PEMFC组件CCM制备方法的评述.docx

PEMFC组件CCM制备方法的评述
膜电极组件（MEA）是聚合物电解质燃料电池（PEMFC）的核心组件之一，其中涵盖着膜、阴阳极催化层和集流板。其中阴阳极催化层是整个MEA中最重要的组成部分，是PEMFC最关键的能量转换单元。在制备MEA时，关键点在于催化层的均匀分散和良好的连接性。因此，本文将讨论涉及到基于膜电极组件的PEMFC中阴阳极催化层的制备方法，其中主要将围绕着催化层的制作工质、性能和组件构建方法进行综述。
一、多层涂覆制备法
目前，最广泛采用的制备MEA的方法是多层涂覆法。其原理是将催化剂颗粒按，以氧化铝或碳（可将催化剂粉末由碳形式，一般称作VulcanXC-72）作载体，并加上为约定的分散剂来消除颗粒之间的吸引力。这样的催化剂液体悬浮剂称为“沉淀液”或“浆料”，并将其用于多次涂层。
通过叠加一层层通道上的液态浆料（具有催化剂、表面增强剂的炭素粉末和聚合物电解液等成分），然后让其氧化或还原成颗粒结构，最后再加入液相冷凝物（如Nafion®液体），形成催化层。如此一来，催化层不但提供了电子传导，还使电解质流通，提供了粘合抗机械压缩强度等特性。
此外，还要注意实验室中涂覆多层次往往占用很多时间，成本较高。生产批量的商业化水平的MEA采用的是更快速的“干法喷雾”制备方法，而单个方法仍然很受欢迎。
二、物理历程、微电子学、化学气相沉积
物理、微电子学和化学气相沉积等技术都可以用于制备MEA中的催化层。其中，物理过程相对简单，基于物理学的分散和熔融技术在过去的几年中有较大的发展，适用于生产规模较小的MEA。
在微电子学中，可以采用将催化剂颗粒直接写入基底的图案作为催化剂在MEA上的分布。利用图案幅印（称为微控制阵列）进行非接触式的传送和分散。化学气相沉积法则是靠高纯度金属有机化合物与惰性气体在真空室中作化学反应，利用惰性载气来沉淀催化剂薄膜在基底上。这种方法不但适用于制备PEMFC产业MEA，还适用于汽车和行业应用的MEA中的催化层。
三、ND泊尼叶共沉淀
ND（Nafion®disperision）泊尼叶共沉淀方法是在多层涂层前先在Nafion清洗液中溶解催化剂，并再次气化其水溶液，使纳米颗粒形成成的微结构被包涵在催化层内。通过ND共沉淀法得到的催化层能增强MEAs中催化剂对氮气的电化学活性，提高了燃料电池的性能。此法的优点是可以使催化层致密与方便地操纵和制备。通过控制溶解度可以简单地调节颗粒大小和分布，从而提高MEA的性能。
总之，催化剂层的制备是聚合物电解质燃料电池类产品中的重要环节，制备工艺的好坏往往决定着聚合物电解质燃料电池的性能和可靠性。综上所述，涂覆法是目前用得最多的制备方法，但需要进一步优化。此外，物理、微电子学和化学气相沉积等技术也经过实践考验。
未来，应通过改进多层喷涂法，针对各种催化剂和不同的MAE材料进行涂覆，确定最可行的方法。特别是，新技术的最终目标是解决低温、低相对湿度等条件下燃料电池的性能下降，以提高MEA性能。所以，将来需要的是MEA催化层制备方法的进一步深入研究，以促进聚合物电解质燃料电池的发展。