�l布：liuxianglong �碓矗� 材料工程
膜��O（Membrane Electrode Assembly，MEA）是�|子交�Q膜燃料�池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC）的核心部件
汽�零部件采�、�N售通信� 填��你的培�需求,我���湍阏� 招募汽���I培�老��
膜��O（Membrane Electrode Assembly，MEA）是�|子交�Q膜燃料�池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC）的核心部件，主要由�怏w�U散�樱�Gas Diffusion Layer，GDL）、催化�樱�Catalyst Layer，CL）和�|子交�Q膜（Proton Exchange Membrane, PEM）�M成，��PEMFC提供了多相物�|�鬟f的微通道和�化�W反���鏊�。�⒄彰��能源部(DOE)提出的2020年�用MEA技�g指�耍ǔ杀拘∮�$14/kW；耐久性要�_5000 h；�~定功率下功率密度�_到1 W/cm2），目前���韧膺�未出�F性能完全�M足�指�说漠a品，故仍需�M一步提升MEA性能。而�τ谟绊�MEA性能的因素，除了催化��（包括�d�w）本征活性和耐久性之外，各功能�咏Y��、�优c�又��g的界面同�泳哂兄匾�影�。
一、�鹘yMEA的制�浞椒�
�鹘yMEA制�浞椒ǜ���CL支�误w的不同可以分��深�：一�是CCS（Catalyst-Coated Substrate）法；另一�是CCM（catalyst-coatedmembrane）法。按照具�w的涂覆方式,又可以分�檗D印法、刷涂法、超���涂法、�z�W印刷法、�R射法、�化�W沉�e法等。�鹘y方法制�涞�MEA在�Y��上有很多缺陷并由此引�l一系列���}，�乐赜绊�了PEMFC性能的提升，新的MEA在�Y���O�上必�采取多�S度、多方向的改�M措施，以期改善三相界面上�|子、�子、�怏w等物�|的多相�鬏�能力，提高�F金��Pt利用率，�M一步提升PEMFC的�C合性能。
超���涂法制��MEA示意�D
�D片�碜裕�SASSIN M B，GARSANY Y，Gould B D，et al．Fabrication Method for Laboratory-Scale High-Performance Membrane Electrode Assemblies for Fuel Cells[J]．Analytical Chemistry，2016，89 (1)：511．
二、CL�Y��改�M
CL是MEA最核心的部件，即是�化�W反���鏊�，又是�怏w、水、�子、�|子等物�|的�鬟f通道。提高CL性能，需要��CL�Y���M行改�M，其中CL梯度化、有序化�Y���O�是非常有效的途�健�CL梯度化是通�^平衡原料用量，���F催化��、孔隙、Nafion等含量的梯度分布。在氧�原高反���^，提高Nafion含量和Pt��d量能�蚪档唾|子�鬟f阻力、提高�化�W反��活性；而在低反���^域,由于不太需要高�|子���率和催化活性,因此可以降低催化�┖�Nafion的含量,�@�硬�H提高了Pt的利用率,�降低了氧��U散和水排出的�髻|阻力。有序化�O�目的是���FCL中催化�┹d�w、催化��、�|子���w（Nafion）等物�|的有序分布,以此�U大三相反��界面、形成��良的多相�髻|通道,�M而降低�子、�|子及反��物的�髻|阻力,提高催化�├�用率。近�啄辏�CL有序化�Y��得到快速�l展，成��MEA制�浼夹g�I域研究�狳c。
真空抽�V制�潆p�犹荻确植�Buckypaper催化��
�D片�碜裕�ZHU S，ZHENG J，HUANG J，et al．Fabrication of three-dimensional buckypaper catalyst layer with Pt nanoparticles supported on polyelectrolyte functionalized carbon nanotubes for proton exchange membrane fuel cells[J]．Journal of Power Sources，2018，393：19-31．
�榱诉M一步提升催化�├�用率、改善�池系�y的�髻|性能,近年�砜蒲腥�T通�^��墨印刷、模具�T造等方法在催化�由��造可控的2D或3D�D案,制�涑鼍哂邢冗M�Y��的�D案催化�樱�PCL）。PCL表面的�D案��樗�和�怏w的�鬏�提供��良的�髻|通道，可以��化PEMFC的�髻|能力。�m然目前�D案化催化�拥难芯窟�不�虺墒欤��s�橹�渚哂邢冗M�Y��和高效性能的CL奠定了基�A并指明了方向。
模板法制�渫ǖ澜Y��PCL的示意�D
�D片�碜裕�LEE D H，JO W，YUK S，et al．In-plane Channel- structured Catalyst Layer for Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells[J]．Acs Applied Materials & Interfaces，2018，10 (5)：4682-4688．
三、PEM�Y��改�M
PEM能�鬟f�|子但���子�^�，在PEMFC中PEM既起到�鬟f�|子的作用，又充��隔�x��O和��O的角色。由于使用平面PEM�r，Nafion聚合物很�y充分�B入CL�喜壑校�造成PEM和CL之�g�^差的�C械和�щ�接�|。通�^在�|子交�Q膜表面��造3D�D案，可以有效增加PEM|CL界面面�e，�M而提升MEA�化�W性能。
PEM表面刻印菱形�D案��造及通�^��射Pt/C催化�┲��MEA方案�f明
�D片�碜裕�SANG M K,YUN S K,AHN C,et al．Prism-patterned Nafion membrane for enhanced water transport in polymer electrolyte membrane fuel cell[J]．Journal OfPower Sources,2016,317：19-24．
�陌踩�和成本角度考�]，PEMFC最佳操作�囟��90~ 95 ℃，而95 ℃已�非常接近常�合滤�的沸�c，因此�a物水�⒖焖僬舭l，MEA面�R失水的�L�U。���95 ℃的操作�囟�,�O�面向��O的�蚊娑嗫�PEM,能增��水反向�U散能力（��O到��O）,�_到自���竦哪康�。�池性能�y��@示多孔膜性能要好于普通膜，�流密度提高了10~16%。
�蚊娑嗫啄�SEM�D
�D片�碜裕�DANG Q K，HENKENSMEIER D，KRISHNAN N N，et al．Nafion membranes with a porous surface[J]．Journal of Membrane Science，2014，460 (460)：199-205．
四、GDL�Y��改�M
GDL具有��馀潘�、��帷⑹占��流以及支��CL等功能,尤其在水管理方面起到重要作用。理想的GDL需要有合�m的孔隙率和孔�椒植迹�以保�C反���怏w的有效�U散和�a物水的�利排出。此外，�化�W反��生成的水��在GDL�_放的孔隙中聚集，阻�K氧�獾酱呋��┗钚晕稽c的�鬏�。孔隙率梯度化分布可以改善上述��r。除了孔隙率梯度化，PTFE含量的梯度化��GDL性能改�M也有重要影�。梯度化�O�增��了GDL的��馀潘�功能，能�蛴行Х乐顾�淹�F象的�l生，但是�榱颂岣�误w性能，有�r�需增��PEMFC自���衲芰Γ�GDL�p�又��咏Y���O�有利于提升PEMFC自���衲芰Α�
GDL支��釉�始�Y���c改良后�Y��示意�D
�D片�碜裕�KONG I M，CHOI J W，KIM S I，et al．Experimental study on the self-humidification effect in proton exchange membrane fuel cells containing double gas diffusion backing layer[J]．Applied Energy，2015，145：345-353．
�Y��改�M能�蛱嵘�MEA部分性能,未�砟る��O�Y��改�M可以�南旅嫒�方面�M行考�]：（1）�M一步研究三��功能�又��g的配合�P系和�f同作用，耦合使用多�N先�M�Y��功能�樱�使MEA�C合性能�_到最��，以�M足商�I化要求；（2）研究�O限操作�l件的影�（低�亍⒌�竦龋�，�母倪M功能�咏Y��角度提升MEA在�O限�l件下的耐受性，制�淦者m性的MEA；（3）��化制�涔に�,�化制�淞鞒�,�榇笠�模��用提供可能。
考文�I：2019, 47(4): 1-14。 DOI: 10。11868/j。issn。1001-4381。2018。001176
文章�W友提供,�H供�W��⒖�,版��樵�作者所有,如侵犯到
GMT+8, 10-4-2020 02:15 , Processed in 0.153138 second(s), 23 queries .
棋乐游 188体育官方网址 大发游戏中心 kk棋牌 老葡京网投网站