Aplicación de la pulverización ultrasónica en la nueva industria energética

La tecnología de pulverización ultrasónica es muy buscada en la nueva industria energética debido a su alta eficiencia, precisión y conservación de materiales. Excelente particularmente en áreas que requieren recubrimientos uniformes ultra delgados.

Los siguientes son sus principales escenarios de aplicación y ventajas:

Membrana de intercambio de protones (PEM)

Capa de difusión de gas (GDL)

Producción de hidrógeno electrolítico: pulverización electrolizada

Baterías y membranas de electrodos y electrolitos

Película conductiva transparente (TCF)

1. Fabricación de baterías de litio

Recubrimiento de electrodo:

Materiales de cátodo/ánodo: la pulverización ultrasónica puede aplicar uniformemente lloses de materiales activos (como LifePo₄, NMC y Grafito) para formar una capa delgada con espesor controlable (nivel micrómetro), mejorando así la densidad de energía de la batería y la vida del ciclo.

Ventajas: en comparación con el recubrimiento de cuchillas tradicional, reduce los desechos de materiales (tasa de utilización de la suspensión superior al 90%), previene la sedimentación de la lechada y es adecuado para la alta viscosidad o los nanomateriales.

Recubrimiento de electrolitos sólidos: utilizado para rociar capas de electrolitos sólidos ultra delgados (como LLZO) para mejorar el contacto interfacial.

Recubrimiento de diafragma:

Pulverización de cerámica (al₂o₃) o recubrimientos de polímeros mejora la resistencia a alta temperatura del diafragma y la humectabilidad de los electrolitos.

2. Corejas de combustible

Capa de catalizador (CCM):

Rociando uniformemente el catalizador de platino en la membrana de intercambio de protones (PEM) o la capa de difusión de gas (GDL), reduciendo el uso del platino (costos de disminución) y mejorando la eficiencia de la reacción.

Recubrimiento de membrana de electrolitos: la pulverización de precisión de materiales como Nafion evita los problemas de hinchamiento asociados con los procesos tradicionales.

3. Células solares

Células solares de perovskita:

Rociar las soluciones precursores de perovskita logra la formación de películas uniformes en grandes áreas, eliminando los desechos de material asociados con el recubrimiento por giro.

Adecuado para sustratos flexibles (como PET), promoviendo el desarrollo de baterías livianas.

El recubrimiento conductivo transparente (TCO): la pulverización de óxido de lata de indio (ITO) o los nanocables de plata reemplaza el costoso recubrimiento de vacío.

4. Otras nuevas aplicaciones energéticas

Supercondensadores:

La pulverización de electrodos de carbono o grafeno activados aumenta el área de superficie específica y la eficiencia de transferencia de carga. Materiales de almacenamiento y transporte de hidrógeno:

Los recubrimientos de bloqueo se rocían sobre la superficie interna de los tanques de almacenamiento de hidrógeno para reducir la permeación de hidrógeno.

Ventajas técnicas

Alta precisión: el tamaño de gota pequeño (10-50 micras) es adecuado para sustratos complejos (como electrodos porosos).

Baja pérdida: sin obstrucción de pistola de pulverización, recuperación de la suspensión, adecuado para materiales caros (como platino y nanomateriales).

Protección del medio ambiente y ahorro de energía: no se requiere gas de alta presión, reduciendo la volatilización del disolvente (las emisiones de VOC se reducen en más del 30%).

Desafíos y tendencias

Optimización de procesos: reina la reología de la suspensión con parámetros ultrasónicos (frecuencia y amplitud).

Escala: Desarrollo de la tecnología de matriz de múltiples nozillas para cumplir con los requisitos de producción en masa (como las líneas de producción de baterías a escala GW).

Adaptación a nuevos materiales: Desarrollo de procesos de recubrimiento por pulverización para materiales emergentes como ánodos de silicio y cátodos de azufre.

La tecnología de pulverización ultrasónica está impulsando la actualización de nuevos equipos de energía hacia un mayor rendimiento y un menor costo, particularmente en el campo de recubrimiento de capa delgada, reemplazando los procesos tradicionales. Con el aumento de la automatización, se espera que su alcance de aplicación se expanda aún más en el futuro.

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