Aktuelle Entwicklung von Brennstoffzellen-Membranelektroden

Die Membranelektrode (MEA) ist die Kernkomponente der Brennstoffzelle, die aus einer Gasdiffusionsschicht, einer Katalysatorschicht und einer Protonenaustauschmembran besteht. Es ist nicht nur der Ort der mehrphasigen Materialübertragung, sondern auch der Ort der chemischen Reaktion der Brennstoffzelle. Es wirkt sich direkt auf die chemische Gesamtleistung der Batterie aus und seine Kosten machen 70 % der Kosten des Reaktors aus.Daher wird die Membranelektrode auch als „Herz“ des Brennstoffzellen-„Chips“ bezeichnet.

Im Allgemeinen müssen ideale Membranelektroden eine hohe Leistungsdichte, eine geringe Platinbeladung, eine lange Haltbarkeit und Lebensdauer und andere Leistungsmerkmale aufweisen. Das US-Energieministerium fordert, dass die Lebensdauer von Fahrzeugmembranelektroden bis 2020 ≥ 5000 Stunden betragen sollte.Leistungsdichte â¥1W/cm2 Nennleistung.

In Bezug auf jede Komponente der Membranelektrode ist die Protonenaustauschmembran (PEM) hauptsächlich eine Perfluorsulfonsäuremembran, während sich andere Verbundmembranen, hochselektive Membranen, graphenmodifizierte Membranen, Hochtemperaturmembranen und alkalische Membranen noch im Forschungsstadium befinden der Forschungs-Hotspot und Grenzrichtung in den letzten Jahren.

Der Katalysator basiert hauptsächlich auf Platin. Gegenwärtig ist die Hauptkatalysatorschicht ein Platin-Kohlenstoff-Katalysator, der ein Trägerkatalysator ist, der von Platin auf Aktivkohle getragen wird.Da Platin jedoch ein Edelmetall mit knappen Ressourcen und hohen Kosten ist, wird die Entwicklung von platinarmen Katalysatoren und platinfreien Nichtedelmetallkatalysatoren als Schlüsselrichtung für Membranelektrodenunternehmen der Zukunft angesehen.

Die Gasdiffusionsschicht ist zwischen der Katalysatorschicht und der Protonenaustauschmembran angeordnet, die die Rolle der Leitung, Wärmeableitung und Drainage spielt. Sie besteht aus der Mikroporenschicht und der Trägerschicht. Die Mikroporenschicht besteht aus Ruß und einem hydrophoben Mittel, und das Material der Trägerschicht ist hauptsächlich Kohlepapier.

Es gibt vier Hauptverfahren zur Herstellung von Membranelektroden: Heißpressverfahren, Gradientenverfahren, CCM und Bestellung.Darunter verwendet CCM Coil-to-Coil-Direktbeschichtung, Siebdruck, Sprühen und andere Methoden, um zuerst den Katalysator auf beiden Seiten der Protonenaustauschmembran zu beschichten, um CCM zu bilden, und dann die Gasdiffusionsschicht auf beiden Seiten des CCM heiß zu pressen bilden die Filmelektrode, die derzeit am weitesten verbreitete und kommerziell ausgereifte Präparationsmethode auf dem Markt