Almindelige forberedelsesprocesser til membranelektrodekatalysatorlag: termisk overførsel, direkte belægning

Membranelektrode (MEA)er kernekomponenten i brintbrændselsceller ogPem -brintproduktionselektrolysere, og er en nøglekomponent i elektrokemiske reaktioner. Dens strukturelle komponenter inkluderer hovedsageligtProtonudvekslingsmembran, katalysatorlag, gasdiffusionslag, rammemembran osv.

Almindelige forberedelsesprocesser til membranelektrodekatalysatorlag: Termisk overførsel, direkte belægning

Den nuværende almindeligeMembranelektrodeProduktionsprocessen involverer hovedsageligt katalysatoropslæmning, belægningsprotonmembran til dannelse af CCM, varmt presserende gasdiffusionslag og laminering af rammemembran.

Blandt dem er der mange belægningsprocesser for membranelektrodekatalysatorlag, de mest almindelige er termisk overførsel, direkte belægning osv.

1. termisk overførsel

Den termiske overførselsproces involverer forbelægning eller udskrivning af katalysatorblæk eller pulver på et overførbart underlag (normalt en film, der er stabilt ved høj temperatur) og derefter overfører katalysatoren fra overførselsmembranen til protonudvekslingsmembran- eller gaskiffusionslag gennem en varm trykproces.

Forberedelsestrin:

1. Fremstilling af katalysatorblæk: Bland først katalysatorpulveret med et passende opløsningsmiddel og klæbemiddel til at fremstille en katalysatorblæk. Dette trin ligner fremstillingen af ​​katalysatoropløsning i andre belægningsmetoder.

2. katalysatorbelægning: frakke eller udskrive katalysatorblækket på en overførselsmembran med god termisk stabilitet. Denne overførselsmembran skal forblive intakt under den efterfølgende varme trykproces og være i stand til at frigive katalysatoren ved en passende temperatur.

3.. Hot pressende overførsel: Overførselsmembranen, der indeholder katalysatoren, er stablet med protonudvekslingsmembran- eller gasdiffusionslaget og opvarmet og presset i en varm presse. I denne proces overføres katalysatoren fra overførselsmembranen til målsubstratet.

4. fjernelse af overførselsmembranen: Efter at katalysatoroverførslen er afsluttet og afkølet, fjernes overførselsmembranen, hvilket efterlader katalysatorlaget tæt fastgjort tilPemellerGdl.

Fordele og ulemper ved termisk overførsel:

1. Formen og størrelsen af ​​katalysatoren kan kontrolleres nøjagtigt: gennem digitalt design kan katalysatorer af forskellige former og størrelser tilpasses fint og overføres fuldstændigt til elektrodeoverfladen, hvilket er befordrende for at forbedre effektiviteten og selektiviteten af ​​den elektrokemiske reaktion;

2. Forberedelsesprocessen er mere præcis: Ved at overføre katalysatoren til elektrodeoverfladen kan der dannes et ekstremt tyndt og meget konsistent katalysatorlag i et mindre område. Reaktionsoverfladen og morfologien i den mikroskopiske skala er mere kontrolleret;

3. flerlagskatalysatorstabling kan opnås: flere katalysatorer kan overføres sekventielt til elektrodeoverfladen for at forbedre effektiviteten af ​​sammensat katalyse; Det kan også reducere ekstern interferens, såsom påvirkning af faktorer som temperatur og kan også bekvemt fjernes selektivt for at undgå miljøforurening og andre problemer.

Imidlertid har den termiske overførselsmetode problemet med yderligere forbedring af effektiviteten i masseproduktion.

2. Direkte belægning

Den direkte belægningsproces er, som navnet antyder, at direkte belægge katalysatoropslæmningen påProtonudvekslingsmembran. På nuværende tidspunkt bruger membranelektrodeproducenter med høj produktionskapacitet alle dobbeltsidet rulle-til-rulle direkte belægningsproces. Nogle producenter vil bruge den ene side af termisk overførsel og den ene side af direkte belægning for at undgå problemet med direkte belægning og forbedre effektiviteten på samme tid.

Almindelige forberedelsesprocesser til membranelektrodekatalysatorlag: Termisk overførsel, direkte belægning

Katode CCM -belægningsproces

Anode CCM -belægningsproces

Roll-to-roll CCM-belægningsproces

Produktionstrin:

1. Forberedelse af katalysatoropslæmning:

Forbered først en opslæmning indeholdende en katalysator (såsom platin), en ionbytterharpiks, et opløsningsmiddel og andre tilsætningsstoffer. Denne gylle skal have gode reologiske egenskaber for let belægning.

2. Valg af protonudvekslingsmembran:

Vælg en passende protonudvekslingsmembran, der kræves for at tilvejebringe god kemisk stabilitet og ledningsevne under driftsbetingelser for brændselscelle.

3. belægningsproces:

Katalysatoropslæmningen er direkte belagt på membranen ved hjælp af direkte belægningsteknologi. Belægningsmetoden kan være børstning, sprøjtning, bladbelægning eller andre passende belægningsteknikker.

Efter belægning tørres membranelektroden og varmebehandles under specifikke betingelser for at fjerne opløsningsmidlet og sikre god binding mellem katalysatorlaget og membranen.

4. tørring og varmebehandling:

Under tørringsprocessen fordamper opløsningsmidlet og efterlader den faste katalysator og ionbytterharpiks. Varmebehandling forbedrer yderligere strukturen af ​​katalysatorlaget og styrker dens binding med membranen.

5. Lamineringsproces:

Den behandlede membranelektrode lamineres sammen med gasdiffusionslaget (GDL) for at danne en komplet membranelektrodeenhed (MEA).