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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。

01

燃料電池催化劑種類

目前氫燃料電池的催化劑主要分為以下三個大類：

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的是碳基催化劑，如碳納米管、碳纖維、石墨烯等。

02

常見催化劑分散設(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，同時也有助于形成良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。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(zhì)化分散等。

1.超聲分散

用超聲分散來制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，然后再加入指定配比的離子樹脂分散液，最后開啟超聲波設(shè)備進(jìn)行分散。但超聲過程中產(chǎn)生的高速射流在分散催化劑顆粒的同時也可能導(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

球磨分散是通過球磨機(jī)的轉(zhuǎn)動來帶動研磨介質(zhì)(通常為堅硬的瑪瑙球、二氧化鋯球、不銹鋼球、碳化鎢球等)對被分散物料進(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程。值得注意的是，球磨過程中，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，應(yīng)盡量縮短分散時間以減小污染風(fēng)險。

3.高速剪切分散

實驗測量和數(shù)值模擬研究表明，高速剪切分散裝置不僅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(qiáng)混合效果，從而顯著改善鉑—碳顆粒在流場中的分散特性。

4.高壓均質(zhì)分散法

高壓均質(zhì)機(jī)作為一種短時、快速、高效的動態(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。

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ATS高壓均質(zhì)機(jī)分散催化劑

安拓思納米技術(shù)(蘇州)有限公司成立于2001年，隸屬于上海多寧集團(tuán)，深耕行業(yè)二十多年，是一家專業(yè)從事精細(xì)化工、新能源材料等納米制備設(shè)備與工藝輔助，集技術(shù)研發(fā)、生產(chǎn)、銷售于一體的高新技術(shù)企業(yè)。作為國產(chǎn)第一高壓均質(zhì)機(jī)品牌，ATS為全球客戶提供高性能、高安全、高可靠的納米漿料分散方案。

ATS提供從實驗型到大型生產(chǎn)不同階段需求的設(shè)備及技術(shù)解決方案，經(jīng)ATS高壓均質(zhì)機(jī)分散后的P/t催化劑漿料平均粒徑290.5nm，粒徑分布窄。

以上數(shù)據(jù)來源于ATS復(fù)雜制劑中心

參考文獻(xiàn):夏國鋒,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)