从催化剂到膜电极的测试，一些制备技术原理介绍

近年来，我国氢能技术蓬勃发展，创新成果不断，在催化剂、膜电极、制氢、储氢等多个关键技术环节，我国了取得举世瞩目重大突破，为氢能产业的快速发展提供了有力支撑。

理化（香港）有限公司以“燃料电池测试专家”的品牌定位，覆盖从催化剂到膜电极测试需求，为用户提供了一系列精良好用的电催化实验仪器，赢得了市场的广泛认可。

从催化剂到膜电极，它是怎么一回事呢？让我们一起揭开它的神秘的面纱。

1、常见的催化剂类型

铂(Pt)催化剂

铂(Pt)具有良好的分子吸附、离解特性，因此铂催化剂成为最理想、也是当前唯YI商业化的催化剂材料。业内有学者称“铂族金属催化剂ZHI王，上帝给的礼物”。

ORR 催化剂火山图

HOR/HER 催化剂火山图

低铂催化剂

通过在铂催化剂中添加其他元素或化合物制成，旨在降低铂的使用量，同时提高催化剂的活性、稳定性和耐久性。例如Pt-Ni、Pt-Co合金催化剂。

非铂基催化剂

主要包括钯基催化剂、非贵金属催化剂和非金属催化剂。非贵金属催化剂包括铁、钴、镍等，非金属催化剂中最常见的是碳基催化剂，如碳纳米管、碳纤维、石墨烯等。

2、从催化剂到膜电极

膜电极（MEA）组件主要由质子交换膜（PEM）、催化层与气体扩散层（GDL）组成，是质子交换膜燃料电池 (PEMFC)电化学反应的主要场所，也是决定质子交换膜燃料电池 (PEMFC) 的成本、性能和耐久性的核心关键部件。

催化剂浆料涂布是MEA生产的关键步骤之一，目前实验室与工业生产领域主要采用第二代MEA制备工艺CCM（Catalyst Coated Membrane）技术。

1、将催化剂浆料担载到质子交换膜表面。

2、然后干燥热处理，进一步改善催化剂层的结构，增强其与膜的结合力。

3、最后通过压合等手段将质子交换膜、催化层、边框和气体扩散层复合到一起，从而形成完整的MEA。

这个过程要求催化层涂覆均匀，同时尽量减少铂载量以降低成本，因此必须对浆料进行严格的质量控制。改良浆料配方、优化涂布工艺是降低膜电极成本、提高膜电极稳定性，推动燃料电池商业化的重要途径。

3、膜电极制备方式

催化剂的涂覆方式，常见的有刮刀涂布、气动喷涂、超声喷涂、静电喷涂。近年来，静电纺丝技术也在逐步应用到催化剂研究和涂覆中

喷涂

通过喷雾设备直接把催化剂浆料喷在质子交换膜上，也可以在催化剂喷涂前先在质子交换膜上喷涂离聚物（nafion）, 工艺上可以单节电池膜进行喷涂。喷涂工艺能节省材料，但是均匀性较差、效率相对较低，不适合大规模量产。

热转印

热转印过程涉及将催化剂油墨或粉末预先涂布或印刷到一个可转移的基材（通常是高温下稳定的薄膜）上，然后通过热压过程将催化剂从转移膜转移到质子交换膜或气体扩散层上。

直涂

卷对卷直涂，通过槽模直涂，减少了转印的过程，提高了效率。同时可以控制催化层涂覆的厚度、形状等，调节膜干燥的时间，从而调节催化剂浆料在质子交换膜上的形态。

刮涂

这个方式在实验室使用较多。

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