Kütuseelemendi membraanelektroodide praegune areng

Membraanelektrood (MEA) on kütuseelemendi põhikomponent, mis koosneb gaasi difusioonikihist, katalüsaatorikihist ja prootonivahetusmembraanist. See pole mitte ainult mitmefaasilise materjali ülekande koht, vaid ka kütuseelemendi keemilise reaktsiooni koht. Sellel on otsene mõju aku üldisele keemilisele jõudlusele ja selle maksumus moodustab 70% reaktori maksumusest.Nii et membraanelektroodi tuntakse ka kui kütuseelemendi "kiibi" "süda".

Üldiselt peab ideaalsetel membraanelektroodidel olema suur võimsustihedus, madal plaatinakoormus, pikk vastupidavus ja kasutusiga ning muud jõudlusnäitajad. USA energeetikaministeerium nõuab, et sõidukite membraanelektroodide vastupidavus peaks aastaks 2020 olema ¥5000 tundi.Võimsustihedus â¥1W/cm2 nimivõimsus.

Membraanelektroodi iga komponendi osas on prootonvahetusmembraan (PEM) peamiselt perfluorosulfoonhappe membraan, samas kui muud komposiitmembraanid, väga selektiivsed membraanid, grafeeniga modifitseeritud membraanid, kõrgtemperatuursed membraanid ja leeliselised membraanid on alles uurimisjärgus. viimaste aastate teadustöö leviala ja eesrindlik suund.

Katalüsaator on peamiselt plaatinapõhine. Praegu on peamiseks katalüütiliseks kihiks plaatina-süsinik katalüsaator, mis on aktiivsöel oleva plaatina toega tugikatalüsaator.Kuna aga plaatina on väärismetall, millel on vähe ressursse ja kõrge hind, peetakse madala plaatinasisaldusega katalüsaatori ja plaatinavaba mitteväärismetallkatalüsaatori väljatöötamist tulevikus membraanelektroodide ettevõtete põhisuunaks.

Gaasi difusioonikiht asetseb katalüsaatorkihi ja prootonivahetusmembraani vahele, mis täidab juhtivuse, soojuse hajumise ja äravoolu rolli. See koosneb mikropoorkihist ja tugikihist. Mikropoorne kiht koosneb tahmast ja hüdrofoobsest ainest ning tugikihi materjal on peamiselt süsinikpaber.

Membraanelektroodide valmistamisel on neli peamist protsessi, milleks on kuumpressimise meetod, gradientmeetod, CCM ja tellimine.Nende hulgas kasutab CCM poolivahelist otsekatmist, siiditrükkimist, pihustamist ja muid meetodeid, et esmalt katta katalüsaator prootonivahetusmembraani mõlemal küljel, et moodustada CCM, ja seejärel kuumpressida gaasi difusioonikihti mõlemal pool CCM-i. moodustavad kileelektroodi, mis on praegu turul kõige laialdasemalt kasutatav ja kaubanduslikult küpsem valmistamismeetod