干货 | 实验室分散机在新能源方面的应用
2024-08-28238实验室分散机在新能源方面的应用
随着全球对可再生能源和清洁能源的需求不断增长，氢燃料电池作为一种高效、环保的能源解决方案，逐渐受到世界范围内的关注。
氢燃料电池是一种能够将氢气与氧气通过电化学反应产生电能的装置。其核心原理是在阳极处将氢气氧化成离子，并通过电解质传导离子到阴极，最终与氧气结合生成水，释放出电能的过程。氢燃料电池可被视为一种将氢气储能并以电能形式输出的设备。
在氢燃料电池的电堆中，电极上氢的氧化反应和氧的还原反应过程主要受催化剂控制。催化剂是影响氢燃料电池活化极化的主要因素，被视为氢燃料电池的关键材料，其工艺与质量是提升膜电极性能和质量的关键所在。催化剂浆料一般包含铂碳颗粒、离聚物、分散溶剂等，常用的是担载型催化剂Pt/C（Pt纳米颗粒分散到碳粉载体上）。
尽管氢燃料电池在许多方面具有优势，但目前还面临一些困境和挑战。催化剂Pt/ C随着使用时间的延长存在Pt颗粒溶解、迁移、团聚现象，活性比表面积降低，难以满足碳载体的负载强度要求。Pt是贵金属，从商业化的角度看不宜继续作为常用催化剂成分，如何减少铂基催化剂用量、提高功率密度（催化活性）及基于此目标的MEA优化制备，便是挑战之一。
膜电极（MEA）作为氢燃料电池或系统的核心八大件之一，以热转印法为例，其生产工艺流程为：催化剂浆料配置——催化剂涂布到承载体聚合物膜上——热转印到PEM上——去除承接催化剂的聚合膜——密封边框加工——形成MEA
其中，催化剂浆料配制是第一步，也是非常关键的一步，分散效果的好坏会影响后续涂布的均匀性及催化剂活性，比如多孔性、粘度、铂分布的均匀性。制备稳定、粒径小且粒径分布均匀的浆料才能够尽可能多的暴露出催化剂的活性位点，发挥出催化剂的催化能力。因此，催化剂浆料的分散工艺至关重要
配制流程如下
1.物料准备
阴极浆料：重量比约20%的Pt-C催化剂、重量比约35%的去离子水和35%的甲醇类有机溶剂、约10%的聚离体溶液做粘合剂。
2.浆料分散设备
在混合的过程中，涉及分散搅拌，一般需要【剪切分散】和【超声分散】循环1-2小时（分散搅拌时间：＞1h）
为了提高催化剂的分散性和活性，分散机通转子的线速度在不同的实验中要求（15m/s及以上），物料在强烈的剪切、摩擦、撞击等作用下被充分分散破碎。
线速度的计算公式：V=πnd/60
V：线速度 （m/s） n：转速（rpm） d：转子直径（m）
在这里，小编给大家推荐一款实验室分散机品牌---迪德，一直专注于研发和生产高品质、高性价比的实验室分散机，为各类样品的分散、均质、乳化、混合等复杂处理过程，提供高效、可靠的多样化设备与解决方案。
迪德X系列台式分散机，进口高性能交流马达及微处理器调速单元，转速精准且恒定，样品处理快速且均一性好，确保实验结果的重复性和准确性，并带有软启动、电机过载、超温保护功能，为科研人员提供安全可靠的实验支持。
分散刀头作为在样品处理中的核心组件，采用特殊流体动力学，高精密加工技术，并融入模块化设计，只需一根分散轴即可灵活配置多种刀头，节约成本。为满足样品处理的多样化需求，可选择不同类型的刀头，包括标准型、锯齿型、纤维型、乳化型、湍流型、栓剂型等，多种直径刀头，可处理从0.5ml至25L的样液，无论是生物领域（细胞、动植物组织），还是药品、化妆品、食品、医学、化工等领域样品，都能迅速实现样品的分散、均质、提取、乳化、悬浊、搅拌等操作，大大提高了实验效率。
解决方案
推荐迪德X2000台式分散机，搭配ET20/S20W锯齿型分散刀头。定子采用锯齿形与条形孔相结合的独特设计，不仅增大了剪切面积，还显著提升了物料在分散过程中的流动性与细化度。定转子之间的微小间隙达到0.25mm，这一设计确保了极高的剪切效率与均匀性，能够轻松应对催化剂的处理需求。
具体操作
调整转速以＞20000rpm进行分散，驱动器马达带动转子高速旋转，由此产生的离心力使样品沿轴向被吸入分散刀头，然后样品呈放射状以较高速度被甩出定-转子齿槽，定子齿距小，定转子间隙缩小至0.25mm，紧凑的设计可快速实现精细化剪切。
由于高速分散会产生大量热量，建议分散机间歇性运行，每20min可暂停散热后再继续实验，也可多台设备接力均质混合。
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