| 查看: 1266 | 回复: 0 | |||
[交流]
膜电极制备为什么要精密热压？这篇文章告诉你！
|
|
膜电极（MEA）作为燃料电池的关键部件，其性能好坏直接影响到燃料电池的发电效率。当前，第三代有序化膜电极正在快速发展，开发高性能膜电极技术备受关注。膜电极由质子交换膜（PEM）与两侧催化剂层（CL）、气体扩散层（GDL）组成，在制备膜电极过程中，有一个重要工艺步骤——热压。 什么是“热压”，膜电极制备为什么要进行“热压”，在这里一起来了解下。 热压处理的必要性主要体现在5个方面： 1，改善催化层与质子交换膜的界面接触特性 通过热压工艺可减少CL、PEM和GDL之间的空隙，使其形成紧密的物理接触。 例如，通常施加5~15 MPa的压强，可以迫使催化剂嵌入PEM表面，降低界面阻抗20~40%左右，从而提升质子传导效率，减小电压损失，提升膜电极的电流密度，有助于高性能燃料电池技术开发应用。同时，通过120~160℃的热压，可使PEM部分软化，与CL形成一定的网络结构，使得催化剂的抗剥离强度提高3~5倍，避免了运行中因湿度变化导致的层间分离。 2，调控孔隙结构，提高传质效率 热压工艺可压缩CL的孔隙率，缩小孔径分布，使得气体、质子的传输路径更短更均匀。通过调整热压时间（通常30-180秒），可形成梯度孔隙结构：CL表层保留较大孔（利于气体扩散），底层形成致密微孔（促进质子传导），可避免水淹或膜干涸的问题。 3，激活质子交换膜性能PEM 在热压过程中，其磺酸基团在高温下可重新排列，形成连续质子通道，从而大幅提高电导率。 4，消除微观缺陷 通过热压引起CL塑性变形，可迫使CL中存在的纳米级气泡或裂纹得到填充，消除缺陷。因此，催化剂的利用率也可以得到20%~30%的提升。 5、工艺参数协同控制 在热压处理过程中，催化层不可避免会受到影响，如何更好地优化热压工艺？目前，学术界做了很多探索，围绕“热压温度T、热压压力P、热压时间t”等关键参数展开研究。膜电极热压的关键在于精准控制温度、压力、时间三要素。 热压温度过低，压力过低，时间过短，催化层中Nafion树脂溶液和膜的温度未达到其玻璃化转化温度，将导致催化层和膜的接触不良，接触电阻增大，接触电阻增大，将导致膜与催化层的脱落，传质不畅，性能降低。 相反，温度、压力、时间参数过高，膜的分子结构将破坏，膜穿透或被压薄，膜的传质能力降低或失去，电池性能同样降低。由于PEM（如Nafion 117）玻璃化转变温度只有160℃左右，而温度过高会引起膜过度变形。而压强过高会导致GDL碳纤维断裂（压强阈值约20 MPa）。 在理想状态下，通过合理的结构设计和压力控制，压力会均匀分布在膜电极表面，各个部位受压一致，测试效果会非常好。 自组装的膜电极很难做到受力均匀，不均匀的压力会使膜电极内部孔隙率分布不均匀，进而影响燃料电池性能。 因此，我们必须借助专用设备进行膜电极精密热压处理，以保证获得良好的膜电极样品，助力实验论文成功。 在压力控制上，DC TP-100膜电极精密压机采用四柱平板热压设计，保证压力均匀一致，最大可施加10t液压压力。这是一个什么概念呢？我们以5×5cm² 膜电极热压处理为例。 10 t=10,000 kg 依牛顿第二定律 F=ma 10,000 kg × 9.8 m/s² =98,000 N 5×5 cm²=25 cm²=0.0025 m² 98,000 N ÷ 0.0025 m² = 39,200,000 N/m² 依国际单位压强公式 1Pa=1 N/m²，1MPa=1,000,000 Pa 39,200,000 N/m² = 39.2 MPa 即：最大可对膜电极施加39.2MPa压强 可以看到，DC TP-100膜电极精密压机完全足够满足压力控制需求。当然，日常膜电极的热压处理一般5MPa就可以了，即施加1.275t的液压压力。 在温度控制上，业界一般认为热压温度100-130℃比较合适，超过160℃会造成破坏。DC TP-100膜电极精密压机具备上下两层调温，温控范围 50-350℃，完全足够满足热压处理温度控制需求。 在时间控制上，热压时间不能过长，一般几十秒到几分钟就可以了。DC TP-100膜电极精密压机拥有100分钟的自动计时功能，完全足够满足时间控制需求。 |
回复此楼» 猜你喜欢
国自科面上基金字体
已经有5人回复
-
311求调剂
已经有3人回复
-
0703化学调剂 ，六级已过，有科研经历
已经有3人回复
-
材料与化工一志愿南昌大学327求调剂推荐
已经有5人回复
-
290求调剂
已经有8人回复
-
274求调剂
已经有4人回复
-
327求调剂
已经有8人回复
-
26考研一志愿中国石油大学(华东)305分求调剂
已经有3人回复
-
伙伴们，祝我生日快乐吧
已经有23人回复
-
NSFC申报书里申请人简历中代表性论著还需要在申报书最后的附件里面再上传一遍吗
已经有13人回复
» 本主题相关商家推荐: (我也要在这里推广)
