一、膜電極是什么
為了實(shí)現(xiàn)燃料電池商業(yè)化目標(biāo)，需要制備高功率密度、低Pt載量、耐久性好的MEA。在MEA中除了催化劑以外，各功能層結(jié)構(gòu)、層與層之間的界面都對MEA的性能具有重要影響。
膜電極，暗流科技
氫氣通過陽極極板上的氣體流場到達(dá)陽極，通過電極上的擴(kuò)散層到達(dá)陽極催化層，吸附在陽極催化劑層，氫氣在催化劑鉑的催化作用下分解為2個(gè)氫離子，即質(zhì)子H＋，并釋放出2個(gè)電子。這一過程稱為氫的陽極氧化過程，陽極上發(fā)生的反應(yīng)為：
H2=2H++2e-
在電池的另一端，氧氣或空氣通過陰極極板上的氣體流場到達(dá)陰極，通過電極上的擴(kuò)散層到達(dá)陰極催化層，吸附在陰極催化層，同時(shí)，氫離子穿過電解質(zhì)到達(dá)陰極，電子通過外電路也到達(dá)陰極。在陰極催化劑的作用下，氧氣與氫離子和電子發(fā)生反應(yīng)生成水，這一過程稱為氧的陰極還原過程，陰極上發(fā)生的反應(yīng)為：
?O2+2H++2e-= H2O
總的化學(xué)反應(yīng)式為：
H2+?O2=H2O
與此同時(shí)，電子在外電路的連接下形成電流，通過適當(dāng)連接可以向負(fù)載輸出電能，生成的水通過電極隨反應(yīng)尾氣排出。
膜電極，鴻基創(chuàng)能
三、膜電極的特點(diǎn)
- 能夠最大限度減小氣體的傳輸阻力，使得反應(yīng)氣體順利由擴(kuò)散層到達(dá)催化層發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。
- 形成良好的離子通道，降低離子傳輸?shù)淖枇Α?/li>
- 形成良好的電子通道。
- 氣體擴(kuò)散電極應(yīng)該保證良好的機(jī)械強(qiáng)度及導(dǎo)熱性。
-
膜具有高的質(zhì)子傳導(dǎo)性。
四、膜電極的結(jié)構(gòu)組成
1、質(zhì)子交換膜
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質(zhì)子交換膜根據(jù)含氟情況進(jìn)行分類主要包括全氟聚合物質(zhì)子交換膜、部分氟化聚合物質(zhì)子交換膜和非氟化聚合物質(zhì)子交換膜。
全氟磺酸燃料電池質(zhì)子膜，東岳未來
燃料電池用質(zhì)子交換膜，科潤新材
催化層是膜電極的重要組成部分，陽極使用催化劑促進(jìn)氫氣的氧化反應(yīng)，涉及氧化反應(yīng)、氣體擴(kuò)散、電子運(yùn)動(dòng)、質(zhì)子運(yùn)動(dòng)、水的遷移等多種過程。陰極使用催化劑促進(jìn)氧氣的還原反應(yīng)，涉及氧的還原、氧氣擴(kuò)散、電子運(yùn)動(dòng)、質(zhì)子運(yùn)動(dòng)、反應(yīng)生成 的水排出等。
良好的催化劑應(yīng)該具有良好的催化活性、高質(zhì)子傳導(dǎo)率、高電子傳導(dǎo)率和良好的水管理能力、氣體擴(kuò)散能力。
催化劑，中自科技
兩片多孔氣體擴(kuò)散層（GDL）將膜電極組合體夾在中間，主要作用包括支撐催化層、收集電流、傳導(dǎo)氣體和排出反應(yīng)產(chǎn)物水。
理想的氣體擴(kuò)散層需要具備高導(dǎo)電性、多孔性、適當(dāng)?shù)挠H水/憎水平衡、高化學(xué)穩(wěn)定性、高熱穩(wěn)定性以及低成本等特點(diǎn)。
氣體擴(kuò)散層由支撐層和微孔層組成，支撐層材料主要為多孔的碳纖維紙、碳纖維織布、碳纖維無紡布及碳黑紙，微孔層通常是由導(dǎo)電炭黑和憎水劑構(gòu)成。
氣體擴(kuò)散層，通用氫能
氣體擴(kuò)散層，西格里碳素
目前，CCM法（Catalyst Coated Membrane催化劑直接涂抹技術(shù)）是應(yīng)用最廣泛的MEA制備方法，將催化劑涂布在質(zhì)子交換膜的兩側(cè)，再通過熱壓法將氣體擴(kuò)散層和附著催化層的質(zhì)子交換膜結(jié)合在一起。
東莞嘉拓的CCM涂布機(jī)
通過CCM制備工藝增加了催化劑和質(zhì)子交換膜的接觸面積，降低了質(zhì)子交換膜和催化劑之間的阻抗，提升了膜電極性能。
五、國內(nèi)外膜電極主要廠商
國內(nèi)外膜電極廠商主要有巴拉德、戈?duì)?/span>、莊信萬豐、理工氫電、未勢能源、擎動(dòng)科技、新源動(dòng)力、鴻基創(chuàng)能、唐鋒能源、南科燃料電池、桑萊特、廣東喜瑪拉雅氫能、億氫科技、國氫科技、東方電氣、泰極動(dòng)力、中氫科技、鋒源氫能、博氫集團(tuán)、中自科技、百坤氫能、納爾氫電、中船712所、威孚高科、臺灣揚(yáng)志股份、眾創(chuàng)新能、韻量燃料電池、旭晟東陽等。
來源：網(wǎng)絡(luò)
原文始發(fā)于微信公眾號（艾邦氫科技網(wǎng)）：氫燃料電池的核心——膜電極
