Các quy trình chuẩn bị phổ biến cho các lớp xúc tác điện cực màng: chuyển nhiệt, lớp phủ trực tiếp

Điện cực màng (MEA)là thành phần cốt lõi của pin nhiên liệu hydro vàPEM hydro sản xuất điện phân, và là một thành phần chính của các phản ứng điện hóa. Các thành phần cấu trúc của nó chủ yếu bao gồmMàng trao đổi proton, lớp xúc tác, lớp khuếch tán khí, màng khung, v.v.

Các quy trình chuẩn bị phổ biến cho lớp xúc tác điện cực màng: chuyển nhiệt, lớp phủ trực tiếp

Hiện tại chungđiện cực màngQuá trình sản xuất chủ yếu liên quan đến việc chuẩn bị bùn chất xúc tác, lớp phủ màng proton để tạo thành CCM, lớp khuếch tán khí ép nóng và màng khung.

Trong số đó, có nhiều quá trình phủ cho lớp xúc tác điện cực màng, các quy trình phổ biến nhất là truyền nhiệt, lớp phủ trực tiếp, v.v.

1. Chuyển nhiệt

Quá trình chuyển nhiệt liên quan đến lớp phủ trước hoặc in mực hoặc bột xúc tác lên chất nền có thể chuyển (thường là một màng ổn định ở nhiệt độ cao), sau đó chuyển chất xúc tác từ màng chuyển sang màng trao đổi proton hoặc lớp khuếch tán khí thông qua quá trình ép nóng.

Các bước chuẩn bị:

1. Chuẩn bị mực xúc tác: Đầu tiên, trộn bột chất xúc tác với dung môi và chất kết dính thích hợp để chuẩn bị mực xúc tác. Bước này tương tự như việc chuẩn bị dung dịch chất xúc tác trong các phương pháp phủ khác.

2. Lớp phủ chất xúc tác: Áo hoặc in mực chất xúc tác lên màng chuyển với độ ổn định nhiệt tốt. Màng chuyển này cần vẫn còn nguyên vẹn trong quá trình ép nóng tiếp theo và có thể giải phóng chất xúc tác ở nhiệt độ thích hợp.

3. Chuyển nhấn nóng: Màng chuyển chứa chất xúc tác được xếp chồng lên với màng trao đổi proton hoặc lớp khuếch tán khí và được làm nóng và ép trong máy ép nóng. Trong quá trình này, chất xúc tác được chuyển từ màng chuyển sang chất nền đích.

4. Loại bỏ màng chuyển: Sau khi hoàn thành và làm lạnh chất xúc tác, màng chuyển được loại bỏ, để lại lớp chất xúc tác được gắn chặt vàoPEMhoặcGDL.

Ưu điểm và nhược điểm của việc truyền nhiệt:

1. Hình dạng và kích thước của chất xúc tác có thể được kiểm soát chính xác: thông qua thiết kế kỹ thuật số, các chất xúc tác có hình dạng và kích thước khác nhau có thể được tùy chỉnh tinh xảo và được chuyển hoàn toàn vào bề mặt điện cực, có lợi cho việc cải thiện hiệu quả và tính chọn lọc của phản ứng điện hóa;

2. Bề mặt phản ứng và hình thái ở quy mô kính hiển vi được kiểm soát nhiều hơn;

3. Có thể đạt được chất xúc tác nhiều lớp có thể đạt được: Nhiều chất xúc tác có thể được chuyển tuần tự đến bề mặt điện cực để cải thiện hiệu quả của xúc tác tổng hợp; Nó cũng có thể làm giảm nhiễu bên ngoài, chẳng hạn như ảnh hưởng của các yếu tố như nhiệt độ và cũng có thể được loại bỏ một cách thuận tiện một cách có chọn lọc để tránh ô nhiễm môi trường và các vấn đề khác.

Tuy nhiên, phương pháp truyền nhiệt có vấn đề cải thiện hơn nữa hiệu quả trong sản xuất hàng loạt.

2. Lớp phủ trực tiếp

Quy trình phủ trực tiếp, như tên cho thấy, là trực tiếp phủ bùn chất xúc tác trênMàng trao đổi proton. Hiện tại, các nhà sản xuất điện cực màng với công suất sản xuất cao đều sử dụng quy trình phủ trực tiếp cuộn hai mặt. Một số nhà sản xuất sẽ sử dụng một bên chuyển nhiệt và một bên của lớp phủ trực tiếp để tránh vấn đề sưng lớp phủ trực tiếp và cải thiện hiệu quả cùng một lúc.

Các quy trình chuẩn bị phổ biến cho lớp xúc tác điện cực màng: chuyển nhiệt, lớp phủ trực tiếp

Quá trình phủ Ccyl CCM

Quá trình phủ CCM cực dương

Quy trình phủ CCM Roll-to-Roll

Các bước sản xuất:

1. Chuẩn bị chất xúc tác bùn:

Đầu tiên, chuẩn bị một bùn chứa chất xúc tác (như bạch kim), nhựa trao đổi ion, dung môi và các chất phụ gia khác. Mùi này phải có đặc tính lưu biến tốt để phủ dễ dàng.

2. Lựa chọn màng trao đổi proton:

Chọn một màng trao đổi proton phù hợp được yêu cầu để cung cấp độ ổn định hóa học và độ dẫn tốt trong điều kiện vận hành pin nhiên liệu.

3. Quá trình phủ:

Sơn Catalyst được phủ trực tiếp trên màng bằng công nghệ phủ trực tiếp. Phương pháp lớp phủ có thể là đánh răng, phun, lớp phủ lưỡi hoặc các kỹ thuật phủ phù hợp khác.

Sau khi phủ, điện cực màng được sấy khô và xử lý nhiệt trong điều kiện cụ thể để loại bỏ dung môi và đảm bảo liên kết tốt giữa lớp chất xúc tác và màng.

4.

Trong quá trình sấy khô, dung môi bay hơi, để lại chất xúc tác rắn và nhựa trao đổi ion. Điều trị nhiệt tiếp tục cải thiện cấu trúc của lớp xúc tác và tăng cường liên kết của nó với màng.

5. Quá trình dán:

Điện cực màng được xử lý được nhiều lớp cùng với lớp khuếch tán khí (GDL) để tạo thành một cụm điện cực màng hoàn chỉnh (MEA).