Functional sample of 5x5 cm2 catalyst coated membrane prepared by spiral rod printing on Nafion membrane

Kód výsledku v IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F00216208%3A11320%2F22%3A10457183" target="_blank" >RIV/00216208:11320/22:10457183 - isvavai.cz</a>

Výsledek na webu

—

DOI - Digital Object Identifier

—

Jazyk výsledku

angličtina

Název v původním jazyce

Functional sample of 5x5 cm2 catalyst coated membrane prepared by spiral rod printing on Nafion membrane

Popis výsledku v původním jazyce

The Mayer rod, also known as a spiral stretching ruler, is a film applicator used to apply a defined thickness of liquid layer. The thickness of the prepared layer can be in the range 4-500 μm. This technique is suitable for low viscosity inks, which is advantageous for catalytic layers. To verify the suitability and quality of the print of catalyst coated membranes (CCM), a deposition apparatus was designed and manufactured with an &quot;endless&quot; running belt driven by a motor, where the speed could be adjusted by a frequency converter. This equipment simulated real &quot;per roll&quot; printing. Many optimization steps were taken to improve the quality of deposited ink, such as varying rod wire diameter, ink composition, and using different solvents, etc. Deposited ink layers were studied by scanning electron microscopy. An optimized Pt and IrOx-based catalytic inks prepared by spiral rod printing on Nafion membrane were tested in fuel cell and electrolyzer. The IrOx layers were investigated in terms of power density in a water electrolyzer of the PEMWE type with an active area of membrane electrode assembly 5x5 cm, which can also be used as a reversible fuel cell. The production results of 0.15 l H2/min @ 25 cm2 at 20 A current and 1.7 V cell voltage representing a result compared to commercial MEAs.It was shown that spiral rode printing is a good, reliable and cost-effective solution for CCM printing compared to the more expensive slot die printing that is commonly used.

Název v anglickém jazyce

Functional sample of 5x5 cm2 catalyst coated membrane prepared by spiral rod printing on Nafion membrane

Popis výsledku anglicky

The Mayer rod, also known as a spiral stretching ruler, is a film applicator used to apply a defined thickness of liquid layer. The thickness of the prepared layer can be in the range 4-500 μm. This technique is suitable for low viscosity inks, which is advantageous for catalytic layers. To verify the suitability and quality of the print of catalyst coated membranes (CCM), a deposition apparatus was designed and manufactured with an &quot;endless&quot; running belt driven by a motor, where the speed could be adjusted by a frequency converter. This equipment simulated real &quot;per roll&quot; printing. Many optimization steps were taken to improve the quality of deposited ink, such as varying rod wire diameter, ink composition, and using different solvents, etc. Deposited ink layers were studied by scanning electron microscopy. An optimized Pt and IrOx-based catalytic inks prepared by spiral rod printing on Nafion membrane were tested in fuel cell and electrolyzer. The IrOx layers were investigated in terms of power density in a water electrolyzer of the PEMWE type with an active area of membrane electrode assembly 5x5 cm, which can also be used as a reversible fuel cell. The production results of 0.15 l H2/min @ 25 cm2 at 20 A current and 1.7 V cell voltage representing a result compared to commercial MEAs.It was shown that spiral rode printing is a good, reliable and cost-effective solution for CCM printing compared to the more expensive slot die printing that is commonly used.

Druh

G_funk - Funkční vzorek

CEP obor

—

OECD FORD obor

10305 - Fluids and plasma physics (including surface physics)

Projekt

<a href="/cs/project/TP01010040" target="_blank" >TP01010040: Podpora procesu komercializace výsledků výzkumu a vývoje na Univerzitě Karlově II</a><br>

Návaznosti

P - Projekt vyzkumu a vyvoje financovany z verejnych zdroju (s odkazem do CEP)

Rok uplatnění

2022

Kód důvěrnosti údajů

S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů

Interní identifikační kód produktu

TP01010040-MFF-KFPP-02

Číselná identifikace

—

Technické parametry

Vrstvy IrOx připravené tiskem spirálovou tyčí byly zkoumány z hlediska výkonové hustoty ve vodním elektrolyzéru typu PEMWE o aktivní ploše MEA 5x5 cm, který je možné používat i jako reverzibilní palivový článek. Výsledky produkce 0.15 litru H2/min @ 25cm2 byly získány při proudu 20 A a napětí 1.7 V na celu. Katalytický inkoust byl nanášen na PEM Nafion 212, tloušťka drátu spirály byla 0.4 mm. Inkoust byl připraven jako disperze nanoprášku IrOx v rozpouštědle voda/IPA 1:1 a ionomeru. Poměr ionomer/IrOx byl 0.15. Obsah IrOx v inkoustu byl 20%. tloušťkou nanesené vrstvy - 25 µm. Výsledná navážka IrOx byla 0.8 mgIr/cm2.

Ekonomické parametry

Cena standardního zařízení pro slot-die tisk se pohybuje okolo dvou desítek milionů eur. Samotná tisková hlavice je extrémně drahé zařízení, protože vyžaduje výrobu s vysokou přesností a velmi přesné dávkování katalytických inkoustů. Rovněž parametry inkoustů, především jejich viskozita, musí být velmi přesně odladěny. To vše technologii velmi prodražuje. Cílem projektu bylo ověřit výrazně levnější metodu tisku spirálovou tyčí a experimentálně ji srovnat s tiskem slot die. Z výsledků vyplynulo, že je možné vyvinout metodu, kde se tisk spirálovou tyčí doplní jednoduchým dávkovačem tiskařského inkoustu, čímž se spojí výhody obou technik. To povede k výrazné úspoře až několika M€ na jedno povlakovací zařízení.

Kategorie aplik. výsledku dle nákladů

—

IČO vlastníka výsledku

00216208

Název vlastníka

Univerzita Karlova

Stát vlastníka

CZ - Česká republika

Druh možnosti využití

V - Výsledek je využíván vlastníkem

Požadavek na licenční poplatek

—

Adresa www stránky s výsledkem

—