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0512-58588966一是近来AEM电解水制氢技术很热;二是刚好最近有一些高校学生找我在探讨AEM电解水膜电极MEA的制作。所以今天就根据所学习的文件做一些简单的整理,知识偏理论层面,实际操作需要大家尝试和领悟,仅供大家参考,也实在没法教大家太多!
为了形成MEA膜电极组件,催化剂可直接沉积在离子膜上,称为催化剂涂层膜 (CCM) 技术,或沉积在基底上,称为催化剂涂层基底 (CCS) 技术。对于 AEMWE 而言,基底层通常可以选择 GDL(气体扩散层)或 PTL(多孔传输层),涂覆在基底上的典型制备方法包括有湿法,即催化剂粉末和离子聚合物与适当的溶剂混合,形成稳定的浆料。浆料通过喷涂或涂刷的方式附着于 GDL 上。为了减少湿法制备MEA 过程中相关的浪费和大量溶剂的使用,目前正在研究使用其他的薄膜沉积方法,如化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)、离子束溅射沉积(IBD)或磁控溅射(PVD类)都是此类薄膜沉积方法的例子。
降低离子交换膜与 采用CCS工艺的阳极之间的界面接触电阻的另一种策略是在 PTL 和 MEA 之间加入微孔层 (MPL),如下图所示:
图例说明:不同AEMWE电池的原理图,包括:
MEA 组件也需要同步优化,以解决水管理等因素,避免干涸和水淹。基于 PEM(质子交换膜) 的 FC(燃料电池) 和 WE(电解水) 已经解决了其中的许多问题,但在碱性条件下,阳极和阴极产生和消耗的水的不平衡情况要比酸性条件下严重。使用 1 摩尔 KOH 碱液做电解质时,阳极的 OER 所需的 OH- 供应充足,而纯水进料的 OER 则取决于通过阴极发生的水裂解反应供应 OH-。在 AEMWE 的电化学反应中,阳极产生 1 摩尔 H2O,阴极消耗 2 摩尔 H2O,而对于 PEMWE,阳极消耗 1 摩尔 H2O,阴极消耗 0 摩尔 H2O。 尽管 H2O 在阳极产生,在阴极消耗,但阳极进水似乎已成为 AEMWE 的进水模式。这种模式减少了对 H2O 和 H2 分离的需求,因此可从电解池中获得纯度更高的H2。 然而,通过向阴极和阳极同时给入电解质,可达到最佳的电池性能和最高的工作电流密度,这也降低了阳极脱水的风险,并增加了向阴极的水传输(属于双循环平衡式)。未来的战略是定制有序的 MEA 和传输层结构,将液体和气体导入到特定的区域,这对于设计新颖有效的电极结构非常重要。这可能包括沿面内(电极到电极)方向调整催化剂层的分层孔隙率,以及利用可憎水 甚至亲水的改性剂。液体流速和 KOH 浓度的优化都与实际 AEMWE 的设计有关,但迄今为止研究还有限。
来源:氢眼所见
注:已获得转载权
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