Τρέχουσα ανάπτυξη ηλεκτροδίων μεμβράνης κυψελών καυσίμου

Το ηλεκτρόδιο μεμβράνης (MEA) είναι το βασικό συστατικό της κυψέλης καυσίμου, το οποίο αποτελείται από στρώμα διάχυσης αερίου, στρώμα καταλύτη και μεμβράνη ανταλλαγής πρωτονίων. Δεν είναι μόνο ο τόπος πολυφασικής μετάδοσης υλικού, αλλά και ο τόπος της χημικής αντίδρασης της κυψέλης καυσίμου. Έχει άμεσο αντίκτυπο στη συνολική χημική απόδοση της μπαταρίας και το κόστος της αντιστοιχεί στο 70% του κόστους του αντιδραστήρα.Έτσι το ηλεκτρόδιο μεμβράνης είναι επίσης γνωστό ως η «καρδιά» του «τσιπ» της κυψέλης καυσίμου.

Γενικά, τα ιδανικά ηλεκτρόδια μεμβράνης πρέπει να έχουν υψηλή πυκνότητα ισχύος, χαμηλό φορτίο πλατίνας, μεγάλη αντοχή και διάρκεια ζωής και άλλα χαρακτηριστικά απόδοσης. Το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ απαιτεί η ανθεκτικότητα των ηλεκτροδίων μεμβράνης οχημάτων να είναι ¥5000h έως το 2020.Πυκνότητα ισχύος â¥1 W/cm2 ονομαστική ισχύς.

Όσον αφορά κάθε συστατικό του ηλεκτροδίου μεμβράνης, η μεμβράνη ανταλλαγής πρωτονίων (PEM) είναι κυρίως μεμβράνη υπερφθοροσουλφονικού οξέος, ενώ άλλες σύνθετες μεμβράνες, εξαιρετικά εκλεκτικές μεμβράνες, μεμβράνες τροποποιημένες με γραφένιο, μεμβράνες υψηλής θερμοκρασίας και αλκαλικές μεμβράνες βρίσκονται ακόμη στο στάδιο της έρευνας, οι οποίες είναι το ερευνητικό hotspot και η συνοριακή κατεύθυνση τα τελευταία χρόνια.

Ο καταλύτης είναι κυρίως με βάση την πλατίνα. Επί του παρόντος, το κύριο καταλυτικό στρώμα είναι ο καταλύτης πλατίνας-άνθρακα, ο οποίος είναι ένας καταλύτης υποστήριξης που υποστηρίζεται από πλατίνα σε ενεργό άνθρακα.Ωστόσο, καθώς η πλατίνα είναι ένα πολύτιμο μέταλλο με σπάνιους πόρους και υψηλό κόστος, η ανάπτυξη καταλύτη χαμηλής πλατίνας και καταλύτης μη πολύτιμων μετάλλων χωρίς πλατίνα θεωρείται η βασική κατεύθυνση για τις επιχειρήσεις ηλεκτροδίων μεμβράνης στο μέλλον.

Το στρώμα διάχυσης αερίου τοποθετείται μεταξύ του στρώματος του καταλύτη και της μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων, η οποία παίζει το ρόλο της αγωγής, της απαγωγής θερμότητας και της αποστράγγισης. Αποτελείται από το στρώμα μικροπόρων και το στρώμα στήριξης. Το στρώμα μικροπόρων αποτελείται από αιθάλη και υδρόφοβο παράγοντα και το υλικό του στρώματος υποστήριξης είναι κυρίως ανθρακόχαρτο.

Υπάρχουν τέσσερις κύριες διαδικασίες προετοιμασίας του ηλεκτροδίου μεμβράνης, οι οποίες είναι η μέθοδος θερμής συμπίεσης, η μέθοδος βαθμίδωσης, η CCM και η παραγγελία.Μεταξύ αυτών, η CCM υιοθετεί απευθείας επίστρωση από πηνίο σε πηνίο, εκτύπωση μεταξοτυπίας, ψεκασμό και άλλες μεθόδους για να επικαλύψει πρώτα τον καταλύτη και στις δύο πλευρές της μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων για να σχηματίσει CCM και στη συνέχεια να πιέσει θερμά το στρώμα διάχυσης αερίου και στις δύο πλευρές του CCM για να σχηματίζουν το ηλεκτρόδιο μεμβράνης, το οποίο είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη και εμπορικά ώριμη μέθοδος παρασκευής στην αγορά αυτή τη στιγμή