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什么是膜电极?为什么它是燃料电池(氢能源)汽车的核心部件?
什么是膜电极?为什么它是燃料电池(氢能源)汽车的核心部件?
  • 发布时间:2020-01-16 16:25

什么是膜电极?为什么它是燃料电池(氢能源)汽车的核心部件?

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从下面的燃料电池制备工艺流程图中可以看出膜电极是PEMFC的电化学反应场所,是燃料电池的核心部件。
 
 
注:PEMFC质子交换膜燃料电池(ProtonExchangeMembraneFuelCell,PEMFC)
 
从公开的新闻报道及文献资料知道目前我国A股(上市公司)1.中美锦能源(000723)(参股燃料电池核心部件膜电极明星公司广州鸿基、控股燃料电池车制造企业佛山飞驰)、2.雪人股份(002639)(空压机主要供应商、参股HYGS)、3.雄韬股份(002733)(布局膜电极、电堆、系统企业)、4.大洋电机(002249)(布局燃料电池系统、运营,参股BLDP),4.潍柴动力(000338)(入股BLDP、山东市场的垄断地位)和东岳集团(质子交换膜);
 
从知识产权中查询到,目前长兴欧森科技有限公司-一种燃料电池膜电极工业量产生产系统及其生产方法-201910012644.5的发明专利申请,内容为一种燃料电池膜电极工业量产生产系统及其生产方法,属于燃料电池技术领域。包括自动放卷机构、阴极涂覆机构、阴极干燥机构、阴极检测机构、自动收卷机构、阴极制浆机构;阳极自动放卷机构、支撑膜收卷机构、阳极涂覆机构、阳极干燥机构、隔离膜放卷机构、阳极检测机构、自动收卷机构、阳极制浆机构;扩散层放卷机构、扩散层预处理机构、裁切机构,还包括单独设置的热压合机构、封边机构及成品检测机构。上述一种燃料电池膜电极工业量产生产系统及其生产方法,通过工业量产生产及对生产过程的品质管控,提高产品的一致性和生产效率,降低劳动力,降低生产成本,实现膜电极的商品化、规模化生产。长兴欧森科技有限公司一家注册资金为100万的成立于2016年小微企业。而上市公司中并未查询到最新的膜电极知识产权专利申请,不排除上市公司“埋头苦干”,无暇顾及专利申请的可能。
 
下面详细介绍下膜电极(MEA):
 
 
PEMFC的核心组件就是膜电极(MembraneElectrodeAssembly,MEA),它一般由质子交换膜、催化层与扩散层3个部分组成所谓的“三合一结构”。PEMFC的性能由MEA决定,而MEA的性能质子交换膜性能,扩散层结构以及催化层材料与性能,还有MEA本身的制备工艺所决定。
 
膜电极是具有三合一结构的组件,它由扩散层,催化层和质子交换膜组成。扩散层为反应气体提供传质通道,还起到集流体的作用,通常采用石墨化碳纸或碳布。
 
膜电极MEA一般的制备过程是:在Pt/C催化剂中加入一定量溶剂、粘结剂(如PTFE)f[INation溶液,经超声波混合制成电催化剂浆料,采用喷涂或压延技术在碳纸上均匀涂上催化剂制成多孔电极。然后将电极在质子交换树脂溶液中浸渍片刻,经真空干燥,再在一定的条件下热压于电解质膜上形成MEA。其中公开的一种膜电极制备方法如下:供参考
 
1.称取一定量的Pt/C催化剂,置于洁净的小烧杯中。
 
2.加入一定量的蒸馏水和异丙醇,在超声波清洗器中,超声振荡一定时间。
 
3.之后滴加一定量5%质量浓度的Nafion溶液,继续超声一定时间。
 
4.将超声后的悬浮液置于烘箱中,在一定温度下干燥一定时间至悬浮液呈膏状。
 
5.将膏状物均匀涂覆于碳纸表面,之后在涂覆好的催化剂表面涂刷一定量的Nafion溶液,置于烘箱中干燥30min。
 
6.将两片涂有催化剂的碳纸与质子交换膜置于热压机模具中,在一定温度和压力下热压成型。
 
7.将成型的膜电极置于湿润环境中备用。
 
关于燃料电池(氢能源燃料电池)在技术上,国内外取得了巨大突破,但是质子交换膜燃料电池要实现的实现商业化必须降低电池材料及部件的成本。还必须在高性能Pt/C催化剂的制备、膜电极的制备上进行深入研究,2019年美锦能源等上市公司宣布膜电极生产线已具备量产条件,国内也有企业申请相关发明专利,希望我国在燃料电池方面不断前进,努力超越。
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