Dabartinis kuro elementų membraninių elektrodų kūrimas

Membraninis elektrodas (MEA) yra pagrindinis kuro elemento komponentas, kurį sudaro dujų difuzijos sluoksnis, katalizatoriaus sluoksnis ir protonų mainų membrana. Tai ne tik daugiafazių medžiagų perdavimo, bet ir kuro elemento cheminės reakcijos vieta. Tai turi tiesioginės įtakos bendram akumuliatoriaus cheminiam veikimui, o jo kaina sudaro 70 % reaktoriaus kainos.Taigi membraninis elektrodas taip pat žinomas kaip kuro elemento „lusto“ „širdis“.

Paprastai tariant, idealūs membraniniai elektrodai turi turėti didelį galios tankį, mažą platinos apkrovą, ilgą patvarumą ir tarnavimo laiką bei kitas eksploatacines charakteristikas. JAV Energetikos departamentas reikalauja, kad iki 2020 m. transporto priemonių membraninių elektrodų patvarumas būtų ¥5000 val.Galios tankis â¥1W/cm2 vardinė galia.

Kalbant apie kiekvieną membraninio elektrodo komponentą, protonų mainų membrana (PEM) daugiausia yra perfluorosulfonrūgšties membrana, o kitos sudėtinės membranos, labai selektyvios membranos, grafenu modifikuotos membranos, aukštos temperatūros membranos ir šarminės membranos vis dar tiriamos. mokslinių tyrimų taškas ir pasienio kryptis pastaraisiais metais.

Katalizatorius daugiausia yra platinos pagrindu. Šiuo metu pagrindinis katalizinis sluoksnis yra platinos-anglies katalizatorius, kuris yra palaikomasis katalizatorius, palaikomas platina ant aktyvuotos anglies.Tačiau kadangi platina yra taurusis metalas, turintis ribotus išteklius ir brangus, mažo platinos katalizatoriaus ir netauriųjų metalų katalizatoriaus be platinos kūrimas yra laikomas pagrindine membraninių elektrodų įmonių ateities kryptimi.

Dujų difuzijos sluoksnis yra tarp katalizatoriaus sluoksnio ir protonų mainų membranos, kuri atlieka laidumo, šilumos išsklaidymo ir drenažo vaidmenį. Jį sudaro mikroporų sluoksnis ir atraminis sluoksnis. Mikroporų sluoksnis sudarytas iš suodžių ir hidrofobinių medžiagų, o atraminio sluoksnio medžiaga daugiausia yra anglinis popierius.

Yra keturi pagrindiniai membraninio elektrodo paruošimo procesai, kurie yra karšto presavimo metodas, gradiento metodas, CCM ir užsakymas.Tarp jų, CCM taiko tiesioginį dengimą iš ritės į ritę, šilkografiją, purškimą ir kitus metodus, kad pirmiausia padengtų katalizatorių abiejose protonų mainų membranos pusėse, kad susidarytų CCM, o po to karštai spaudžiamas dujų difuzijos sluoksnis abiejose CCM pusėse. sudaryti plėvelės elektrodą, kuris šiuo metu yra plačiausiai naudojamas ir komerciškai brandus paruošimo būdas rinkoje