氢燃料电池MEA膜电极生产工艺的详细说明
2021-12-13
MEA膜电极是氢燃料电池或系统的八大核心组件之一，而MEA膜电极的国产化生产对于降低整个燃料电池的成本至关重要。当然，目前中国已有一些代表性企业正在建设自己的半自动或全自动生产线。本文将结合外部材料的生产工艺，为大家进行分析与介绍，以便大家更好地理解。
1. MEA膜电极加工技术概述。
本文以热电公司的方法为例进行介绍。
催化剂组成 - 催化剂DOPO负载型聚合物膜 - 热电PEM去除 - 催化剂聚合物膜 - 密封边界处理 - MEA制备
2. MEA膜电极子工艺流程描述
1. 催化剂浆料的制备
1) 材料准备
正极材料：约15%重量的Pt-C催化剂，约40%重量的去离子水，40%重量的甲醇基有机溶剂，以及约5%重量的聚电解质溶液作为粘结剂。
负性材料：以重量计，约含20%的Pt-C催化剂、35%的去离子水、35%的甲醇基有机溶剂，以及约10%的聚离子溶液作为粘结剂。
2）浆料分散设备
描述：分布式设备可采用全混式搅拌器、球磨机、超声波分散仪等。
3）分散并搅拌，使浆料混合均匀。（阴阳极成分的差异需分别处理）
4）制备过程参数控制：
A. 阴极铂负载量：0.4毫克/平方厘米
B. 阳极铂负载量：0.1 mm/cm
C. 分散与混合时间：1小时或以上
E. 建议搅拌温度：2摄氏度
F. 推荐搅拌速度：600～4000转/分钟
5）影响质量的因素
请搅拌并均匀分布时间、温度和环境。
6）质量特性
孔隙率、粘度、铂分布的均匀性
催化浆料涂覆与干燥
阳极和阴极催化剂浆料分别涂覆在载体（离型膜）上，并经过固化处理。
1）MEA膜电极材料制备：
制备的催化浆料，聚合物薄膜
2）设备：浆料喷枪或其他替代设备（如滚筒丝网印刷、喷墨打印、刮刀涂布等）、加热输送带，以及红外/直流在线监测设备。
3) 工艺参数与要求
A. 阳极膜厚度：3~15微米；阴极膜厚度：10~30微米
B. 供料速度：0.1至1米/分钟
C. 干燥时间：约4分钟
D. 干燥温度：加热气流约为30~70摄氏度，加热滚筒设定为约120~160摄氏度。
4）影响质量的因素
A. 催化剂浆液粘度
B. 所使用的工具或设备
C. 干燥设备温度
5) 质量特性
A. 涂层的均匀性和一致性
B. 涂层厚度
C. 涂层干燥
D. 颗粒大小
3. 具有催化层并经PEM固化的热电公司
使用PEM热转印法固化催化剂层
1) 材料准备：
阴极和阳极催化剂，以及附着于处理后聚合物（膜）表面的质子交换膜卷材。
2）设备：输送带、热压辊、用于清除废聚合物薄膜的滚轮（用户自定义装置）。
3) 工艺参数与要求
A. 线性张力：150-250 牛顿/厘米。
B. 热辊温度：100-170
4）影响质量的因素
A. 用作催化层的聚合物薄膜的质量（释放效果，以及催化层是否能正常剥离）。
B. 进料速度与辊压及温度的结合（决定催化层和质子交换膜的后续效果）。
C. 压力期。
5) MEA膜电极质量特性
A. 聚合物薄膜不会残留。
B. 聚合物薄膜层不会损坏催化剂层。
良好的催化层已附着于C.PEM上。
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