Současný vývoj membránových elektrod palivových článků

Membránová elektroda (MEA) je základní komponentou palivového článku, která se skládá z vrstvy difúze plynu, vrstvy katalyzátoru a membrány pro výměnu protonů. Není to jen místo vícefázového přenosu materiálu, ale také místo chemické reakce palivového článku. Má přímý dopad na celkovou chemickou výkonnost baterie a její náklady tvoří 70 % nákladů na reaktor.Takže membránová elektroda je také známá jako "srdce" "čipu" palivového článku.

Obecně řečeno, ideální membránové elektrody musí mít vysokou hustotu výkonu, nízké zatížení platinou, dlouhou životnost a životnost a další výkonnostní charakteristiky. Ministerstvo energetiky USA požaduje, aby životnost membránových elektrod vozidel byla do roku 2020 ≥ 5 000 h.Hustota výkonu â¥1W/cm2 jmenovitého výkonu.

Pokud jde o každou složku membránové elektrody, je protonovou výměnnou membránou (PEM) převážně membrána z kyseliny perfluorosulfonové, zatímco další kompozitní membrány, vysoce selektivní membrány, membrány modifikované grafenem, vysokoteplotní membrány a alkalické membrány jsou stále ve fázi výzkumu, které jsou výzkumný hotspot a hraniční směr v posledních letech.

Katalyzátor je převážně na bázi platiny. V současné době je hlavní katalytickou vrstvou platino-uhlíkový katalyzátor, což je nosný katalyzátor podporovaný platinou na aktivním uhlí.Protože je však platina vzácným kovem s omezenými zdroji a vysokými náklady, je vývoj katalyzátoru s nízkým obsahem platiny a katalyzátoru bez obsahu platiny z drahých kovů považován za klíčový směr pro podniky s membránovými elektrodami v budoucnosti.

Vrstva difúze plynu je vložena mezi vrstvu katalyzátoru a membránu pro výměnu protonů, která hraje roli vedení, rozptylu tepla a odvodu. Skládá se z mikropórové vrstvy a nosné vrstvy. Mikropórová vrstva se skládá ze sazí a hydrofobního činidla a materiálem nosné vrstvy je převážně uhlíkový papír.

Existují čtyři hlavní procesy přípravy membránové elektrody, kterými jsou metoda lisování za tepla, gradientová metoda, CCM a objednávání.Mezi nimi CCM využívá přímé potahování mezi cívkami, sítotisk, stříkání a další metody k prvnímu potažení katalyzátoru na obou stranách membrány pro výměnu protonů za vzniku CCM a následnému lisování vrstvy difúze plynu na obou stranách CCM za tepla. tvoří filmovou elektrodu, což je v současnosti na trhu nejpoužívanější a komerčně vyzrálá metoda přípravy