Súčasný vývoj membránových elektród palivových článkov

Membránová elektróda (MEA) je jadrom palivového článku, ktorý sa skladá z vrstvy difúzie plynu, vrstvy katalyzátora a membrány na výmenu protónov. Nie je to len miesto viacfázového prenosu materiálu, ale aj miesto chemickej reakcie palivového článku. Má priamy vplyv na celkový chemický výkon batérie a jej cena predstavuje 70 % nákladov na reaktor.Takže membránová elektróda je známa aj ako „srdce“ „čipu“ palivového článku.

Všeobecne povedané, ideálne membránové elektródy musia mať vysokú hustotu výkonu, nízke platinové zaťaženie, dlhú životnosť a životnosť a ďalšie výkonnostné charakteristiky. Ministerstvo energetiky USA požaduje, aby životnosť membránových elektród vozidiel bola do roku 2020 ¥ 5000 h.Hustota výkonu ⥠1W/cm2 menovitého výkonu.

Pokiaľ ide o každú zložku membránovej elektródy, membránou na výmenu protónov (PEM) je najmä membrána kyseliny perfluórsulfónovej, zatiaľ čo iné kompozitné membrány, vysoko selektívne membrány, membrány modifikované grafénom, vysokoteplotné membrány a alkalické membrány sú stále v štádiu výskumu, ktoré sú výskumný hotspot a hraničné smerovanie v posledných rokoch.

Katalyzátor je prevažne na báze platiny. V súčasnosti je hlavnou katalytickou vrstvou platinovo-uhlíkový katalyzátor, čo je podporný katalyzátor podporovaný platinou na aktívnom uhlí.Avšak, keďže platina je vzácny kov s obmedzenými zdrojmi a vysokými nákladmi, vývoj katalyzátora s nízkym obsahom platiny a katalyzátora z iných ako drahých kovov bez platiny sa považuje za kľúčový smer pre podniky s membránovými elektródami v budúcnosti.

Vrstva na difúziu plynu je vložená medzi vrstvu katalyzátora a membránu na výmenu protónov, ktorá hrá úlohu vedenia, rozptylu tepla a drenáže. Skladá sa z mikropórovej vrstvy a nosnej vrstvy. Mikropórová vrstva sa skladá zo sadzí a hydrofóbneho činidla a materiál nosnej vrstvy je hlavne uhlíkový papier.

Existujú štyri hlavné procesy prípravy membránovej elektródy, ktorými sú metóda lisovania za tepla, gradientová metóda, CCM a objednávanie.Medzi nimi CCM využíva priame poťahovanie cievok, sieťotlač, striekanie a ďalšie metódy na prvé potiahnutie katalyzátora na oboch stranách protónovej výmennej membrány, aby sa vytvoril CCM, a potom za horúca lisovaním vrstvy difúzie plynu na oboch stranách CCM, aby sa tvoria filmovú elektródu, ktorá je v súčasnosti najpoužívanejšou a komerčne najvyspelejšou metódou prípravy na trhu