak yüksek performanslı yakıt hücreleri ve elektrolizerlerle hızla gelişmektedir.Mutfaklı metal ince filmlerden gelişmiş polimerler ve iki boyutlu malzemeler, kaplamalar adresi korozyon, kataliz, iletkenlik ve dayanıklılık - tüm önemli bir ticari viability. - tüm arazi hızla nanoyapım, multikatmantasyon ve yüksek kaliteli araştırma merkezi ile gelişecektir.