一、膜電極是什么
為了實現燃料電池商業化目標，需要制備高功率密度、低Pt載量、耐久性好的MEA。在MEA中除了催化劑以外，各功能層結構、層與層之間的界面都對MEA的性能具有重要影響。
膜電極，暗流科技
氫氣通過陽極極板上的氣體流場到達陽極，通過電極上的擴散層到達陽極催化層，吸附在陽極催化劑層，氫氣在催化劑鉑的催化作用下分解為2個氫離子，即質子H＋，并釋放出2個電子。這一過程稱為氫的陽極氧化過程，陽極上發生的反應為：
H2=2H++2e-
在電池的另一端，氧氣或空氣通過陰極極板上的氣體流場到達陰極，通過電極上的擴散層到達陰極催化層，吸附在陰極催化層，同時，氫離子穿過電解質到達陰極，電子通過外電路也到達陰極。在陰極催化劑的作用下，氧氣與氫離子和電子發生反應生成水，這一過程稱為氧的陰極還原過程，陰極上發生的反應為：
?O2+2H++2e-= H2O
總的化學反應式為：
H2+?O2=H2O
與此同時，電子在外電路的連接下形成電流，通過適當連接可以向負載輸出電能，生成的水通過電極隨反應尾氣排出。
膜電極，鴻基創能
三、膜電極的特點
- 能夠最大限度減小氣體的傳輸阻力，使得反應氣體順利由擴散層到達催化層發生電化學反應。
- 形成良好的離子通道，降低離子傳輸的阻力。
- 形成良好的電子通道。
- 氣體擴散電極應該保證良好的機械強度及導熱性。
-
膜具有高的質子傳導性。
四、膜電極的結構組成
1、質子交換膜
?
質子交換膜根據含氟情況進行分類主要包括全氟聚合物質子交換膜、部分氟化聚合物質子交換膜和非氟化聚合物質子交換膜。
全氟磺酸燃料電池質子膜，東岳未來
燃料電池用質子交換膜，科潤新材
催化層是膜電極的重要組成部分，陽極使用催化劑促進氫氣的氧化反應，涉及氧化反應、氣體擴散、電子運動、質子運動、水的遷移等多種過程。陰極使用催化劑促進氧氣的還原反應，涉及氧的還原、氧氣擴散、電子運動、質子運動、反應生成 的水排出等。
良好的催化劑應該具有良好的催化活性、高質子傳導率、高電子傳導率和良好的水管理能力、氣體擴散能力。
催化劑，中自科技
兩片多孔氣體擴散層（GDL）將膜電極組合體夾在中間，主要作用包括支撐催化層、收集電流、傳導氣體和排出反應產物水。
理想的氣體擴散層需要具備高導電性、多孔性、適當的親水/憎水平衡、高化學穩定性、高熱穩定性以及低成本等特點。
氣體擴散層由支撐層和微孔層組成，支撐層材料主要為多孔的碳纖維紙、碳纖維織布、碳纖維無紡布及碳黑紙，微孔層通常是由導電炭黑和憎水劑構成。
氣體擴散層，通用氫能
氣體擴散層，西格里碳素
目前，CCM法（Catalyst Coated Membrane催化劑直接涂抹技術）是應用最廣泛的MEA制備方法，將催化劑涂布在質子交換膜的兩側，再通過熱壓法將氣體擴散層和附著催化層的質子交換膜結合在一起。
東莞嘉拓的CCM涂布機
通過CCM制備工藝增加了催化劑和質子交換膜的接觸面積，降低了質子交換膜和催化劑之間的阻抗，提升了膜電極性能。
五、國內外膜電極主要廠商
國內外膜電極廠商主要有巴拉德、戈爾、莊信萬豐、理工氫電、未勢能源、擎動科技、新源動力、鴻基創能、唐鋒能源、南科燃料電池、桑萊特、廣東喜瑪拉雅氫能、億氫科技、國氫科技、東方電氣、泰極動力、中氫科技、鋒源氫能、博氫集團、中自科技、百坤氫能、納爾氫電、中船712所、威孚高科、臺灣揚志股份、眾創新能、韻量燃料電池、旭晟東陽等。
來源：網絡
原文始發于微信公眾號（艾邦氫科技網）：氫燃料電池的核心——膜電極
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