Текущая разработка мембранных электродов топливных элементов

Мембранный электрод (МЭА) является основным компонентом топливного элемента, который состоит из газодиффузионного слоя, каталитического слоя и протонообменной мембраны. Это не только место передачи многофазного материала, но и место химической реакции топливного элемента. Он оказывает прямое влияние на общие химические характеристики батареи, а его стоимость составляет 70% стоимости реактора.Таким образом, мембранный электрод также известен как «сердце» «чипа» топливного элемента.

Вообще говоря, идеальные мембранные электроды должны иметь высокую удельную мощность, низкую платиновую нагрузку, длительный срок службы и другие рабочие характеристики. Министерство энергетики США требует, чтобы к 2020 году срок службы мембранных электродов транспортных средств составлял 5000 часов.Плотность мощности ≥ 1 Вт/см2 номинальной мощности.

Что касается каждого компонента мембранного электрода, протонообменная мембрана (PEM) в основном представляет собой мембрану из перфторсульфоновой кислоты, в то время как другие композитные мембраны, высокоселективные мембраны, модифицированные графеном мембраны, высокотемпературные мембраны и щелочные мембраны все еще находятся на стадии исследований, которые горячая точка исследования и передовое направление в последние годы.

Катализатор в основном на основе платины. В настоящее время основной каталитический слой представляет собой платино-угольный катализатор, который представляет собой катализатор-носитель, нанесенный платиной на активированный уголь.Однако, поскольку платина является драгоценным металлом с ограниченными ресурсами и высокой стоимостью, разработка катализатора с низким содержанием платины и катализатора из неблагородного металла без платины считается ключевым направлением для предприятий мембранных электродов в будущем.

Газодиффузионный слой зажат между слоем катализатора и протонообменной мембраной, которая играет роль проводимости, отвода тепла и дренажа. Он состоит из слоя микропор и поддерживающего слоя. Слой микропор состоит из сажи и гидрофобного агента, а материал поддерживающего слоя в основном представляет собой копировальную бумагу.

Существует четыре основных процесса подготовки мембранного электрода: метод горячего прессования, градиентный метод, CCM и упорядочение.Среди них CCM применяет прямое покрытие рулона к рулону, трафаретную печать, распыление и другие методы, чтобы сначала нанести катализатор на обе стороны протонообменной мембраны для формирования CCM, а затем горячее прессование газодиффузионного слоя на обеих сторонах CCM для сформировать пленочный электрод, который в настоящее время является наиболее широко используемым и коммерчески зрелым методом подготовки на рынке.