HT-PEM MEA高溫質(zhì)子交換膜膜電(diàn)極組件介紹
發布時間：
2023-07-25
MEA（Membrane Electrode Assembly, 膜電(diàn)極組件）是燃料電(diàn)池的核心組件，是發生電(diàn)化學(xué)反應，分(fēn)離出遊離電(diàn)子的場所。
什麽是MEA？
MEA（Membrane Electrode Assembly, 膜電(diàn)極組件）是燃料電(diàn)池的核心組件，是發生電(diàn)化學(xué)反應，分(fēn)離出遊離電(diàn)子的場所。
燃料（氫氣、重整甲醇等氣體(tǐ)）在MEA的陽極側分(fēn)離出電(diàn)子，通過膜擴散至陰極，與氧化劑（氧氣、空氣）相結合發生還原反應。膜的兩側皆有(yǒu)不同催化劑來促進反應的進行，其中(zhōng)質(zhì)子交換膜隻允許質(zhì)子通過，保持氣體(tǐ)的分(fēn)離。通過這樣的形式來傳遞電(diàn)子使兩端産(chǎn)生電(diàn)勢差，從而形成電(diàn)流。
MEA的典型結構由PEM（聚合物(wù)電(diàn)解質(zhì)膜）、兩種催化劑層、兩類氣體(tǐ)擴散層（GDL）組成，具(jù)備這種配置的MEA由于其具(jù)有(yǒu)5層不同結構，被稱為(wèi)五合一膜電(diàn)極。
另外，有(yǒu)一種三層的MEA結構，它是由PEM、塗布在陰陽兩極的催化劑層組成，稱為(wèi)三合一膜電(diàn)極，又(yòu)稱為(wèi)CCM。繼續在三合一的基礎上加入包含微孔層MPL的氣體(tǐ)擴散層GDL，又(yòu)形成了一種七層結構的七合一MEA。不過一般來說會将微孔層MPL與擴散層GDL燒結在一體(tǐ)，采用(yòng)五合一結構。
HT-PEM MEA 組成的高溫質(zhì)子交換膜燃料電(diàn)池由于其具(jù)有(yǒu)的優點（參考往期《高低溫質(zhì)子交換膜燃料電(diàn)池對比》），通常應用(yòng)于以富氫氣體(tǐ)，如甲醇、乙醇、天然氣或液化石油氣重整形成的重整氣體(tǐ)作(zuò)為(wèi)燃料的固定式或便攜式應用(yòng)場景。
相較于LT-PEM MEA（低溫質(zhì)子交換膜膜電(diàn)極組件），HT-PEM MEA的優勢有(yǒu)：
1. 在高溫環境條件下提高電(diàn)極反應動力學(xué)系數和燃料的擴散速率，提高反應效率。
2. 高溫條件下不需要較高的相對濕度工(gōng)作(zuò)環境，使得燃料電(diàn)池的水管理(lǐ)系統得到簡化。
3. 冷卻液和電(diàn)堆的溫度差值較大，可(kě)以簡化冷卻系統。
4. 高溫環境能(néng)夠降低CO在催化劑表面上的吸附，提高催化劑對CO的耐受力，有(yǒu)效防止催化劑中(zhōng)毒，延長(cháng)使用(yòng)壽命。
5. 燃料選擇範圍更廣泛。
從制備HTPEM聚合物(wù)材料方面，分(fēn)為(wèi)全氟聚合物(wù)、部分(fēn)氟化聚合物(wù)質(zhì)子交換膜材料和非氟化聚合物(wù)質(zhì)子交換膜材料。
在高溫和低相對濕度下，全氟磺酸（PFSA）膜的質(zhì)子電(diàn)導率衰減嚴重。部分(fēn)氟化聚合物(wù)膜化學(xué)穩定性和機械性能(néng)一般較差，不能(néng)滿足實際使用(yòng)的需要。無氟高溫質(zhì)子交換膜所用(yòng)聚合物(wù)主要包括磺化聚芳醚砜(SPSF)、磺化聚芳(硫)醚(SPAE)、磺化聚醚醚酮(SPEEK)、磺化聚酰亞胺(SPI)和聚苯并咪唑(PBI)等。
其中(zhōng)PBI屬于特種工(gōng)程塑料，玻璃化轉變溫度高、熱穩定性好、力學(xué)性能(néng)好、氣體(tǐ)透過率低，成為(wèi)目前最受關注的HTPEM材料。PBI本身質(zhì)子電(diàn)導率極低，需要摻雜質(zhì)子導體(tǐ)才能(néng)作(zuò)為(wèi)質(zhì)子交換膜使用(yòng)，磷酸(PA)摻雜的PBI膜在高溫低濕度下仍能(néng)保持較高的質(zhì)子電(diàn)導率。
PA-PBI膜的質(zhì)子電(diàn)導率随酸摻雜水平(ADLs)的增加而增加。然而，由于摻雜酸的“塑化作(zuò)用(yòng)”和PBI的溶解，酸摻雜過量會導緻膜的機械強度、尺寸穩定性和化學(xué)穩定性的惡化。此外，在電(diàn)池運行期間，由于陰極内的水冷凝，容易析出過多(duō)的PA，從而使電(diàn)池性能(néng)惡化。以上兩個關鍵方面制約了PA-PBI基膜的實際應用(yòng)。
在人們不斷尋找制備可(kě)靠性能(néng)PA-PBI基膜的過程中(zhōng)發現，交聯是增強PA-PBI膜作(zuò)為(wèi)HT-PEM在抗氧化性、酸保持能(néng)力、抗降解、機械強度和尺寸穩定性等綜合性能(néng)的重要途徑。但又(yòu)由于交聯度高導緻交聯膜脆性大，制備難度高，以及交聯膜對PA的吸收受限等因素會導緻ADL降低，影響電(diàn)導率水平。
因此研制出新(xīn)型交聯劑，得到在較低酸吸收水平下得到具(jù)有(yǒu)高電(diàn)導率的的PA-PBI膜成為(wèi)至關重要的一點。
我司提供用(yòng)于高溫PEM燃料電(diàn)池的膜電(diàn)極組件（MEA），使用(yòng)聚磷酸（PPA）工(gōng)藝制備PBI膜，多(duō)種标準尺寸及定制尺寸可(kě)選，歡迎咨詢。
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