Desarrollo actual de electrodos de membrana de celdas de combustible

El electrodo de membrana (MEA) es el componente central de la celda de combustible, que se compone de una capa de difusión de gas, una capa de catalizador y una membrana de intercambio de protones. No es solo el lugar de transmisión de material multifásico, sino también el lugar de reacción química de la celda de combustible. Tiene un impacto directo en el rendimiento químico general de la batería y su costo representa el 70% del costo del reactor.Por lo tanto, el electrodo de membrana también se conoce como el "corazón" del "chip" de la celda de combustible.

En términos generales, los electrodos de membrana ideales deben tener alta densidad de potencia, baja carga de platino, larga durabilidad y vida útil y otras características de rendimiento. El Departamento de Energía de EE. UU. exige que la durabilidad de los electrodos de membrana de los vehículos sea de 5000 h para 2020.Densidad de potencia â¥1W/cm2 de potencia nominal.

En términos de cada componente del electrodo de membrana, la membrana de intercambio de protones (PEM) es principalmente una membrana de ácido perfluorosulfónico, mientras que otras membranas compuestas, membranas altamente selectivas, membranas modificadas con grafeno, membranas de alta temperatura y membranas alcalinas todavía están en la etapa de investigación, que son el punto de acceso de la investigación y la dirección de la frontera en los últimos años.

El catalizador es principalmente a base de platino. En la actualidad, la capa catalítica principal es un catalizador de platino-carbono, que es un catalizador de soporte soportado por platino sobre carbón activado.Sin embargo, como el platino es un metal precioso con escasos recursos y alto costo, el desarrollo de catalizadores con bajo contenido de platino y catalizadores de metales no preciosos libres de platino se considera la dirección clave para las empresas de electrodos de membrana en el futuro.

La capa de difusión de gas se intercala entre la capa de catalizador y la membrana de intercambio de protones, que desempeña el papel de conducción, disipación de calor y drenaje. Está compuesto por la capa de microporos y la capa de soporte. La capa de microporos está compuesta de negro de carbón y un agente hidrofóbico, y el material de la capa de soporte es principalmente papel carbón.

Hay cuatro procesos principales de preparación del electrodo de membrana, que son el método de prensado en caliente, el método de gradiente, el CCM y el pedido.Entre ellos, CCM adopta el revestimiento directo de bobina a bobina, serigrafía, pulverización y otros métodos para recubrir primero el catalizador en ambos lados de la membrana de intercambio de protones para formar CCM, y luego presionar en caliente la capa de difusión de gas en ambos lados del CCM para formar el electrodo de película, que es el método de preparación más utilizado y comercialmente maduro en el mercado en la actualidad