近年來(lái)，我國(guó)氫能技術(shù)蓬勃發(fā)展，創(chuàng)新成果不斷，在催化劑、膜電極、制氫、儲(chǔ)氫等多個(gè)關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，我國(guó)了取得舉世矚目重大突破，為氫能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展提供了有力支撐。

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從催化劑到膜電極，它是怎么一回事呢？讓我們一起揭開(kāi)它的神秘的面紗。

1、常見(jiàn)的催化劑類(lèi)型

鉑(Pt)催化劑

鉑(Pt)具有良好的分子吸附、離解特性，因此鉑催化劑備受關(guān)注、也是當(dāng)前唯yi商業(yè)化的催化劑材料。業(yè)內(nèi)有學(xué)者稱(chēng)“鉑族金屬催化劑zhi王，上帝給的禮物"。

ORR 催化劑火山圖

HOR/HER 催化劑火山圖

低鉑催化劑

通過(guò)在鉑催化劑中添加其他元素或化合物制成，旨在降低鉑的使用量，同時(shí)提高催化劑的活性、穩(wěn)定性和耐久性。例如Pt-Ni、Pt-Co合金催化劑。

非鉑基催化劑

主要包括鈀基催化劑、非貴金屬催化劑和非金屬催化劑。非貴金屬催化劑包括鐵、鈷、鎳等，非金屬催化劑中最常見(jiàn)的是碳基催化劑，如碳納米管、碳纖維、石墨烯等。

2、從催化劑到膜電極

膜電極（MEA）組件主要由質(zhì)子交換膜（PEM）、催化層與氣體擴(kuò)散層（GDL）組成，是質(zhì)子交換膜燃料電池 (PEMFC)電化學(xué)反應(yīng)的主要場(chǎng)所，也是決定質(zhì)子交換膜燃料電池 (PEMFC) 的成本、性能和耐久性的核心關(guān)鍵部件。

催化劑漿料涂布是MEA生產(chǎn)的關(guān)鍵步驟之一，目前實(shí)驗(yàn)室與工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域主要采用第二代MEA制備工藝CCM（Catalyst Coated Membrane）技術(shù)。

1、將催化劑漿料擔(dān)載到質(zhì)子交換膜表面。

2、然后干燥熱處理，進(jìn)一步改善催化劑層的結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)其與膜的結(jié)合力。

3、最后通過(guò)壓合等手段將質(zhì)子交換膜、催化層、邊框和氣體擴(kuò)散層復(fù)合到一起，從而形成完整的MEA。

這個(gè)過(guò)程要求催化層涂覆均勻，同時(shí)盡量減少鉑載量以降低成本，因此必須對(duì)漿料進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制。改良漿料配方、優(yōu)化涂布工藝是降低膜電極成本、提高膜電極穩(wěn)定性，推動(dòng)燃料電池商業(yè)化的重要途徑。

3、膜電極制備方式

催化劑的涂覆方式，常見(jiàn)的有刮刀涂布、氣動(dòng)噴涂、超聲噴涂、靜電噴涂。近年來(lái)，靜電紡絲技術(shù)也在逐步應(yīng)用到催化劑研究和涂覆中

噴涂

通過(guò)噴霧設(shè)備直接把催化劑漿料噴在質(zhì)子交換膜上，也可以在催化劑噴涂前先在質(zhì)子交換膜上噴涂離聚物（nafion）, 工藝上可以單節(jié)電池膜進(jìn)行噴涂。噴涂工藝能節(jié)省材料，但是均勻性較差、效率相對(duì)較低，不適合大規(guī)模量產(chǎn)。

熱轉(zhuǎn)印

熱轉(zhuǎn)印過(guò)程涉及將催化劑油墨或粉末預(yù)先涂布或印刷到一個(gè)可轉(zhuǎn)移的基材（通常是高溫下穩(wěn)定的薄膜）上，然后通過(guò)熱壓過(guò)程將催化劑從轉(zhuǎn)移膜轉(zhuǎn)移到質(zhì)子交換膜或氣體擴(kuò)散層上。

直涂

卷對(duì)卷直涂，通過(guò)槽模直涂，減少了轉(zhuǎn)印的過(guò)程，提高了效率。同時(shí)可以控制催化層涂覆的厚度、形狀等，調(diào)節(jié)膜干燥的時(shí)間，從而調(diào)節(jié)催化劑漿料在質(zhì)子交換膜上的形態(tài)。

刮涂

這個(gè)方式在實(shí)驗(yàn)室使用較多。

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