Sviluppo attuale di elettrodi a membrana per celle a combustibile

L'elettrodo a membrana (MEA) è il componente principale della cella a combustibile, che è composto da uno strato di diffusione del gas, uno strato di catalizzatore e una membrana a scambio protonico. Non è solo il luogo della trasmissione materiale multifase, ma anche il luogo della reazione chimica della cella a combustibile. Ha un impatto diretto sulle prestazioni chimiche complessive della batteria e il suo costo rappresenta il 70% del costo del reattore.Quindi l'elettrodo a membrana è noto anche come il "cuore" del "chip" della cella a combustibile.

In generale, gli elettrodi a membrana ideali devono avere un'elevata densità di potenza, basso carico di platino, lunga durata e durata e altre caratteristiche prestazionali. Il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti richiede che la durata degli elettrodi a membrana dei veicoli sia di ≥ 5000 ore entro il 2020.Densità di potenza ≥1W/cm2 potenza nominale.

In termini di ciascun componente dell'elettrodo a membrana, la membrana a scambio protonico (PEM) è principalmente una membrana di acido perfluorosolfonico, mentre altre membrane composite, membrane altamente selettive, membrane modificate con grafene, membrane ad alta temperatura e membrane alcaline sono ancora in fase di ricerca, che sono l'hotspot di ricerca e la direzione di frontiera negli ultimi anni.

Il catalizzatore è principalmente a base di platino. Attualmente, lo strato catalitico principale è un catalizzatore platino-carbonio, che è un catalizzatore di supporto supportato da platino su carbone attivo.Tuttavia, poiché il platino è un metallo prezioso con risorse scarse e costi elevati, lo sviluppo di catalizzatori a basso contenuto di platino e catalizzatori di metalli non preziosi senza platino è considerato la direzione chiave per le imprese di elettrodi a membrana in futuro.

Lo strato di diffusione del gas è inserito tra lo strato di catalizzatore e la membrana di scambio protonico, che svolge il ruolo di conduzione, dissipazione del calore e drenaggio. È composto dallo strato di micropori e dallo strato di supporto. Lo strato di micropori è composto da nerofumo e agente idrofobo e il materiale dello strato di supporto è principalmente carta carbone.

Esistono quattro principali processi di preparazione dell'elettrodo a membrana, che sono il metodo di pressatura a caldo, il metodo del gradiente, il CCM e l'ordine.Tra questi, CCM adotta il rivestimento diretto da bobina a bobina, serigrafia, spruzzatura e altri metodi per rivestire prima il catalizzatore su entrambi i lati della membrana a scambio protonico per formare CCM, quindi pressare a caldo lo strato di diffusione del gas su entrambi i lati del CCM per formare l'elettrodo a film, che è attualmente il metodo di preparazione commercialmente più diffuso e maturo sul mercato