Gemeenschappelijke voorbereidingsprocessen voor membraanelektrode katalysatorlagen: thermische overdracht, directe coating

Membraanelektrode (MEA)is de kerncomponent van waterstofbrandstofcellen enPEM waterstofproductie elektrolyzers, en is een belangrijk onderdeel van elektrochemische reacties. De structurele componenten zijn voornamelijk omvattenprotonuitwisselingsmembraan, katalysatorlaag, gasdiffusielaag, framemembraan, enz.

Gemeenschappelijke voorbereidingsprocessen voor membraanelektrode katalysatorlaag: thermische overdracht, directe coating

De huidige gemeenschappelijkemembraanelektrodeProductieproces omvat voornamelijk katalysatorpreparaat, coating protonmembraan om CCM, hete dringende gasdiffusielaag en lamineerframe membraan te vormen.

Onder hen zijn er veel coatingprocessen voor membraanelektrode katalysatorlaag, de meest voorkomende zijn thermische overdracht, directe coating, enz.

1. Thermische overdracht

Het thermische overdrachtsproces omvat het vooraf coaten of afdrukken van de katalysatorink of poeder op een overdraagbaar substraat (meestal een film die stabiel is bij hoge temperatuur), en vervolgens de katalysator overbrengt van het overdrachtsmembraan naar het protonuitwisselingsmembraan of gasdiffusielaag via een heet drukproces.

Bereidingsstappen:

1. Bereiding van katalysatorink: meng eerst het katalysatorpoeder met een geschikt oplosmiddel en lijm om een ​​katalysatorink te bereiden. Deze stap is vergelijkbaar met het bereiden van katalysatoroplossing in andere coatiemethoden.

2. Katalysatorcoating: de katalysatorink afdrukken of afdrukken op een overdrachtsmembraan met een goede thermische stabiliteit. Dit overdrachtsmembraan moet intact blijven tijdens het daaropvolgende hete persenproces en de katalysator bij een geschikte temperatuur kunnen vrijgeven.

3. Hot persende overdracht: het overdrachtsmembraan dat de katalysator bevat, is gestapeld met het protonuitwisselingsmembraan of gasdiffusielaag en verwarmd en geperst in een hete pers. In dit proces wordt de katalysator overgebracht van het overdrachtsmembraan naar het doelsubstraat.

4. Verwijdering van het overdrachtsmembraan: Nadat de katalysatoroverdracht is voltooid en gekoeld, wordt het overdrachtsmembraan verwijderd, waardoor de katalysatorlaag strak is bevestigd aan dePEMofGDL.

Voordelen en nadelen van thermische overdracht:

1. De vorm en grootte van de katalysator kunnen nauwkeurig worden geregeld: door digitaal ontwerp kunnen katalysatoren van verschillende vormen en maten fijn worden aangepast en volledig worden overgebracht naar het elektrodeoppervlak, dat bevorderlijk is voor het verbeteren van de efficiëntie en selectiviteit van de elektrochemische reactie;

2. Het bereidingsproces is nauwkeuriger: door de katalysator over te dragen naar het elektrodeoppervlak, kan een extreem dunne en zeer consistente katalysatorlaag worden gevormd in een kleiner gebied. Het reactieoppervlak en de morfologie op microscopische schaal zijn meer gecontroleerd;

3. Stapelen met meerdere lagen katalysator kan worden bereikt: meerdere katalysatoren kunnen opeenvolgend worden overgebracht naar het elektrodeoppervlak om de efficiëntie van composietkatalyse te verbeteren; Het kan ook externe interferentie verminderen, zoals de invloed van factoren zoals temperatuur, en kan ook gemakkelijk selectief worden verwijderd om milieuvervuiling en andere problemen te voorkomen.

De thermische overdrachtsmethode heeft echter het probleem om de efficiëntie van de massaproductie verder te verbeteren.

2. Directe coating

Het directe coatingproces, zoals de naam al doet vermoeden, is om de katalysatorlurry op deprotonuitwisselingsmembraan. Momenteel gebruiken membraanelektrodefabrikanten met een hoge productiecapaciteit allemaal dubbelzijdig roll-to-roll direct coatingproces. Sommige fabrikanten zullen één kant van thermische overdracht en één kant van directe coating gebruiken om het probleem van de zwelling van directe coating te voorkomen en de efficiëntie tegelijkertijd te verbeteren.

Gemeenschappelijke voorbereidingsprocessen voor membraanelektrode katalysatorlaag: thermische overdracht, directe coating

Kathode CCM Coating Proces

Anode CCM Coating Proces

Roll-to-Roll CCM-coatingproces

Productiestappen:

1. Voorbereiding van katalysatorlurry:

Bereid eerst een slurry voor met een katalysator (zoals platina), een ionenuitwisselingshars, een oplosmiddel en andere additieven. Deze slurry moet goede reologische eigenschappen hebben voor eenvoudige coating.

2. Selectie van protonuitwisselingsmembraan:

Selecteer een geschikt protonuitwisselingsmembraan dat nodig is om een ​​goede chemische stabiliteit en geleidbaarheid te bieden onder de bedrijfsomstandigheden van brandstofcellen.

3. Coatingproces:

De katalysatorlurry is direct gecoat op het membraan met behulp van directe coatingtechnologie. De coatingmethode kan borstelen, spuiten, mescoating of andere geschikte coatingtechnieken zijn.

Na coating wordt de membraanelektrode gedroogd en met warmte behandeld onder specifieke omstandigheden om het oplosmiddel te verwijderen en een goede binding tussen de katalysatorlaag en het membraan te garanderen.

4. Drogen en warmtebehandeling:

Tijdens het droogproces verdampt het oplosmiddel, waardoor de vaste katalysator en ionenuitwisselingshars achterblijven. Warmtebehandeling verbetert verder de structuur van de katalysatorlaag en versterkt de binding ervan met het membraan.

5. Laminatieproces:

De behandelde membraanelektrode wordt gelamineerd met de gasdiffusielaag (GDL) om een ​​complete membraanelektrode -assemblage (MEA) te vormen.