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現(xiàn)階段，燃料電池核心部件膜電極中的催化層是通過將催化劑漿料均勻涂布在基材上后干燥形成的。其中，催化劑漿料的質(zhì)量對催化層的質(zhì)量起著決定性作用，只有制備出粒徑小且粒徑分布均勻的漿料才能夠盡可能多的暴露出催化劑的活性位點，發(fā)揮出催化劑的催化能力。因此，催化劑漿料的分散工藝至關(guān)重要。
常用的催化劑漿料分散工藝有超聲分散和球磨分散，對于大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)用的催化劑漿料，以上分散方法難以將催化劑漿料分散均勻甚至無法有效分散，造成后續(xù)涂布出的催化層質(zhì)量也很差，由此，提出一個催化劑漿料的高效分散方法對于行業(yè)發(fā)展有重要意義。
?傳統(tǒng)制漿方法制備的漿料及涂層
未勢能源自主研發(fā)了一種獨特的催化劑漿料制備工藝，分階段對催化劑漿料進行高壓分散，并通過分階段調(diào)整漿料中溶劑含量，定向調(diào)整離聚物在催化劑表面的吸附狀態(tài)及催化層中的孔徑結(jié)構(gòu)。此技術(shù)不僅解決了催化劑漿料團聚問題，又可獲得均勻無裂紋的催化層，顯著提升了燃料電池輸出性能。
?漿料混合及催化層形成過程示意圖
?未勢獨特的制漿工藝制備的漿料及涂層
技術(shù)亮點一
形成高度分散的催化劑粒子
傳統(tǒng)制漿工藝采用超聲分散或球磨分散方式，僅能將50%以上顆粒直徑控制在0.35μm，且放大生產(chǎn)時會存在無法均勻分散問題。未勢能源采用多階分散制漿技術(shù)，分階段對催化劑漿料進行高壓分散，實現(xiàn)催化劑顆粒的高度均勻分散，將漿料中50%以上顆粒直徑控制在0.15μm以下，且高度分散的催化劑顆粒使?jié){料穩(wěn)定時長高達150小時以上，用此漿料制備出表面無缺陷的催化層，為國產(chǎn)膜電極批量化生產(chǎn)提供了基礎(chǔ)保障。
?催化劑顆粒分布示意圖
技術(shù)亮點二
實現(xiàn)離聚物在催化劑表面的定向分布
傳統(tǒng)制漿時僅選用單一的醇水體系，制備的催化劑漿料中離聚物僅能以一種狀態(tài)存在，無法選擇性調(diào)控。眾所周知，離聚物在不同介電常數(shù)的溶劑中存在狀態(tài)不同，未勢能源開發(fā)團隊通過分階段調(diào)控漿料中溶劑配比，定向調(diào)控離聚物在漿料中的存在狀態(tài)，成功實現(xiàn)離聚物在催化劑上的定向吸附。
?電解質(zhì)樹脂在催化劑漿料中的存在狀態(tài)
?未勢能源使用不同溶劑構(gòu)筑的催化層SEM圖
技術(shù)亮點三
構(gòu)造梯度化催化層
傳統(tǒng)制漿工藝采用的水醇比單一，獲得的催化層中離聚物分布單一，呈柱狀分布，此種結(jié)構(gòu)的催化層傳質(zhì)阻力較大。未勢能源設(shè)計了獨特的溶劑含量以及烘干溫度，成功實現(xiàn)了離聚物在催化層中定向分布，構(gòu)造出了離聚物呈梯度分布的催化層。
未勢能源研發(fā)的催化層靠近質(zhì)子膜側(cè)離聚物含量高，遠離質(zhì)子膜側(cè)離聚物含量低，此設(shè)計在降低傳質(zhì)阻力的同時又顯著降低了催化層與質(zhì)子交換膜的接觸電阻，可謂是一箭雙雕。
?離聚物在催化層中含量示意圖
未勢能源靠近PEM側(cè)（左）與遠離PEM側(cè)（右）催化層的SEM圖
未勢能源采用多階分散制漿工藝，獲得高度分散的催化劑漿料，實現(xiàn)離聚物定向梯度化分布，形成了未勢能源特有的商業(yè)化膜電極。
目前，未勢能源已實現(xiàn)了完全自研全新高性能膜電極規(guī)?；慨a(chǎn)，自主設(shè)計的全自動“卷對卷”膜電極生產(chǎn)線，產(chǎn)線全面達產(chǎn)后，可年產(chǎn)膜電極百萬片以上，在加速膜電極國產(chǎn)化進程、助力燃料電池技術(shù)規(guī)?；瘧?yīng)用方面起到了重要的推動作用。
