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从催化剂到膜电极的测试制备技术原理介绍
近年来,我国氢能技术蓬勃发展,创新成果不断,在催化剂、膜电极、制氢、储氢等多个关键技术环节,我国了取得举世瞩目重大突破,为氢能产业的快速发展提供了有力支撑。
氢芯以“燃料电池测试专家”的品牌定位,覆盖从催化剂到膜电极测试需求,为用户提供了一系列好用不贵的电催化实验仪器,赢得了市场的广泛认可。
从催化剂到膜电极,它是怎么一回事呢?让我们一起揭开它的神秘的面纱。
1、常见的催化剂类型
铂(Pt)催化剂
铂(Pt)具有良好的分子吸附、离解特性,因此铂催化剂成为最理想、也是当前唯YI商业化的催化剂材料。业内有学者称“铂族金属催化剂ZHI王,上帝给的礼物”。
ORR催化剂火山图
HOR/HER催化剂火山图
低铂催化剂
通过在铂催化剂中添加其他元素或化合物制成,旨在降低铂的使用量,同时提高催化剂的活性、稳定性和耐久性。例如Pt-Ni、Pt-Co合金催化剂。
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非铂基催化剂
主要包括钯基催化剂、非贵金属催化剂和非金属催化剂。非贵金属催化剂包括铁、钴、镍等,非金属催化剂中最常见的是碳基催化剂,如碳纳米管、碳纤维、石墨烯等。
2、从催化剂到膜电极
膜电极(MEA)组件主要由质子交换膜(PEM)、催化层与气体扩散层(GDL)组成,是质子交换膜燃料电池(PEMFC)电化学反应的主要场所,也是决定质子交换膜燃料电池(PEMFC)的成本、性能和耐久性的核心关键部件。
催化剂浆料涂布是MEA生产的关键步骤之一,目前实验室与工业生产领域主要采用第二代MEA制备工艺CCM(CatalystCoatedMembrane)技术。
1、将催化剂浆料担载到质子交换膜表面。
2、然后干燥热处理,进一步改善催化剂层的结构,增强其与膜的结合力。
3、最后通过压合等手段将质子交换膜、催化层、边框和气体扩散层复合到一起,从而形成完整的MEA。
这个过程要求催化层涂覆均匀,同时尽量减少铂载量以降低成本,因此必须对浆料进行严格的质量控制。改良浆料配方、优化涂布工艺是降低膜电极成本、提高膜电极稳定性,推动燃料电池商业化的重要途径。
3、膜电极制备方式
催化剂的涂覆方式,常见的有刮刀涂布、气动喷涂、超声喷涂、静电喷涂。近年来,静电纺丝技术也在逐步应用到催化剂研究和涂覆中
喷涂
通过喷雾设备直接把催化剂浆料喷在质子交换膜上,也可以在催化剂喷涂前先在质子交换膜上喷涂离聚物(nafion),工艺上可以单节电池膜进行喷涂。喷涂工艺能节省材料,但是均匀性较差、效率相对较低,不适合大规模量产。
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