Trenutni razvoj membranskih elektrod gorivnih celic

Membranska elektroda (MEA) je osrednja komponenta gorivne celice, ki je sestavljena iz plasti za difuzijo plina, plasti katalizatorja in membrane za izmenjavo protonov. To ni le kraj večfaznega prenosa materiala, ampak tudi kraj kemične reakcije gorivne celice. Ima neposreden vpliv na splošno kemično učinkovitost baterije, njeni stroški pa predstavljajo 70 % stroškov reaktorja.Zato je membranska elektroda znana tudi kot "srce" "čipa" gorivne celice.

Na splošno morajo imeti idealne membranske elektrode visoko gostoto moči, nizko obremenitev s platino, dolgo vzdržljivost in življenjsko dobo ter druge značilnosti delovanja. Ameriško ministrstvo za energijo zahteva, da mora vzdržljivost membranskih elektrod v vozilih do leta 2020 znašati ¥5000 ur.Gostota moči â¥1W/cm2 nazivne moči.

Kar zadeva vsako komponento membranske elektrode, je membrana za izmenjavo protonov (PEM) večinoma membrana perfluorosulfonske kisline, medtem ko so druge kompozitne membrane, visoko selektivne membrane, grafensko modificirane membrane, visokotemperaturne membrane in alkalne membrane še vedno v fazi raziskav, ki so raziskovalno žarišče in mejno smer v zadnjih letih.

Katalizator je v glavnem na osnovi platine. Trenutno je glavni katalitični sloj katalizator platina-ogljik, ki je nosilni katalizator, podprt s platino na aktivnem oglju.Ker pa je platina plemenita kovina z omejenimi viri in visokimi stroški, se razvoj katalizatorjev z nizko vsebnostjo platine in katalizatorjev iz nežlahtnih kovin brez platine šteje za ključno smer za podjetja z membranskimi elektrodami v prihodnosti.

Plast za difuzijo plina je stisnjena med plastjo katalizatorja in membrano za izmenjavo protonov, ki ima vlogo prevodnosti, odvajanja toplote in drenaže. Sestavljen je iz plasti mikropor in nosilne plasti. Plast mikropor je sestavljena iz saj in hidrofobnega sredstva, material podporne plasti pa je večinoma karbonski papir.

Obstajajo štirje glavni postopki priprave membranske elektrode, in sicer metoda vročega stiskanja, gradientna metoda, CCM in naročanje.Med njimi CCM uporablja neposredno prevleko iz tuljave v tuljavo, sitotisk, pršenje in druge metode za prvo prevleko katalizatorja na obeh straneh membrane za izmenjavo protonov, da se tvori CCM, in nato vroče stiskanje sloja za difuzijo plina na obeh straneh CCM, da se tvorijo filmsko elektrodo, ki je trenutno najbolj razširjena in komercialno zrela metoda priprave na trgu