막 전극은 연료전지의 핵심 부품으로 이질적인 물질의 운송과 전기 화학 반응을 통합하여 성능, 수명,그리고 양성자 교환막 연료 전지의 비용선반 전극과 양쪽의 양극판은 하나의 연료전지를 형성합니다.그리고 복수의 단일 셀의 조합은 다양한 전력 출력 요구 사항을 충족시키기 위해 연료 셀 스택을 형성 할 수 있습니다.MEA 구조의 설계 및 최적화, 재료 선택 및 제조 프로세스 최적화는 항상 PEMFC 연구의 중점이었습니다.막 전극 기술은 여러 세대의 혁신을 겪었습니다., 주로 세 가지 유형으로 나뉘어 있습니다: GDE 뜨거운 압축 방법, CCM 세 개의 하나의 막 전극, 주문 된 막 전극.
1GDE 열 압축 필름 전극
1세대 MEA 준비 기술은 "GDE" 구조로 알려진 MEA를 얻기 위해 PEM의 양쪽에 CL로 코팅된 감도 및 애노드 GDL를 압축하기 위해 뜨거운 압축 방법을 사용했다.
GDE형 MEA의 준비 과정은 GDL에 촉매가 균일하게 코팅되어 있기 때문에 비교적 간단합니다. 이 설계는 MEA에서 포로의 형성을 촉진하는 것뿐만 아니라하지만 PEM의 변형으로부터도 똑똑하게 보호합니다.그러나 이 과정은 무결하지 않습니다. GDL에 코팅 된 촉매의 양을 정확하게 제어 할 수 없다면 촉매 매료가 GDL에 침투 할 수 있습니다.일부 촉매가 효율성을 완전히 발휘하지 못하는 결과를 초래합니다., 그리고 사용률은 20%까지 낮을 수 있으며, MEA의 제조 비용을 크게 증가시킵니다.
GDL에 있는 촉매 코팅과 PEM의 팽창 시스템 사이의 불일치성 때문에 둘 사이의 인터페이스는 장기적인 작동 중에 탈라미네이션에 유연합니다.이것은 연료전지의 내부 접촉 저항을 증가시키는 것뿐만 아니라GDE 구조에 기반한 MEA의 준비 프로세스는 기본적으로 제거되었습니다.그리고 거의 사람들은 그것에 관심을 기울이지 않았습니다..
2CCM 3인1막 전극
롤에서 롤 직접 코팅, 스크린 프린팅, 스프레이 코팅과 같은 방법을 사용하여 촉매 Nafion으로 구성된 매립물을그리고 적절한 분산제는 MEA를 얻기 위해 양성자 교환막의 양쪽에 직접 코팅됩니다..
GDE 타입 MEA 준비 방법과 비교하면 CCM 타입은 더 나은 성능을 가지고 있으며, 벗기기가 쉽지 않으며 촉매층과 PEM 사이의 전송 저항을 감소시킵니다.양성자의 분산과 이동을 개선하는 데 도움이 됩니다.. 촉매층, 따라서 촉매층과 PEM를 촉진합니다. 그들 사이의 양성자의 접촉과 전송은 양성자 전송의 저항을 감소시킵니다.따라서 MEA의 성과를 크게 향상시킵니다.MEA에 대한 연구는 GDE 유형에서 CCM 유형으로 전환되었습니다. 또한 CCM 유형 MEA의 상대적으로 낮은 Pt 부하로 인해MEA의 전체 비용은 감소하고 활용률은 크게 향상됩니다.CCM형 MEA의 단점은 연료전지 작동 중 물의 홍수로 인한 경향이 있다는 것입니다. 주요 이유는 MEA 촉매층에 수소공유 물질이 없기 때문입니다.가스 통로가 더 적습니다., 그리고 가스와 물의 전송 저항은 상대적으로 높습니다. 따라서 가스와 물의 전송 저항을 줄이기 위해촉매층의 두께는 일반적으로 10μm를 초과하지 않습니다..
우수한 종합 성능으로 인해 CCM형 MEA는 자동차 연료전지 분야에서 상용화되었습니다. 예를 들어 토요타 미라이, 혼다 클라리티 등.중국 우한 공과대학에서 개발한 CCM형 MEA는 연료전지 포크리프트에 사용하기 위해 미국 플러그 파워에 수출되었습니다.다리안 신우안 파워가 개발한 CCM형 MEA는 플래티넘 기반의 귀금속 부하 용량 0.4mgPt/cm2까지 낮은 트럭에 적용되었습니다. 전력 밀도는 0.96W/cm2에 도달합니다.동시에, 칸샤인 선샤인, 우한 히말라야, 수저우 칭동, 상하이 제야동 대학,그리고 대양 화학물리학 연구소도 CCM형의 고성능 MEA를 개발하고 있습니다.코무, 고어 같은 외국 회사
3주문한 망막 전극
GDE형 MEA와 CCM형 MEA의 촉매층은 촉매와 전해질 용액과 섞어 촉매 매립물을 형성하고, 그 다음 코팅됩니다.효율은 매우 낮고 중요한 양극화 현상이 있습니다.또한 MEA의 플래티넘 부하는 상대적으로 높습니다. 고성능, 장수,그리고 저렴한 MEA는 관심의 중심이 되었습니다.주문된 MEA의 Pt 활용률은 매우 높으며, MEA의 비용을 효과적으로 줄이는 동시에 양성자, 전자, 가스, 물 및 기타 물질의 효율적인 운송을 달성합니다.따라서 PEMFC의 전반적인 성능을 향상시킵니다..
주문된 막 전극은 탄소 나노 튜브에 기반한 주문된 막 전극, 촉매 얇은 필름에 기반한 주문된 막 전극,그리고 프로톤 전도기 기반의 정렬막 전극.
탄소 나노 튜브 기반의 정렬막 전극
탄소 나노 튜브의 그래피트 격자 특성은 높은 잠재력에 저항하며 Pt 입자와의 상호 작용과 탄력성은 Pt 입자의 촉매 활동을 향상시킵니다.지난 10년 동안, 수직적으로 정렬 된 탄소 나노 튜브 (VACNT) 를 기반으로 한 얇은 필름이 개발되었습니다. 전극. 수직 배치 메커니즘은 가스 확산층, 배수 용량을 향상시킵니다.그리고 Pt 사용 효율성.
VACNT는 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 하나는 구부러지고 희박한 탄소 나노 튜브로 구성된 VACNT입니다. 또 다른 유형은 직렬하고 밀도가 높은 탄소 나노 튜브로 구성된 홀한 탄소 나노 튜브입니다.
촉매 얇은 필름에 기반 한 주문 된 망막 전극
촉매 얇은 필름의 순서는 주로 Pt 나노 순서 구조, 예를 들어 Pt 나노 튜브, Pt 나노 와이어 등을 의미합니다. 그 중 촉매 순서 막 전극의 대표는 NSTF입니다.,3M 회사의 상업용 제품입니다. 전통적인 Pt/C 촉매와 비교하면 NSTF는 네 가지 주요 특성을 가지고 있습니다. 촉매 운반체는 질서있는 유기 콧수염입니다.촉매는 Pt 기반의 합금 얇은 필름을 콧수염과 같은 유기체에 형성합니다.; 촉매층에는 탄소 운반자가 없습니다; NSTF 촉매층의 두께는 1um 이하입니다.
양성자 전도기 기반의 주문된 막 전극
양성자 전도기 명령막 전극의 주요 기능은 촉매층에서 효율적인 양성자 운송을 촉진하기 위해 나노 와이어 폴리머 물질을 도입하는 것입니다. 유 및 기타.TiO2 나노튜브 배열 (TNT) 의 TiO2/Ti 구조는 티타늄 엽지에 준비되었습니다., 그 후 수소 대기에 굽혀서 H-TNT를 얻습니다. Pt Pd 입자는 SnCl2 감수화 및 이동 방법을 사용하여 H-TNT의 표면에 준비되었습니다.고전력 밀도 연료전지.
The Institute of Nuclear Science and the Department of Automotive Engineering at Tsinghua University have synthesized a novel ordered catalyst layer for the first time based on the fast proton conduction function of Nafion nanowires그것은 다음과 같은 특성을 가지고 있습니다: 나피온 나노 롤은 양성자 교환막에 인시투에서 성장하고 인터페이스 접촉 저항은 0으로 감소합니다.나피온 나노로드 위에 Pt 입자 촉매층의 퇴적, 촉매 및 전자 전도 기능 모두; 나피온 나노 로드는 빠른 양성자 전도성을 가지고 있습니다.
주문 된 막 전극은 의심 할 여지없이 다음 세대의 막 전극 준비 기술의 주요 방향입니다.5가지 측면이 더 고려되어야 합니다.: 순서 매브란 전극은 불순물에 매우 민감합니다. 재료 최적화, 특성화 및 모델링을 통해 매브란 전극의 작업 범위를 확장하십시오.촉매층에 빠른 양성자 전도기 나노 구조를 도입저비용 대량생산 공정 개발; 막 전극, 양성자 교환 막, 전기 촉매 사이의 상호 작용과 시너지 효과를 심도 있게 연구그리고 가스 확산층.
막 전극 준비 기술 및 초음파 분사 방법의 장점:
(1) 초음파 노즐 전력 및 주파수와 같은 매개 변수를 최적화함으로써, 분자화 된 촉매 매개액은 작은 반향을 가질 수 있으며 과잉 분출에 덜 취약합니다.따라서 촉매의 활용률을 향상시킵니다.;
(2) 초음파 진동 막대는 촉매 입자를 크게 분산시키고, 초음파 분산 주입기는 촉매 매개에 2차 분산 효과를 가지고 있습니다.플래티넘 화학 오염의 가능성을 크게 줄이고 반응 활동 영역을 줄입니다.;
(3) 조작이 쉽고, 자동화도가 높으며, 막 전극의 대량 생산에 적합합니다.
막 전극은 연료전지의 핵심 부품으로 이질적인 물질의 운송과 전기 화학 반응을 통합하여 성능, 수명,그리고 양성자 교환막 연료 전지의 비용선반 전극과 양쪽의 양극판은 하나의 연료전지를 형성합니다.그리고 복수의 단일 셀의 조합은 다양한 전력 출력 요구 사항을 충족시키기 위해 연료 셀 스택을 형성 할 수 있습니다.MEA 구조의 설계 및 최적화, 재료 선택 및 제조 프로세스 최적화는 항상 PEMFC 연구의 중점이었습니다.막 전극 기술은 여러 세대의 혁신을 겪었습니다., 주로 세 가지 유형으로 나뉘어 있습니다: GDE 뜨거운 압축 방법, CCM 세 개의 하나의 막 전극, 주문 된 막 전극.
1GDE 열 압축 필름 전극
1세대 MEA 준비 기술은 "GDE" 구조로 알려진 MEA를 얻기 위해 PEM의 양쪽에 CL로 코팅된 감도 및 애노드 GDL를 압축하기 위해 뜨거운 압축 방법을 사용했다.
GDE형 MEA의 준비 과정은 GDL에 촉매가 균일하게 코팅되어 있기 때문에 비교적 간단합니다. 이 설계는 MEA에서 포로의 형성을 촉진하는 것뿐만 아니라하지만 PEM의 변형으로부터도 똑똑하게 보호합니다.그러나 이 과정은 무결하지 않습니다. GDL에 코팅 된 촉매의 양을 정확하게 제어 할 수 없다면 촉매 매료가 GDL에 침투 할 수 있습니다.일부 촉매가 효율성을 완전히 발휘하지 못하는 결과를 초래합니다., 그리고 사용률은 20%까지 낮을 수 있으며, MEA의 제조 비용을 크게 증가시킵니다.
GDL에 있는 촉매 코팅과 PEM의 팽창 시스템 사이의 불일치성 때문에 둘 사이의 인터페이스는 장기적인 작동 중에 탈라미네이션에 유연합니다.이것은 연료전지의 내부 접촉 저항을 증가시키는 것뿐만 아니라GDE 구조에 기반한 MEA의 준비 프로세스는 기본적으로 제거되었습니다.그리고 거의 사람들은 그것에 관심을 기울이지 않았습니다..
2CCM 3인1막 전극
롤에서 롤 직접 코팅, 스크린 프린팅, 스프레이 코팅과 같은 방법을 사용하여 촉매 Nafion으로 구성된 매립물을그리고 적절한 분산제는 MEA를 얻기 위해 양성자 교환막의 양쪽에 직접 코팅됩니다..
GDE 타입 MEA 준비 방법과 비교하면 CCM 타입은 더 나은 성능을 가지고 있으며, 벗기기가 쉽지 않으며 촉매층과 PEM 사이의 전송 저항을 감소시킵니다.양성자의 분산과 이동을 개선하는 데 도움이 됩니다.. 촉매층, 따라서 촉매층과 PEM를 촉진합니다. 그들 사이의 양성자의 접촉과 전송은 양성자 전송의 저항을 감소시킵니다.따라서 MEA의 성과를 크게 향상시킵니다.MEA에 대한 연구는 GDE 유형에서 CCM 유형으로 전환되었습니다. 또한 CCM 유형 MEA의 상대적으로 낮은 Pt 부하로 인해MEA의 전체 비용은 감소하고 활용률은 크게 향상됩니다.CCM형 MEA의 단점은 연료전지 작동 중 물의 홍수로 인한 경향이 있다는 것입니다. 주요 이유는 MEA 촉매층에 수소공유 물질이 없기 때문입니다.가스 통로가 더 적습니다., 그리고 가스와 물의 전송 저항은 상대적으로 높습니다. 따라서 가스와 물의 전송 저항을 줄이기 위해촉매층의 두께는 일반적으로 10μm를 초과하지 않습니다..
우수한 종합 성능으로 인해 CCM형 MEA는 자동차 연료전지 분야에서 상용화되었습니다. 예를 들어 토요타 미라이, 혼다 클라리티 등.중국 우한 공과대학에서 개발한 CCM형 MEA는 연료전지 포크리프트에 사용하기 위해 미국 플러그 파워에 수출되었습니다.다리안 신우안 파워가 개발한 CCM형 MEA는 플래티넘 기반의 귀금속 부하 용량 0.4mgPt/cm2까지 낮은 트럭에 적용되었습니다. 전력 밀도는 0.96W/cm2에 도달합니다.동시에, 칸샤인 선샤인, 우한 히말라야, 수저우 칭동, 상하이 제야동 대학,그리고 대양 화학물리학 연구소도 CCM형의 고성능 MEA를 개발하고 있습니다.코무, 고어 같은 외국 회사
3주문한 망막 전극
GDE형 MEA와 CCM형 MEA의 촉매층은 촉매와 전해질 용액과 섞어 촉매 매립물을 형성하고, 그 다음 코팅됩니다.효율은 매우 낮고 중요한 양극화 현상이 있습니다.또한 MEA의 플래티넘 부하는 상대적으로 높습니다. 고성능, 장수,그리고 저렴한 MEA는 관심의 중심이 되었습니다.주문된 MEA의 Pt 활용률은 매우 높으며, MEA의 비용을 효과적으로 줄이는 동시에 양성자, 전자, 가스, 물 및 기타 물질의 효율적인 운송을 달성합니다.따라서 PEMFC의 전반적인 성능을 향상시킵니다..
주문된 막 전극은 탄소 나노 튜브에 기반한 주문된 막 전극, 촉매 얇은 필름에 기반한 주문된 막 전극,그리고 프로톤 전도기 기반의 정렬막 전극.
탄소 나노 튜브 기반의 정렬막 전극
탄소 나노 튜브의 그래피트 격자 특성은 높은 잠재력에 저항하며 Pt 입자와의 상호 작용과 탄력성은 Pt 입자의 촉매 활동을 향상시킵니다.지난 10년 동안, 수직적으로 정렬 된 탄소 나노 튜브 (VACNT) 를 기반으로 한 얇은 필름이 개발되었습니다. 전극. 수직 배치 메커니즘은 가스 확산층, 배수 용량을 향상시킵니다.그리고 Pt 사용 효율성.
VACNT는 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 하나는 구부러지고 희박한 탄소 나노 튜브로 구성된 VACNT입니다. 또 다른 유형은 직렬하고 밀도가 높은 탄소 나노 튜브로 구성된 홀한 탄소 나노 튜브입니다.
촉매 얇은 필름에 기반 한 주문 된 망막 전극
촉매 얇은 필름의 순서는 주로 Pt 나노 순서 구조, 예를 들어 Pt 나노 튜브, Pt 나노 와이어 등을 의미합니다. 그 중 촉매 순서 막 전극의 대표는 NSTF입니다.,3M 회사의 상업용 제품입니다. 전통적인 Pt/C 촉매와 비교하면 NSTF는 네 가지 주요 특성을 가지고 있습니다. 촉매 운반체는 질서있는 유기 콧수염입니다.촉매는 Pt 기반의 합금 얇은 필름을 콧수염과 같은 유기체에 형성합니다.; 촉매층에는 탄소 운반자가 없습니다; NSTF 촉매층의 두께는 1um 이하입니다.
양성자 전도기 기반의 주문된 막 전극
양성자 전도기 명령막 전극의 주요 기능은 촉매층에서 효율적인 양성자 운송을 촉진하기 위해 나노 와이어 폴리머 물질을 도입하는 것입니다. 유 및 기타.TiO2 나노튜브 배열 (TNT) 의 TiO2/Ti 구조는 티타늄 엽지에 준비되었습니다., 그 후 수소 대기에 굽혀서 H-TNT를 얻습니다. Pt Pd 입자는 SnCl2 감수화 및 이동 방법을 사용하여 H-TNT의 표면에 준비되었습니다.고전력 밀도 연료전지.
The Institute of Nuclear Science and the Department of Automotive Engineering at Tsinghua University have synthesized a novel ordered catalyst layer for the first time based on the fast proton conduction function of Nafion nanowires그것은 다음과 같은 특성을 가지고 있습니다: 나피온 나노 롤은 양성자 교환막에 인시투에서 성장하고 인터페이스 접촉 저항은 0으로 감소합니다.나피온 나노로드 위에 Pt 입자 촉매층의 퇴적, 촉매 및 전자 전도 기능 모두; 나피온 나노 로드는 빠른 양성자 전도성을 가지고 있습니다.
주문 된 막 전극은 의심 할 여지없이 다음 세대의 막 전극 준비 기술의 주요 방향입니다.5가지 측면이 더 고려되어야 합니다.: 순서 매브란 전극은 불순물에 매우 민감합니다. 재료 최적화, 특성화 및 모델링을 통해 매브란 전극의 작업 범위를 확장하십시오.촉매층에 빠른 양성자 전도기 나노 구조를 도입저비용 대량생산 공정 개발; 막 전극, 양성자 교환 막, 전기 촉매 사이의 상호 작용과 시너지 효과를 심도 있게 연구그리고 가스 확산층.
막 전극 준비 기술 및 초음파 분사 방법의 장점:
(1) 초음파 노즐 전력 및 주파수와 같은 매개 변수를 최적화함으로써, 분자화 된 촉매 매개액은 작은 반향을 가질 수 있으며 과잉 분출에 덜 취약합니다.따라서 촉매의 활용률을 향상시킵니다.;
(2) 초음파 진동 막대는 촉매 입자를 크게 분산시키고, 초음파 분산 주입기는 촉매 매개에 2차 분산 효과를 가지고 있습니다.플래티넘 화학 오염의 가능성을 크게 줄이고 반응 활동 영역을 줄입니다.;
(3) 조작이 쉽고, 자동화도가 높으며, 막 전극의 대량 생산에 적합합니다.
