Sự phát triển hiện tại của điện cực màng tế bào nhiên liệu

Điện cực màng (MEA) là thành phần cốt lõi của pin nhiên liệu, bao gồm lớp khuếch tán khí, lớp xúc tác và màng trao đổi proton. Nó không chỉ là nơi truyền tải vật chất nhiều pha mà còn là nơi diễn ra các phản ứng hóa học của pin nhiên liệu. Nó có tác động trực tiếp đến hiệu suất hóa học tổng thể của pin và chi phí của nó chiếm 70% chi phí của lò phản ứng.Vì vậy, màng điện cực còn được gọi là “trái tim” của “con chip” pin nhiên liệu.

Nói chung, các điện cực màng lý tưởng cần phải có mật độ năng lượng cao, tải bạch kim thấp, độ bền và tuổi thọ lâu dài cũng như các đặc tính hiệu suất khác. Bộ Năng lượng Hoa Kỳ yêu cầu độ bền của các điện cực màng xe phải là ¥5000h vào năm 2020.Mật độ công suất ⥥1W/cm2 công suất định mức.

Xét về từng thành phần của điện cực màng, màng trao đổi proton (PEM) chủ yếu là màng axit perfluorosulfonic, trong khi các màng tổng hợp khác, màng có tính chọn lọc cao, màng biến đổi graphene, màng nhiệt độ cao và màng kiềm vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu, đó là điểm nóng nghiên cứu và hướng đi mới trong những năm gần đây.

Chất xúc tác chủ yếu dựa trên bạch kim. Hiện tại, lớp xúc tác chủ đạo là chất xúc tác bạch kim-cacbon, đây là chất xúc tác hỗ trợ được hỗ trợ bởi bạch kim trên than hoạt tính.Tuy nhiên, do bạch kim là kim loại quý, nguồn tài nguyên khan hiếm và giá thành cao nên việc phát triển chất xúc tác bạch kim thấp và chất xúc tác kim loại phi quý không chứa bạch kim được coi là hướng đi chính cho các doanh nghiệp điện cực màng trong tương lai.

Lớp khuếch tán khí được kẹp giữa lớp xúc tác và màng trao đổi proton, đóng vai trò dẫn, tản nhiệt và thoát nước. Nó bao gồm lớp micropore và lớp hỗ trợ. Lớp micropore bao gồm muội than và chất kỵ nước, và vật liệu của lớp hỗ trợ chủ yếu là giấy than.

Có bốn quy trình chuẩn bị chính của điện cực màng, đó là phương pháp ép nóng, phương pháp gradient, CCM và đặt hàng.Trong số đó, CCM sử dụng lớp phủ trực tiếp từ cuộn này sang cuộn khác, in lụa, phun và các phương pháp khác để phủ chất xúc tác đầu tiên lên cả hai mặt của màng trao đổi proton để tạo thành CCM, sau đó ép nóng lớp khuếch tán khí ở cả hai mặt của CCM để tạo thành điện cực màng, đây là phương pháp chuẩn bị thương mại và được sử dụng rộng rãi nhất trên thị trường hiện nay