التطوير الحالي لأقطاب غشاء خلية الوقود

القطب الكهربائي الغشائي (MEA) هو المكون الأساسي لخلية الوقود ، والتي تتكون من طبقة انتشار الغاز وطبقة المحفز وغشاء تبادل البروتون. إنه ليس فقط مكان انتقال المواد متعدد الأطوار ، ولكن أيضًا مكان التفاعل الكيميائي لخلية الوقود. لها تأثير مباشر على الأداء الكيميائي العام للبطارية ، وتكلفتها تمثل 70٪ من تكلفة المفاعل.لذلك يُعرف القطب الغشائي أيضًا باسم "قلب" خلية الوقود "الرقاقة".

بشكل عام ، تحتاج الأقطاب الكهربائية الغشائية المثالية إلى كثافة طاقة عالية وحمل بلاتيني منخفض ومتانة طويلة وعمر خدمة وخصائص أداء أخرى. تتطلب وزارة الطاقة الأمريكية أن تكون متانة الأقطاب الكهربائية لغشاء السيارة 5000 ساعة بحلول عام 2020.كثافة الطاقة â â 1W / cm2 القدرة المقدرة.

فيما يتعلق بكل مكون من مكونات القطب الغشائي ، فإن غشاء تبادل البروتون (PEM) هو أساسًا غشاء حمض البيرفلوروسلفونيك ، في حين أن الأغشية المركبة الأخرى ، والأغشية الانتقائية للغاية ، والأغشية المعدلة من الجرافين ، والأغشية ذات درجة الحرارة العالية والأغشية القلوية لا تزال في مرحلة البحث ، وهي نقطة البحث الساخنة والاتجاه الحدودي في السنوات الأخيرة.

المحفز أساسه البلاتين. في الوقت الحاضر ، الطبقة الحفازة الرئيسية عبارة عن محفز بلاتيني كربون ، وهو محفز داعم مدعوم بالبلاتين على الكربون المنشط.ومع ذلك ، نظرًا لأن البلاتين معدن ثمين ذو موارد نادرة وتكلفة عالية ، فإن تطوير محفز منخفض البلاتين ومحفز معدني غير ثمين خالٍ من البلاتين يعتبر الاتجاه الرئيسي لمؤسسات الأقطاب الكهربائية الغشائية في المستقبل.

طبقة انتشار الغاز محصورة بين طبقة المحفز وغشاء تبادل البروتون ، والذي يلعب دور التوصيل وتبديد الحرارة والصرف. وتتكون من طبقة micropore وطبقة الدعم. تتكون طبقة المسام الدقيقة من أسود الكربون وعامل مسعور ، ومادة الطبقة الداعمة هي بشكل أساسي ورق الكربون.

هناك أربع عمليات تحضير رئيسية لقطب الغشاء ، وهي طريقة الضغط الساخن ، وطريقة التدرج ، و CCM ، والترتيب.من بينها ، تتبنى CCM ملفًا للطلاء المباشر ، وطباعة الشاشة ، والرش وطرق أخرى لتغليف المحفز أولاً على جانبي غشاء تبادل البروتون لتشكيل CCM ، ثم الضغط الساخن على طبقة انتشار الغاز على جانبي CCM إلى تشكيل القطب الكهربائي للفيلم ، وهو طريقة التحضير الأكثر استخدامًا والأكثر نضجًا تجاريًا في السوق في الوقت الحالي