使用高压微射流均质技术解决氢燃料电池膜电极催化剂分散的难题
2022-09-08 17:49:37
氢能是未来国家能源体系的重要组成部分。为促进氢能产业规范有序高质量发展，国家发展改革委、国家能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》提出：到2025年，基本掌握核心技术和制造工艺，燃料电池车辆保有量约5万辆，部署建设一批加氢站，可再生能源制氢量达到10-20万吨/年，实现二氧化碳减排100-200万吨/年。到2030年，形成较为完备的氢能产业技术创新体系、清洁能源制氢及供应体系，有力支撑碳达峰目标实现。到2035年，形成氢能多元应用生态，可再生能源制氢在终端能源消费中的比例明显提升。由此可见氢能源的合理利用和发展是一项非常重要的发展任务。
氢燃料电池是氢燃料电池车的核心部分，也是整个技术产业链里的重中之重，氢燃料电池技术的发展和革新直接影响到整个大汽车产业的发展进程。膜电极（MEA）作为氢燃料电池或系统的核心八大件之一，国产化的MEA对整个燃料电池降本非常重要，膜电极结构设计和制备工艺非常复杂，整个研发周期长、技术壁垒高，实现规模化量产难度十分高。目前已经发展出两代成熟的工艺，代的膜电极制备工艺采用热压法，第二代是催化剂直接涂膜技术，提高了催化剂的利用率，提高了氢离子在催化剂层的扩散和运动，从而提高膜电极性能。
以下是膜电极催化剂的制备和分散基本步骤：1先准备物料阳极浆料：重量比约15%的Pt-C催化剂、重量比约40%的去离子水和40%的甲醇类有机溶剂、约5%的聚离体溶液做粘合剂；阴极浆料：重量比约20%的Pt-C催化剂、重量比约35%的去离子水和35%的甲醇类有机溶剂、约10%的聚离体溶液做粘合剂。2使用桨式搅拌器将浆料初步分散混合均匀。3使用高压微射流均质机，在合适的压力下将浆料经过Y型金刚石交互容腔数次，以达到良好的Pt-C粒径分散效果，一般是数百纳米这样的粒径4分散后的浆料使用纳米激光粒度仪检测是否粒径分布满足要求，如未达到要求再更改均质工艺重新进行均质分散。5分散好的催化剂浆料进行喷涂或刮涂成膜进入下一道工序使用。
美国Nanogenizer实验型高压微射流均质机是新一代使用对射流金刚石交互容腔的高压均质机，也称为纳米均质机，其利用高的液压压力（数百MPA）将物料压人微米级的金刚石通道形成音速射流进行强烈的对撞、剪切和混匀作用，可讲物料内颗粒细化均一至纳米级别，由此提高产品的各项指标性能，比如透明美观，包封缓释，增强性能，改善口感气味，降敏提功效，可均质纳米乳，脂肪乳，脂质体，纳米粒，细胞破碎，纳米混悬分散，化妆品脂质包裹原料，化学机械抛光液、导电高分子、碳材料分散和各种纳米氧化物分散以及营养食品功能食品均质等，广泛应用于制药，生物技术，化妆品，精细化工，新能源材料和食品饮品等行业。
