Technologie voor het bereiden van ultrasoonsproei-membraanelektroden

De membraanelektrode is het kerncomponent van brandstofcellen, die het transport en de elektrochemische reacties van heterogene materialen integreert, die rechtstreeks de prestaties, levensduur,en kosten van protonenwisselingsbrandstofcellen met membraanDe membraanelektrode en de bipolaire platen aan beide zijden vormen samen een enkele brandstofcel.en de combinatie van meerdere afzonderlijke cellen kan een brandstofcelstapel vormen om aan verschillende uitgangsvereisten te voldoenHet ontwerp en de optimalisatie van de MEA-structuur, de materiaalkeuze en de optimalisatie van het productieproces zijn altijd de focus geweest van het PEMFC-onderzoek.Membraanelektrode technologie heeft verschillende generaties van innovatie ondergaan, hoofdzakelijk verdeeld in drie soorten: GDE-warmpersmethode, CCM-drie in één membraanelektrode en bestelde membraanelektrode.

1. GDE Warmgeperste filmelektrode

De eerste generatie MEA-voorbereidingstechnologie gebruikte een warmpersmethode om de met CL beklede kathoden en anoden GDL's aan beide zijden van PEM te comprimeren om MEA te verkrijgen, bekend als de "GDE"-structuur.

Het bereidingsproces van GDE-type MEA is inderdaad relatief eenvoudig, dankzij de gelijkmatige coating van de katalysator op de GDL.maar beschermt ook slim PEM tegen vervormingHet proces is echter niet onberispelijk. Indien de hoeveelheid katalysator die op de GDL is gecoat, niet nauwkeurig kan worden gecontroleerd, kan de katalysatorschimmel de GDL binnendringen.wat ertoe leidt dat sommige katalysatoren hun efficiëntie niet volledig benutten, en de benutting kan zelfs zo laag zijn als 20%, waardoor de productiekosten van MEA sterk stijgen.

Vanwege de inconsistentie tussen de katalysatorcoating op GDL en het uitbreidingssysteem van PEM is de interface tussen beide gevoelig voor delaminatie tijdens langdurige werking.Dit leidt niet alleen tot een toename van de interne contactweerstand van de brandstofcellen, maar ook tot een toename van deHet voorbereidingsproces van MEA op basis van de GDE-structuur is in principe geëlimineerd.En weinig mensen hebben er aandacht aan besteed..

2. CCM Drie in één membraan elektrode

Met behulp van methoden zoals roll to roll direct coating, screendruk en spraycoating wordt een slurry samengesteld uit katalysator Nafion,en een geschikt dispersant wordt rechtstreeks aan beide zijden van het protonenwisselingsmembraan gecoat om MEA te verkrijgen.

In vergelijking met de GDE-type MEA-preparatiemethode heeft het CCM-type een betere prestatie, is het niet gemakkelijk af te schillen en vermindert het de overdrachtsweerstand tussen de katalysatorlaag en de PEM,die gunstig is voor het verbeteren van de diffusie en beweging van protonen in protonen. katalysatorlaag, waardoor de katalysatorlaag en PEM worden bevorderd.De Commissie heeft de Commissie verzocht om een verslag uit te brengen over de resultaten van de evaluatie van het MEA.Het onderzoek naar MEA is verschoven van GDE-type naar CCM-type.de totale kosten van MEA worden verlaagd en het benuttingsprocents aanzienlijk verbeterdHet nadeel van CCM-type MEA is dat het gevoelig is voor wateroverstroming tijdens de werking van brandstofcellen.Er zijn minder gaskanalen., en de overbrengingsvermogen van gas en water is relatief hoog.de dikte van de katalysatorlaag is over het algemeen niet groter dan 10 μm.

Vanwege zijn uitstekende alomvattende prestaties is CCM-type MEA op het gebied van brandstofcellen voor auto's gecommercialiseerd.De CCM-type MEA, ontwikkeld door de Wuhan University of Technology in China, is geëxporteerd naar Plug Power in de Verenigde Staten voor gebruik in brandstofcelvorkladers.De door Dalian Xinyuan Power ontwikkelde CCM-type MEA is toegepast op vrachtwagens, met een platina-gebaseerde laadcapaciteit van kostbare metalen van slechts 0,4 mgPt/cm2. De krachtdichtheid bereikt 0,96 W/cm2.Tegelijkertijd, bedrijven en universiteiten zoals Kunshan Sunshine, Wuhan Himalaya, Suzhou Qingdong, Shanghai Jiao Tong University,Het is ook de bedoeling dat de Europese Commissie in het kader van de samenwerking met de landen van Midden- en Oost-Europa de nodige maatregelen neemt om de veiligheid van de luchtvaart te waarborgen.Buitenlandse bedrijven zoals Komu, Gore

3Geboden membraanelektrode.

De katalysatorlaag van GDE-type MEA en CCM-type MEA wordt gemengd met de katalysator en de elektrolytoplossing om een katalysatorschroef te vormen, die vervolgens wordt gecoat.De efficiëntie is zeer laag en er is een significant polarisatie verschijnselIn de eerste plaats is de platina-afvoer in MEA relatief hoog.De Europese Unie heeft in de afgelopen jaren een aantal belangrijke ontwikkelingen onder de aandacht gebracht.De Pt-uitgebruikingsgraad van de bestelde MEA is zeer hoog, waardoor de kosten van de MEA effectief worden verlaagd en tegelijkertijd een efficiënt transport van protonen, elektronen, gassen, water en andere stoffen wordt bereikt.de algemene prestaties van PEMFC verbeteren;.

Geordende membraanelektroden omvatten geordende membraanelektroden op basis van koolstofnanobuisjes, geordende membraanelektroden op basis van katalysatordunne films,met een vermogen van niet meer dan 10 W.

Op koolstofnanobuis gebaseerde geordende membraanelektrode

De grafietrassen van koolstofnanobuisjes zijn bestand tegen hoge potentialen en hun interactie en elasticiteit met Pt-deeltjes verbeteren de katalytische activiteit van Pt-deeltjes.In het afgelopen decennium of zoDe verticale opstelling van de elektrode verbetert de gasdiffusieschaal, de drainagecapaciteit, het vermogen van de gassen om zich te verspreiden en de afvoer van gassen te verbeteren.en de efficiëntie van het gebruik van Pt.

VACNT kan in twee soorten worden onderverdeeld: een is VACNT samengesteld uit gebogen en dunne koolstofnanobuisjes; een ander type zijn holle koolstofnanobuisjes samengesteld uit rechte en dichte koolstofnanobuisjes.

Bestelde membraanelektrode op basis van katalysatordunne film

De ordening van katalysator dunne films verwijst voornamelijk naar Pt nano geordende structuren, zoals Pt nanotubes, Pt nanowires, enz. Onder hen de vertegenwoordiger van katalysator geordende membraan elektrode is NSTF,In vergelijking met traditionele Pt/C-katalysatoren heeft NSTF vier hoofdkenmerken: de katalysatordrager is een geordende organische snor;De katalysator vormt een dunne laag op basis van Pt-legering op snorachtige organismen; er is geen koolstofdrager in de katalysatorlaag; de dikte van de katalysatorlaag van NSTF is minder dan 1um.

Geordende membraanelektrode op basis van protongeleider

De belangrijkste functie van de protongeleider-geordende membraanelektrode is het introduceren van nanowire-polymermaterialen om efficiënt protontransport in de katalytische laag te bevorderen.TiO2/Ti-structuren van TiO2-nanobuisarrays (TNT's) werden op titaniumplaten bereid, gevolgd door glooiing in een waterstofatmosfeer om H-TNT's te verkrijgen. Pt Pd-deeltjes werden op het oppervlak van H-TNT's bereid met behulp van SnCl2-sensitisatie- en verplaatsingsmethoden,met als resultaat een brandstofcel met een hoge vermogendichtheid.

The Institute of Nuclear Science and the Department of Automotive Engineering at Tsinghua University have synthesized a novel ordered catalyst layer for the first time based on the fast proton conduction function of Nafion nanowiresHet heeft de volgende kenmerken: Nafion nanorods worden in situ gekweekt op protonenuitwisselingsmembranen en de interfaccontactweerstand wordt tot nul verlaagd;Afzetting van Pt-deeltjes katalysatielaag op Nafion nanorods, met zowel katalytische als elektrongeleidende functies; Nafion-nanorods hebben een snelle protongeleidbaarheid.

De volgende generatie membranelektrodepreparatietechnologie richt zich zonder twijfel op de geordende membraanelektroden.Er zijn vijf aspecten die verder moeten worden bestudeerd:: geordende membraanelektroden zijn zeer gevoelig voor onzuiverheden; het werkbereik van membraanelektroden uitbreiden door materiaaloptimalisatie, karakterisering en modellering;Het introduceren van snelle protongeleidernanostructuur in de katalysator■ ontwikkeling van massaproductieprocessen voor lage kosten;en gasdiffusieschaal.

Het gebruik van de methode is echter niet toegestaan.

Voordelen van membraanelektrodevoorbereidingstechnologie en ultrasone bespuitingsmethode:

(1) Door parameters zoals ultrasone spuitstukvermogen en -frequentie te optimaliseren, kan de geatomiseerde katalysatorschimmel een kleine terugslag hebben en minder gevoelig zijn voor overspray.het gebruik van de katalysator verbeteren;

(2) De ultrasone trillingsstaaf verspreidt de katalysatordeeltjes sterk en de ultrasone dispersiespuiter heeft een secundair roeren op de katalysatorschroef.het verlagen van de kans op chemische verontreiniging door platina en het verminderen van het reactiegebied;

(3) Gemakkelijk te bedienen, zeer geautomatiseerd, geschikt voor de massaproductie van membraanelektroden.