การพัฒนาอิเล็กโทรดเยื่อหุ้มเซลล์เชื้อเพลิงในปัจจุบัน

เมมเบรนอิเล็กโทรด (MEA) เป็นองค์ประกอบหลักของเซลล์เชื้อเพลิง ซึ่งประกอบด้วยชั้นแพร่ก๊าซ ชั้นตัวเร่งปฏิกิริยา และเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน ไม่เพียงแต่เป็นสถานที่ส่งผ่านวัสดุหลายเฟสเท่านั้น แต่ยังเป็นสถานที่เกิดปฏิกิริยาทางเคมีของเซลล์เชื้อเพลิงอีกด้วย มีผลกระทบโดยตรงต่อประสิทธิภาพทางเคมีโดยรวมของแบตเตอรี่ และค่าใช้จ่ายคิดเป็น 70% ของต้นทุนเครื่องปฏิกรณ์ดังนั้นเมมเบรนอิเล็กโทรดจึงเรียกอีกอย่างว่า "หัวใจ" ของ "ชิป" ของเซลล์เชื้อเพลิง

โดยทั่วไปแล้ว อิเล็กโทรดเมมเบรนในอุดมคติจำเป็นต้องมีความหนาแน่นของพลังงานสูง โหลดแพลทินัมต่ำ ความทนทานและอายุการใช้งานที่ยาวนาน และคุณลักษณะด้านประสิทธิภาพอื่นๆ กระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกากำหนดให้ความทนทานของอิเล็กโทรดเมมเบรนในรถยนต์ควรอยู่ที่ 5,000 ชั่วโมงภายในปี 2020ความหนาแน่นของพลังงาน ⥠1W/cm2 กำลังไฟพิกัด

ในแง่ขององค์ประกอบแต่ละส่วนของอิเล็กโทรดเมมเบรน เมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน (PEM) ส่วนใหญ่เป็นเมมเบรนกรดเปอร์ฟลูออโรซัลโฟนิก ในขณะที่เมมเบรนคอมโพสิตอื่นๆ เมมเบรนที่มีการคัดเลือกสูง เมมเบรนดัดแปลงกราฟีน เมมเบรนอุณหภูมิสูง และเมมเบรนอัลคาไลน์ยังอยู่ในขั้นตอนการวิจัย ซึ่งได้แก่ ฮอตสปอตการวิจัยและทิศทางชายแดนในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา

ตัวเร่งปฏิกิริยาส่วนใหญ่ใช้ทองคำขาว ในปัจจุบัน ชั้นตัวเร่งปฏิกิริยาหลักคือตัวเร่งปฏิกิริยาแพลทินัม-คาร์บอน ซึ่งเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสนับสนุนที่สนับสนุนโดยแพลทินัมบนถ่านกัมมันต์อย่างไรก็ตาม เนื่องจากแพลทินัมเป็นโลหะมีค่าที่มีทรัพยากรหายากและต้นทุนสูง การพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีแพลทินัมต่ำและตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะไม่มีค่าที่ปราศจากแพลทินัมจึงถือเป็นทิศทางสำคัญสำหรับองค์กรอิเล็กโทรดเมมเบรนในอนาคต

ชั้นการแพร่กระจายของก๊าซถูกประกบอยู่ระหว่างชั้นตัวเร่งปฏิกิริยาและเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน ซึ่งมีบทบาทในการนำไฟฟ้า การกระจายความร้อน และการระบายน้ำ ประกอบด้วยชั้น micropore และชั้นรองรับ ชั้น micropore ประกอบด้วยคาร์บอนแบล็คและสารที่ไม่ชอบน้ำ และวัสดุชั้นรองรับส่วนใหญ่เป็นกระดาษคาร์บอน

มีสี่ขั้นตอนหลักในการเตรียมเมมเบรนอิเล็กโทรด ได้แก่ วิธีกดร้อน วิธีไล่ระดับสี CCM และการสั่งซื้อในหมู่พวกเขา CCM ใช้การเคลือบโดยตรงแบบม้วนต่อขดลวด การพิมพ์สกรีน การฉีดพ่น และวิธีการอื่น ๆ เพื่อเคลือบตัวเร่งปฏิกิริยาที่ทั้งสองด้านของเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอนก่อนเพื่อสร้าง CCM จากนั้นจึงกดชั้นการแพร่กระจายของก๊าซทั้งสองด้านของ CCM เพื่อ สร้างฟิล์มอิเล็กโทรดซึ่งเป็นวิธีการเตรียมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายและแพร่หลายในเชิงพาณิชย์ในตลาดปัจจุบัน