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什么是膜電極?為什么它是燃料電池(氫能源)汽車的核心部件?

從下面的燃料電池制備工藝流程圖中可以看出膜電極是PEMFC的電化學(xué)反應(yīng)場所,是燃料電池的核心部件。
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注:PEMFC質(zhì)子交換膜燃料電池(ProtonExchangeMembraneFuelCell,PEMFC)
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從公開的新聞報(bào)道及文獻(xiàn)資料知道目前我國A股(上市公司)1.中美錦能源(000723)(參股燃料電池核心部件膜電極明星公司廣州鴻基、控股燃料電池車制造企業(yè)佛山飛馳)、2.雪人股份(002639)(空壓機(jī)主要供應(yīng)商、參股HYGS)、3.雄韜股份(002733)(布局膜電極、電堆、系統(tǒng)企業(yè))、4.大洋電機(jī)(002249)(布局燃料電池系統(tǒng)、運(yùn)營,參股BLDP),4.濰柴動(dòng)力(000338)(入股BLDP、山東市場的壟斷地位)和東岳集團(tuán)(質(zhì)子交換膜);
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從知識(shí)產(chǎn)權(quán)中查詢到,目前長興歐森科技有限公司-一種燃料電池膜電極工業(yè)量產(chǎn)生產(chǎn)系統(tǒng)及其生產(chǎn)方法-201910012644.5的發(fā)明專利申請(qǐng),內(nèi)容為一種燃料電池膜電極工業(yè)量產(chǎn)生產(chǎn)系統(tǒng)及其生產(chǎn)方法,屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域。包括自動(dòng)放卷機(jī)構(gòu)、陰極涂覆機(jī)構(gòu)、陰極干燥機(jī)構(gòu)、陰極檢測(cè)機(jī)構(gòu)、自動(dòng)收卷機(jī)構(gòu)、陰極制漿機(jī)構(gòu);陽極自動(dòng)放卷機(jī)構(gòu)、支撐膜收卷機(jī)構(gòu)、陽極涂覆機(jī)構(gòu)、陽極干燥機(jī)構(gòu)、隔離膜放卷機(jī)構(gòu)、陽極檢測(cè)機(jī)構(gòu)、自動(dòng)收卷機(jī)構(gòu)、陽極制漿機(jī)構(gòu);擴(kuò)散層放卷機(jī)構(gòu)、擴(kuò)散層預(yù)處理機(jī)構(gòu)、裁切機(jī)構(gòu),還包括單獨(dú)設(shè)置的熱壓合機(jī)構(gòu)、封邊機(jī)構(gòu)及成品檢測(cè)機(jī)構(gòu)。上述一種燃料電池膜電極工業(yè)量產(chǎn)生產(chǎn)系統(tǒng)及其生產(chǎn)方法,通過工業(yè)量產(chǎn)生產(chǎn)及對(duì)生產(chǎn)過程的品質(zhì)管控,提高產(chǎn)品的一致性和生產(chǎn)效率,降低勞動(dòng)力,降低生產(chǎn)成本,實(shí)現(xiàn)膜電極的商品化、規(guī)模化生產(chǎn)。長興歐森科技有限公司一家注冊(cè)資金為100萬的成立于2016年小微企業(yè)。而上市公司中并未查詢到最新的膜電極知識(shí)產(chǎn)權(quán)專利申請(qǐng),不排除上市公司“埋頭苦干”,無暇顧及專利申請(qǐng)的可能。
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下面詳細(xì)介紹下膜電極(MEA):
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PEMFC的核心組件就是膜電極(MembraneElectrodeAssembly,MEA),它一般由質(zhì)子交換膜、催化層與擴(kuò)散層3個(gè)部分組成所謂的“三合一結(jié)構(gòu)”。PEMFC的性能由MEA決定,而MEA的性能質(zhì)子交換膜性能,擴(kuò)散層結(jié)構(gòu)以及催化層材料與性能,還有MEA本身的制備工藝所決定。
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膜電極是具有三合一結(jié)構(gòu)的組件,它由擴(kuò)散層,催化層和質(zhì)子交換膜組成。擴(kuò)散層為反應(yīng)氣體提供傳質(zhì)通道,還起到集流體的作用,通常采用石墨化碳紙或碳布。
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膜電極MEA一般的制備過程是:在Pt/C催化劑中加入一定量溶劑、粘結(jié)劑(如PTFE)f[INation溶液,經(jīng)超聲波混合制成電催化劑漿料,采用噴涂或壓延技術(shù)在碳紙上均勻涂上催化劑制成多孔電極。然后將電極在質(zhì)子交換樹脂溶液中浸漬片刻,經(jīng)真空干燥,再在一定的條件下熱壓于電解質(zhì)膜上形成MEA。其中公開的一種膜電極制備方法如下:供參考
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1.稱取一定量的Pt/C催化劑,置于潔凈的小燒杯中。
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2.加入一定量的蒸餾水和異丙醇,在超聲波清洗器中,超聲振蕩一定時(shí)間。
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3.之后滴加一定量5%質(zhì)量濃度的Nafion溶液,繼續(xù)超聲一定時(shí)間。
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4.將超聲后的懸浮液置于烘箱中,在一定溫度下干燥一定時(shí)間至懸浮液呈膏狀。
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5.將膏狀物均勻涂覆于碳紙表面,之后在涂覆好的催化劑表面涂刷一定量的Nafion溶液,置于烘箱中干燥30min。
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6.將兩片涂有催化劑的碳紙與質(zhì)子交換膜置于熱壓機(jī)模具中,在一定溫度和壓力下熱壓成型。
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7.將成型的膜電極置于濕潤環(huán)境中備用。
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關(guān)于燃料電池(氫能源燃料電池)在技術(shù)上,國內(nèi)外取得了巨大突破,但是質(zhì)子交換膜燃料電池要實(shí)現(xiàn)的實(shí)現(xiàn)商業(yè)化必須降低電池材料及部件的成本。還必須在高性能Pt/C催化劑的制備、膜電極的制備上進(jìn)行深入研究,2019年美錦能源等上市公司宣布膜電極生產(chǎn)線已具備量產(chǎn)條件,國內(nèi)也有企業(yè)申請(qǐng)相關(guān)發(fā)明專利,希望我國在燃料電池方面不斷前進(jìn),努力超越。

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