转印法制备质子交换膜燃料电池膜电极组件

转印法是一种间接将催化层涂布在质子交换膜上的膜电极组件制备方法,其制备工艺简单,周期短,且制备过程中质子交换膜不与任何溶剂接触,有效避免了膜的溶胀问题。采用刮刀涂布技术,将催化剂浆料均匀地涂布于转印膜上,调节刮刀间隙与刮刀运行速度可有效地控制金属催化剂的载量。扫描电子显微镜法(SEM)测试表明转印后的催化层表面形貌完整、孔隙分布均匀,膜电极各组件之间结合紧密且厚度一致。将该工艺制备的膜电极组装成单电池,测试结果表明:在阴、阳极Pt载量分别为0.463、0.264 mg/cm2条件下,以空气作为阴极反应气体的单电池在常压下的最大功率密度可达0.75 W/cm2。

催化剂浆料分散对转印法制备PEMFC性能的影响

转印法是有效制备膜电极的方法之一,具有界面电阻小、可大规模生产等优点。采用乙二醇作为催化剂浆料的增稠剂、去离子水和异丙醇作为分散溶剂,实现膜电极的低温完全转印。利用超声波清洗机、磁力搅拌器和均质机,以不同的处理方式对浆料进行分散,考察了浆料的分散方式及分散程度对质子交换膜燃料电池性能的影响。通过场发射电子显微镜(FE-SEM)对催化层的表面形貌进行表征。结果表明:用均质机处理过的催化层颗粒分布更加均匀,利用极化曲线、循环伏安法(CV)和交流阻抗谱(EIS)表征不同浆料制备膜电极的电化学性能。极化曲线、CV曲线和EIS谱均表明用均质机处理4 h的浆料对应的单电池性能最佳、欧姆电阻及电荷迁移电阻最低且Pt的利用率最大。

质子交换膜燃料电池膜电极组催化层结构

膜电极组件(MEA)是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的核心元件,而催化层是MEA的核心部分。催化层既是电化学反应的场所,同时也为质子、电子、反应气体和水提供运输通道,其结构对PEMFC的成本及性能有很大的影响。本文综述了近年来国内外催化层结构方面的研究进展,介绍了催化层中聚合物电解质(Nafion)含量、溶剂的性质和其他添加剂对MEA结构和性能的影响,MEA热压参数的研究进展以及目前常见的催化层涂布方法。