Développement actuel des électrodes à membrane pour pile à combustible

L'électrode à membrane (MEA) est le composant central de la pile à combustible, qui est composée d'une couche de diffusion de gaz, d'une couche de catalyseur et d'une membrane échangeuse de protons. Ce n'est pas seulement le lieu de transmission des matériaux multiphases, mais aussi le lieu de réaction chimique de la pile à combustible. Il a un impact direct sur les performances chimiques globales de la batterie et son coût représente 70 % du coût du réacteur.Ainsi, l'électrode à membrane est également connue sous le nom de "cœur" de la "puce" de la pile à combustible.

D'une manière générale, les électrodes à membrane idéales doivent avoir une densité de puissance élevée, une faible charge en platine, une longue durabilité et une longue durée de vie et d'autres caractéristiques de performance. Le département américain de l'énergie exige que la durabilité des électrodes à membrane du véhicule soit de ≥ 5000h d'ici 2020.Densité de puissance â¥1W/cm2 puissance nominale.

En ce qui concerne chaque composant de l'électrode à membrane, la membrane échangeuse de protons (PEM) est principalement une membrane d'acide perfluorosulfonique, tandis que d'autres membranes composites, des membranes hautement sélectives, des membranes modifiées au graphène, des membranes à haute température et des membranes alcalines sont encore au stade de la recherche, qui sont le hotspot de la recherche et la direction frontière ces dernières années.

Le catalyseur est principalement à base de platine. À l'heure actuelle, la couche catalytique principale est un catalyseur platine-carbone, qui est un catalyseur de support supporté par du platine sur du charbon actif.Cependant, comme le platine est un métal précieux avec des ressources rares et un coût élevé, le développement d'un catalyseur à faible teneur en platine et d'un catalyseur en métal non précieux sans platine est considéré comme la direction clé pour les entreprises d'électrodes à membrane à l'avenir.

La couche de diffusion des gaz est prise en sandwich entre la couche de catalyseur et la membrane échangeuse de protons, qui joue le rôle de conduction, de dissipation thermique et de drainage. Il est composé de la couche microporeuse et de la couche support. La couche microporeuse est composée de noir de carbone et d'agent hydrophobe, et le matériau de la couche de support est principalement du papier carbone.

Il existe quatre principaux processus de préparation de l'électrode à membrane, qui sont la méthode de pressage à chaud, la méthode du gradient, le CCM et la commande.Parmi eux, CCM adopte le revêtement direct bobine à bobine, la sérigraphie, la pulvérisation et d'autres méthodes pour enduire d'abord le catalyseur des deux côtés de la membrane échangeuse de protons pour former le CCM, puis presser à chaud la couche de diffusion de gaz des deux côtés du CCM pour forment l'électrode de film, qui est la méthode de préparation la plus largement utilisée et commercialement mature sur le marché à l'heure actuelle