如何選擇合適的燃料電池催化劑漿料配套分散設備
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如何選擇合適的燃料電池催化劑漿料配套分散設備

氫燃料電池中技術最成熟的是質子膜燃料電池(PEMFC)，催化劑作為(wei) 質子交換膜氫燃料電池膜電極(MEA)的關(guan) 鍵材料之一‌，決(jue) 定了電池的放電性能和壽命。

燃料電池催化劑種類


目前氫燃料電池的催化劑主要分為(wei) 以下三個(ge) 大類：

1.鉑(Pt)催化劑

鉑(Pt)具有良好的分子吸附、離解特性，因此鉑催化劑成為(wei) 最理想、也是當前唯一商業(ye) 化的催化劑材料。

2.低鉑催化劑

通過在鉑催化劑中添加其他元素或化合物製成，旨在降低鉑的使用量，同時提高催化劑的活性、穩定性和耐久性。

3.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的是碳基催化劑，如碳納米管、碳纖維、石墨烯等。

常見催化劑漿料分散設備

理想的催化劑分散狀態是粒徑小且分布窄的團聚體(ti) ，這樣有助於(yu) 盡可能多地暴露催化劑，提升催化劑的利用率，同時也有助於(yu) 形成良好的導電網絡。目前，已見報道的有超聲分散、球磨分散、高速剪切分散、高壓均質化分散等。

1.超聲分散

用超聲分散來製作燃料電池催化劑漿料時，通常先將催化劑用少量水浸濕，再加入乙醇等低級醇的醇水混合溶劑，然後再加入指定配比的離子樹脂分散液，最後開啟超聲波設備進行分散。但超聲過程中產(chan) 生的高速射流在分散催化劑顆粒的同時也可能導致催化劑顆粒從(cong) 載體(ti) 上的脫落和二次團聚，還可能促進催化劑顆粒的溶解和再沉積。

2.球磨分散

球磨分散是通過球磨機的轉動來帶動研磨介質(通常為(wei) 堅硬的瑪瑙球、二氧化鋯球、不鏽鋼球、碳化鎢球等)對被分散物料進行強烈撞擊、碾壓、研磨和混合，從(cong) 而獲得顆粒細小、均勻性良好的粉體(ti) 和漿料的過程。值得注意的是，球磨過程中，由於(yu) 研磨球與(yu) 研磨罐體(ti) 、研磨球與(yu) 被分散物料之間的反複撞擊，碾壓和摩擦，研磨珠會(hui) 被磨損從(cong) 而汙染被分散物料，因此，在優(you) 化球磨分散工藝參數時，應盡量縮短分散時間以減小汙染風險。

3.高速剪切分散

實驗測量和數值模擬研究表明，高速剪切分散裝置不僅(jin) 能通過抽吸作用緩解鉑—碳顆粒的沉降，還能通過狹縫噴射流動來增強混合效果，從(cong) 而顯著改善鉑—碳顆粒在流場中的分散特性。

4.高壓均質分散法

高壓均質機作為(wei) 一種短時、快速、高效的動態高壓分散設備，其應用範圍涉及食品、化工、醫藥、生物科技等諸多領域。相比高速剪切分散法、球磨分散法、超聲分散法製取的燃料電池催化劑漿料，經高壓均質處理的催化劑漿料顆粒團聚體(ti) 粒徑更小，粒徑分布更窄，比表麵積更大，表麵吸附的離子樹脂更多，催化劑漿料的穩定性更高，最終製取的催化層裂紋更少更平整，而且由於(yu) 催化劑顆粒表麵吸附了更多離子樹脂，催化層的親(qin) 水性和水的滲透速率更高，電化學性能也更好。


在漿料製備的不同階段，根據單次實驗所需物料的多少選擇合適的分散設備，整個(ge) 分散過程聯合使用多種分散設備，將可以最大限度地利用各種分散設備的優(you) 點，進一步優(you) 化漿料分散性能，為(wei) 最終獲取性能優(you) 異的膜電極打下基礎。



參考文獻:

夏國鋒,徐東(dong) 紅,方帥男.燃料電池催化劑漿料分散設備研究 [j].信息記錄材料,2024(11)