氫燃料電池中技術(shù)最成熟的是質(zhì)子膜燃料電池(PEMFC)，催化劑作為質(zhì)子交換膜氫燃料電池膜電極(MEA)的關(guān)鍵材料之一?，決定了電池的放電性能和壽命。
燃料電池催化劑種類(lèi)
目前氫燃料電池的催化劑主要分為以下三個(gè)大類(lèi)：
1.鉑(Pt)催化劑
鉑(Pt)具有良好的分子吸附、離解特性，因此鉑催化劑成為最理想、也是當(dāng)前唯一商業(yè)化的催化劑材料。
2.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。
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(jiàn)的是碳基催化劑，如碳納米管、碳纖維、石墨烯等。
常見(jiàn)催化劑漿料分散設(shè)備
理想的催化劑分散狀態(tài)是粒徑小且分布窄的團(tuán)聚體，這樣有助于盡可能多地暴露催化劑，提升催化劑的利用率，同時(shí)也有助于形成良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。目前，已見(jiàn)報(bào)道的有超聲分散、球磨分散、高速剪切分散、高壓均質(zhì)化分散等。
1.超聲分散
用超聲分散來(lái)制作燃料電池催化劑漿料時(shí)，通常先將催化劑用少量水浸濕，再加入乙醇等低級(jí)醇的醇水混合溶劑，然后再加入指定配比的離子樹(shù)脂分散液，最后開(kāi)啟超聲波設(shè)備進(jìn)行分散。但超聲過(guò)程中產(chǎn)生的高速射流在分散催化劑顆粒的同時(shí)也可能導(dǎo)致催化劑顆粒從載體上的脫落和二次團(tuán)聚，還可能促進(jìn)催化劑顆粒的溶解和再沉積。
2.球磨分散
球磨分散是通過(guò)球磨機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)帶動(dòng)研磨介質(zhì)(通常為堅(jiān)硬的瑪瑙球、二氧化鋯球、不銹鋼球、碳化鎢球等)對(duì)被分散物料進(jìn)行強(qiáng)烈撞擊、碾壓、研磨和混合，從而獲得顆粒細(xì)小、均勻性良好的粉體和漿料的過(guò)程。值得注意的是，球磨過(guò)程中，由于研磨球與研磨罐體、研磨球與被分散物料之間的反復(fù)撞擊，碾壓和摩擦，研磨珠會(huì)被磨損從而污染被分散物料，因此，在優(yōu)化球磨分散工藝參數(shù)時(shí)，應(yīng)盡量縮短分散時(shí)間以減小污染風(fēng)險(xiǎn)。
3.高速剪切分散
實(shí)驗(yàn)測(cè)量和數(shù)值模擬研究表明，高速剪切分散裝置不僅能通過(guò)抽吸作用緩解鉑—碳顆粒的沉降，還能通過(guò)狹縫噴射流動(dòng)來(lái)增強(qiáng)混合效果，從而顯著改善鉑—碳顆粒在流場(chǎng)中的分散特性。
4.高壓均質(zhì)分散法
高壓均質(zhì)機(jī)作為一種短時(shí)、快速、高效的動(dòng)態(tài)高壓分散設(shè)備，其應(yīng)用范圍涉及食品、化工、醫(yī)藥、生物科技等諸多領(lǐng)域。相比高速剪切分散法、球磨分散法、超聲分散法制取的燃料電池催化劑漿料，經(jīng)高壓均質(zhì)處理的催化劑漿料顆粒團(tuán)聚體粒徑更小，粒徑分布更窄，比表面積更大，表面吸附的離子樹(shù)脂更多，催化劑漿料的穩(wěn)定性更高，最終制取的催化層裂紋更少更平整，而且由于催化劑顆粒表面吸附了更多離子樹(shù)脂，催化層的親水性和水的滲透速率更高，電化學(xué)性能也更好。
在漿料制備的不同階段，根據(jù)單次實(shí)驗(yàn)所需物料的多少選擇合適的分散設(shè)備，整個(gè)分散過(guò)程聯(lián)合使用多種分散設(shè)備，將可以最大限度地利用各種分散設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步優(yōu)化漿料分散性能，為最終獲取性能優(yōu)異的膜電極打下基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn):
夏國(guó)鋒,徐東紅,方帥男.燃料電池催化劑漿料分散設(shè)備研究 [j].信息記錄材料,2024(11)
