鉑炭催化劑漿料的一體化解決方案

均一性與穩(wěn)定性控制

PEMFC（Proton Exchange Membrance Fuel Cells質(zhì)子交換膜型燃料電池）在全球氫燃料電池中占有重要地位，超過80%的市場由此貢獻(xiàn)就此掀開。PEMFC主要由膜電極組件（Membrane Electrode Assembly帶動產業發展，MEA）和雙極板（Bipolar Plate，BPP）組成，MEA是質(zhì)子交換膜燃料電池的最核心組件製造業，其主要構(gòu)成是質(zhì)子交換膜（Proton Exchange Membrane, PEM）保護好，催化劑層（Catalyst Layer，CL）適應性、氣體擴(kuò)散層（Gas Diffusion Layer顯著，GDL）其中，處于“心臟"地位的是催化劑更優美，也稱為“催化劑墨水"需求，占據(jù)45%以上的成本。

PEMFC催化劑在工藝生產(chǎn)中更為一致，主要經(jīng)歷石墨化載體制備各方面、鉑基催化劑制備提升行動、催化劑漿料制備和催化劑漿料涂覆四個(gè)步驟〖夹g交流；钚蕴孔鳛殂K炭催化劑的載體交流，其孔徑大小與孔徑數(shù)量影響著鉑粒子的分布與催化劑的催化效率。在鉑炭催化劑制備時(shí)關註，除了需要控制鉑納米顆粒粒徑在3-5nm溝通協調、粒徑分布窄、在炭上分散均勻外提供堅實支撐，還需對(duì)鉑炭催化劑整體粒徑與粒徑分布進(jìn)行控制和分析活動。催化劑層由催化劑漿料經(jīng)過涂覆工藝形成，催化劑漿料的均一性和分散性將直接影響催化劑層的均勻性創造更多。

奧法美嘉平臺(tái)提供整套的鉑炭催化劑漿料均一性與穩(wěn)定性解決方案還不大，可用于快速評(píng)估、優(yōu)化鉑炭催化劑漿料的配方和工藝：高壓微射流均質(zhì)機(jī)對(duì)鉑炭催化劑進(jìn)行分散均質(zhì)處理開展、Nicomp粒度分析儀分析平均粒徑帶動擴大、AccuSizer顆粒計(jì)數(shù)器分析大粒子濃度，Lum穩(wěn)定性分析儀快速分析鉑炭催化劑漿料穩(wěn)定性簡單化，Entegris-ANOW濾芯過濾雜質(zhì)及大顆粒實現了超越。

 

PEMFC催化劑流程概述

PEMFC催化劑在工藝生產(chǎn)中，主要經(jīng)歷石墨化載體制備開拓創新、鉑基催化劑制備確定性、催化劑漿料制備和催化劑漿料涂覆四個(gè)步驟。高壓微射流均質(zhì)機(jī)均質(zhì)分散催化劑漿料后經(jīng)過過濾通過PSS的Nicomp粒度分析儀測試平均粒徑去完善、AccuSizer顆粒計(jì)數(shù)器測試過大顆粒濃度意料之外、Lum穩(wěn)定性分析儀快速篩選催化劑漿料配方穩(wěn)定性。

圖1 鉑炭催化劑漿料均一性解決方案

鉑炭催化劑漿料粒度控制

鉑炭催化劑是MEA的關(guān)鍵材料之一設備，可以顯著降低化學(xué)反應(yīng)的活化能橋梁作用。其活性直接影響到電池的性能。鉑炭催化劑的粒徑大小促進善治、粒徑分布講故事、均一性等因素對(duì)鉑炭催化劑性能以及后續(xù)工藝起著重要作用。在對(duì)鉑炭催化劑漿料進(jìn)行考察時(shí)求索，主要評(píng)估其平均粒徑大小置之不顧，大顆粒濃度、穩(wěn)定性等指標(biāo)性能穩定。

高壓微射流均質(zhì)機(jī)

PSI-20高壓微射流均質(zhì)機(jī)（小試兼中試型）采用固定結(jié)構(gòu)的均質(zhì)腔引領作用，通過電液傳動(dòng)的增壓器使物料在高壓作用下以極大的速度流經(jīng)交互容腔的微管通道，物料流在此過程中受到高剪切力經驗、高碰撞力、空穴效應(yīng)等物理作用加強宣傳，使得平均粒徑降低、體系均一穩(wěn)定對外開放，由此獲得理想的均質(zhì)豐富內涵、分散或乳化結(jié)果。

l                      最高2069 bar的均質(zhì)壓力效率和安，最高處理量20L/h （PSI-20）

l                      采用特殊設(shè)計(jì)Y型腔，去除尾端大顆粒效果佳邁出了重要的一步，物料的混合更均一產能提升，處理效率高。

l                      屏顯界面品牌，數(shù)據(jù)可溯源：支持?jǐn)?shù)據(jù)導(dǎo)出設(shè)定壓力及實(shí)時(shí)壓力適應能力、監(jiān)測點(diǎn)溫度、實(shí)時(shí)流量節點、時(shí)間等快速增長。

l                      配置K型熱電偶：可用于實(shí)施監(jiān)測料液溫度。

l                      低噪音：運(yùn)行音量低于70分貝，工作環(huán)境友好型通過活化。

平均粒徑檢測

催化劑漿料的粒徑對(duì)其催化活性影響較大，降低催化劑的顆粒大小能有效地提高催化劑的催化活性等形式，但催化劑顆粒在未經(jīng)分散時(shí)容易產(chǎn)生大團(tuán)聚物防控，催化劑顆粒大小增加，比表面積減小的特點，催化活性減小高質量。適當(dāng)?shù)姆稚⒛茉黾哟呋瘎┑幕钚裕M(jìn)而影響MEA的性能適應性。

Nicomp納米激光粒度儀系列

Nicomp系列納米激光粒度儀采用動(dòng)態(tài)光散射原理檢測分析樣品的粒度分布迎難而上，基于多普勒電泳光散射原理檢測ZETA電位。

l                      粒徑檢測范圍0.3nm-10μm激發創作，ZETA電位檢測范圍為+/-500mV

l                      搭載Nicomp多峰算法更高效，可以實(shí)時(shí)切換成多峰分布觀察各部分的粒徑。

l                      高分辨率的納米檢測充分，Nicomp納米激光粒度儀對(duì)于小于10nm的粒子仍然現(xiàn)實(shí)較好的分辨率和準(zhǔn)確度助力各行。

尾端大粒子濃度檢測

CL（催化劑層）一直面臨著陰極氧還原反應(yīng)(ORR)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)緩慢以及質(zhì)量傳輸過電位過高的問題，造成這些問題的一個(gè)重要原因就是CL上催化劑團(tuán)聚體中離聚物對(duì)Pt的覆蓋帶來全新智能，離聚物覆蓋在Pt會(huì)減少催化活性位點(diǎn)造成 ORR活性損失互動互補，而Pt表面高密度過厚離聚物層會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量傳輸過電位增加。對(duì)催化劑進(jìn)行團(tuán)聚體（尾端大粒子）監(jiān)控自主研發，可篩選并優(yōu)化催化劑漿料配方力度，提高催化劑的活性新產品。

AccuSizer顆粒計(jì)數(shù)器系列

AccuSizer系列在檢測液體中顆粒數(shù)量的同時(shí)精確檢測顆粒的粒度及粒度分布求索，通過搭配不同傳感器持續創新、進(jìn)樣器，適配不同的樣本的測試需求積極參與，能快速而準(zhǔn)確地測量顆粒粒徑以及顆粒數(shù)量/濃度合作。

l                      檢測范圍為0.5μm-400μm（可將下限拓展至0.15μm）。

l                      0.01μm的超高分辨率，AccuSizer系列具有1024個(gè)數(shù)據(jù)通道勇探新路，能反映復(fù)雜樣品的細(xì)微差異長遠所需，為研發(fā)及品控保駕護(hù)航。

l                      靈敏度高達(dá)10PPT級(jí)別擴大，即使只有微量的顆粒通過傳感器非常完善，也可以精準(zhǔn)檢測出來。

穩(wěn)定性分析檢測         

分散的鉑炭催化劑會(huì)隨著時(shí)間的變化發(fā)生再聚集讓人糾結，分散的漿料需盡快進(jìn)行下一工序形成催化基層不斷完善，連續(xù)分散過程可以與催化劑漿料的涂布過程同步，允許在分散后立即使用催化劑漿料連續(xù)生產(chǎn)催化劑層全面革新。雖說在實(shí)際生產(chǎn)中連續(xù)生產(chǎn)可以解決部分問題勞動精神，但是體系穩(wěn)定的漿料可以大大降低工藝難度。

LUM穩(wěn)定性分析儀

LumiFuge穩(wěn)定性分析儀可以直接測量整個(gè)樣品的分散體的穩(wěn)定性空間廣闊，檢測和區(qū)分各種不穩(wěn)定現(xiàn)象落到實處，如上浮、絮凝、聚集營造一處、聚結(jié)、沉降等線上線下，通過測量結(jié)果可用來開發(fā)新的配方和優(yōu)化現(xiàn)有的配方及工藝保供。

l                      快速、直接測試穩(wěn)定性有序推進，無需稀釋適應性，溫度范圍寬廣

l                      可同時(shí)測8個(gè)樣品，測量及辨別不同的不穩(wěn)定現(xiàn)象及不穩(wěn)定性指數(shù)

l                      加速離心深入開展，最高等效2300倍重力加速度

過濾

在鉑炭催化劑制備過程中更優美，過濾可有效去除漿料中的尾端大顆粒和其他雜質(zhì)，過濾后的漿料相較于未過濾之前穩(wěn)定性更好，可為后續(xù)催化劑漿料涂覆工藝提供更好的原料更為一致。過濾時(shí)使用不同的膜將會(huì)影響物理攔截，吸附攔截等效果堅定不移，需根據(jù)不同的工藝選擇能相容該產(chǎn)品的濾芯落地生根。

Entegris濾芯

Entegris-Anow是一家高分子微孔膜過濾企業(yè)占，專業(yè)從事MCE、Nylon成效與經驗、PES更讓我明白了、PVDF、PTFE等（膜孔徑為0.03μm~10μm）微孔膜的研發(fā)及生產(chǎn)提供了有力支撐，具有二十多年服務(wù)與醫(yī)藥客戶經(jīng)驗(yàn)飛躍，并為全球生物制藥、醫(yī)療器械積極、食品飲料最為突出、實(shí)驗(yàn)室分析、微電子及工業(yè)等領(lǐng)域的客戶提供過濾特點、分離和凈化解決方案。