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熱壓法在氫燃料電池膜電極MEA制備的應(yīng)用
膜電極（MEA）被稱為氫燃料電池的“心臟",，是多項(xiàng)物質(zhì)傳輸和電化學(xué)反應(yīng)的核心場(chǎng)所,。
膜電極,，主要由催化劑,、質(zhì)子交換膜,、氣體擴(kuò)散層三部分組成，在相應(yīng)溫度,、壓力和時(shí)間下,，熱壓成為三合一組件,，其承擔(dān)了燃料電池全部電化學(xué)反應(yīng),，以及電子、質(zhì)子,、氣體和水的傳導(dǎo),，高性能、低鉑載量,、低成本,、長(zhǎng)壽命的膜電極對(duì)于加速氫燃料電池商業(yè)化進(jìn)程具有非常重要的意義。
膜電極技術(shù)共經(jīng)歷了三代革新,，大體上可分為GDE熱壓法,、CCM法和有序化膜電極三種類型：
第一代熱壓法膜電極（GDE），指將催化劑涂布在氣體擴(kuò)散層上,，后用熱壓法將氣體擴(kuò)散電極和質(zhì)子交換膜結(jié)合在一起,，該方法總體性能不高，目前已基本淘汰,；
第二代CCM膜電極,，指采用卷對(duì)卷直接涂布、絲網(wǎng)印刷,、噴涂等方法直接將催化劑,、磺酸樹脂和適當(dāng)分散劑組成的漿料涂布到質(zhì)子交換膜兩側(cè)，該方法提高了催化劑的利用率與耐久性,，目前商業(yè)化程度最高,，已大批量生產(chǎn)；
第三代有序化膜電極,，指把Pt催化劑制備到有序化的納米結(jié)構(gòu)上,，使電極呈有序化結(jié)構(gòu)，獲得堅(jiān)固、完整的催化層,，該方法進(jìn)一步提高了燃料電池性能,，降低催化劑鉑載量，是目前膜電極制造研究的熱點(diǎn),，但仍處于研發(fā)試驗(yàn)階段,，只有小部分公司實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，如3M,。
熱壓法是制備膜電極的重要方法和步驟,，熱壓過程中溫度，壓力和時(shí)間三個(gè)因素決定了MEA的性能,，其中溫度對(duì)MEA性能的影響,，主要體現(xiàn)在催化層與質(zhì)子交換膜的質(zhì)子通道的建立情況，只有當(dāng)熱壓溫度超過質(zhì)子交換膜的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度,，催化層與質(zhì)子交換膜才能牢固結(jié)合,，從而達(dá)到降低接觸電阻的目的，熱壓溫度高于質(zhì)子交換膜的玻璃化溫度,，催化層和質(zhì)子交換膜都達(dá)到軟化點(diǎn)以上,，粘結(jié)良好，有利于建立質(zhì)子通道,，降低阻抗,，但熱壓溫度超過一定范圍，質(zhì)子交換膜里的活性基團(tuán)受到破壞,，反而不利于質(zhì)子在膜中的傳導(dǎo),。
熱壓壓強(qiáng)對(duì)MEA的性能影響體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一方面,，增加熱壓壓強(qiáng)有利于MEA各層的接觸,，降低電阻，改善性能,，另一方面MEA的催化層是個(gè)多孔電極結(jié)構(gòu),，層內(nèi)的反應(yīng)是固液氣三相界面的反應(yīng)，催化層必須有一定數(shù)量的孔,，便于反應(yīng)中氣水的傳導(dǎo),，壓強(qiáng)過大會(huì)破壞這種結(jié)構(gòu)，降低MEA的性能,，氣體擴(kuò)散層是碳纖維組成的,，熱壓壓強(qiáng)超過一定值會(huì)導(dǎo)致大量纖維斷裂，影響質(zhì)子傳導(dǎo),，造成MEA內(nèi)阻劇增,。
MEA熱壓過程中,，熱壓時(shí)間也是一個(gè)重要因素，時(shí)間過短,，催化層和質(zhì)子交換膜粘結(jié)不夠,，時(shí)間過長(zhǎng)，質(zhì)子交換膜活性基團(tuán)受到影響,，催化層多孔結(jié)構(gòu)受到破壞,，兩種情況都會(huì)影響MEA性能，選擇合適的熱壓時(shí)間很重要,。
