未势能源膜电极催化剂浆料制备技术获得新突破!

　　高质量的膜电极制备方法是膜电极大批量生产的基础，也是燃料电池商业化的关键。优化并提升催化剂浆料的工艺与质量是改善催化剂结构、提升膜电极性能和质量的重点研究之一。本文分享未势能源自主研发的一种催化剂浆料的制备方法及工艺。

　　现阶段，燃料电池核心部件膜电极中的催化层是通过将催化剂浆料均匀涂布在基材上后干燥形成的。其中，催化剂浆料的质量对催化层的质量起着决定性作用，只有制备出粒径小且粒径分布均匀的浆料才能够尽可能多的暴露出催化剂的活性位点，发挥出催化剂的催化能力。因此，催化剂浆料的分散工艺至关重要。

　　常用的催化剂浆料分散工艺有超声分散和球磨分散，对于大规模商业化生产用的催化剂浆料，以上分散方法难以将催化剂浆料分散均匀甚至无法有效分散，造成后续涂布出的催化层质量也很差，由此，提出一个催化剂浆料的高效分散方法对于行业发展有重要意义。

　　传统制浆方法制备的浆料及涂层

　　未势能源自主研发了一种独特的催化剂浆料制备工艺，分阶段对催化剂浆料进行高压分散，并通过分阶段调整浆料中溶剂含量，定向调整离聚物在催化剂表面的吸附状态及催化层中的孔径结构。此技术不仅解决了催化剂浆料团聚问题，又可获得均匀无裂纹的催化层，显著提升了燃料电池输出性能。

　　浆料混合及催化层形成过程示意图

　　未势独特的制浆工艺制备的浆料及涂层

　　技术亮点一

　　形成高度分散的催化剂粒子

　　传统制浆工艺采用超声分散或球磨分散方式，仅能将50%以上颗粒直径控制在0.35μm，且放大生产时会存在无法均匀分散问题。未势能源采用多阶分散制浆技术，分阶段对催化剂浆料进行高压分散，实现催化剂颗粒的高度均匀分散，将浆料中50%以上颗粒直径控制在0.15μm以下，且高度分散的催化剂颗粒使浆料稳定时长高达150小时以上，用此浆料制备出表面无缺陷的催化层，为国产膜电极批量化生产提供了基础保障。

　　催化剂颗粒分布示意图

　　技术亮点二

　　实现离聚物在催化剂表面的定向分布

　　传统制浆时仅选用单一的醇水体系，制备的催化剂浆料中离聚物仅能以一种状态存在，无法选择性调控。众所周知，离聚物在不同介电常数的溶剂中存在状态不同，未势能源开发团队通过分阶段调控浆料中溶剂配比，定向调控离聚物在浆料中的存在状态，成功实现离聚物在催化剂上的定向吸附。

　　电解质树脂在催化剂浆料中的存在状态

　　未势能源使用不同溶剂构筑的催化层SEM图

　　技术亮点三

　　构造梯度化催化层

　　传统制浆工艺采用的水醇比单一，获得的催化层中离聚物分布单一，呈柱状分布，此种结构的催化层传质阻力较大。未势能源设计了独特的溶剂含量以及烘干温度，成功实现了离聚物在催化层中定向分布，构造出了离聚物呈梯度分布的催化层。

　　未势能源研发的催化层靠近质子膜侧离聚物含量高，远离质子膜侧离聚物含量低，此设计在降低传质阻力的同时又显著降低了催化层与质子交换膜的接触电阻，可谓是一箭双雕。

　　离聚物在催化层中含量示意图

　　未势能源靠近PEM侧(左)与远离PEM侧(右)催化层的SEM图

　　未势能源采用多阶分散制浆工艺，获得高度分散的催化剂浆料，实现离聚物定向梯度化分布，形成了未势能源特有的商业化膜电极。

　　目前，未势能源已实现了完全自研全新高性能膜电极规模化量产，自主设计的全自动“卷对卷”膜电极生产线，产线全面达产后，可年产膜电极百万片以上，在加速膜电极国产化进程、助力燃料电池技术规模化应用方面起到了重要的推动作用。