Сучасний розвиток мембранних електродів паливних елементів

Мембранний електрод (MEA) є основним компонентом паливного елемента, який складається з газодифузійного шару, шару каталізатора та протонообмінної мембрани. Це не тільки місце передачі багатофазного матеріалу, але й місце хімічної реакції паливного елемента. Він безпосередньо впливає на загальну хімічну продуктивність батареї, а його вартість становить 70% вартості реактора.Тому мембранний електрод також відомий як «серце» «чіпа» паливного елемента.

Загалом, ідеальні мембранні електроди повинні мати високу щільність потужності, низьке навантаження платини, тривалий термін служби та інші характеристики. Міністерство енергетики США вимагає, щоб до 2020 року довговічність мембранних електродів транспортних засобів становила ¥5000 годин.Питома потужність â¥1 Вт/см2 номінальної потужності.

З точки зору кожного компонента мембранного електрода, протонообмінна мембрана (PEM) - це в основному мембрана перфторсульфонової кислоти, тоді як інші композитні мембрани, високоселективні мембрани, модифіковані графеном мембрани, високотемпературні мембрани та лужні мембрани все ще знаходяться на стадії дослідження, які є гаряча точка дослідження та передовий напрямок за останні роки.

Каталізатор переважно на основі платини. В даний час основним каталітичним шаром є платиново-вуглецевий каталізатор, який є опорним каталізатором, нанесеним платиною на активоване вугілля.Однак, оскільки платина є дорогоцінним металом з обмеженими ресурсами та високою вартістю, розробка каталізатора з низьким вмістом платини та каталізатора з недорогоцінних металів без платини вважається ключовим напрямком для підприємств мембранних електродів у майбутньому.

Газодифузійний шар затиснутий між шаром каталізатора та протонообмінною мембраною, яка відіграє роль провідності, розсіювання тепла та дренажу. Він складається з шару мікропор і опорного шару. Мікропористий шар складається з вуглецевої сажі та гідрофобного агента, а матеріал підтримуючого шару - в основному копіювальний папір.

Існує чотири основні процеси підготовки мембранного електрода, а саме: метод гарячого пресування, градієнтний метод, CCM і впорядкування.Серед них CCM використовує безпосереднє покриття з котушки, трафаретний друк, розпилення та інші методи для першого покриття каталізатора з обох сторін протонообмінної мембрани для формування CCM, а потім гаряче пресування газодифузійного шару з обох сторін CCM для формують плівковий електрод, який є найбільш широко використовуваним і комерційно зрілим методом підготовки на ринку в даний час