Desenvolvimento atual de eletrodos de membrana de célula de combustível

Eletrodo de membrana (MEA) é o componente central da célula de combustível, que é composto de camada de difusão de gás, camada de catalisador e membrana de troca de prótons. Não é apenas o local de transmissão de material multifásico, mas também o local de reação química da célula a combustível. Tem um impacto direto no desempenho químico geral da bateria e seu custo representa 70% do custo do reator.Assim, o eletrodo de membrana também é conhecido como o "coração" do "chip" da célula de combustível.

De um modo geral, os eletrodos de membrana ideais precisam ter alta densidade de potência, baixa carga de platina, longa durabilidade e vida útil e outras características de desempenho. O Departamento de Energia dos EUA exige que a durabilidade dos eletrodos de membrana do veículo seja de ¥5000h até 2020.Densidade de potência ¥1W/cm2 potência nominal.

Em termos de cada componente do eletrodo de membrana, a membrana de troca de prótons (PEM) é principalmente membrana de ácido perfluorossulfônico, enquanto outras membranas compostas, membranas altamente seletivas, membranas modificadas com grafeno, membranas de alta temperatura e membranas alcalinas ainda estão em estágio de pesquisa, que são o hotspot de pesquisa e direção de fronteira nos últimos anos.

O catalisador é principalmente à base de platina. Atualmente, a camada catalítica principal é o catalisador de platina-carbono, que é um catalisador de suporte suportado por platina em carvão ativado.No entanto, como a platina é um metal precioso com recursos escassos e alto custo, o desenvolvimento de catalisadores de baixo teor de platina e catalisadores de metais não preciosos sem platina é considerado a direção principal para as empresas de eletrodos de membrana no futuro.

A camada de difusão de gás é colocada entre a camada de catalisador e a membrana de troca de prótons, que desempenha o papel de condução, dissipação de calor e drenagem. É composto pela camada de microporos e pela camada de suporte. A camada de microporos é composta de negro de fumo e agente hidrofóbico, e o material da camada de suporte é principalmente papel carbono.

Existem quatro processos principais de preparação do eletrodo de membrana, que são método de prensagem a quente, método de gradiente, CCM e pedido.Entre eles, o CCM adota revestimento direto de bobina a bobina, serigrafia, pulverização e outros métodos para primeiro revestir o catalisador em ambos os lados da membrana de troca de prótons para formar o CCM e, em seguida, pressionar a quente a camada de difusão de gás em ambos os lados do CCM para formar o eletrodo de filme, que é o método de preparação mais utilizado e comercialmente maduro no mercado atualmente