燃料電池膜電極の開発状況

膜電極 (MEA) は燃料電池のコア コンポーネントであり、ガス拡散層、触媒層、プロトン交換膜で構成されています。多相物質伝達の場であるだけでなく、燃料電池の化学反応の場でもあります。それはバッテリーの全体的な化学的性能に直接的な影響を及ぼし、そのコストはリアクターのコストの 70% を占めます。そのため、膜電極は燃料電池の「チップ」の「心臓部」とも呼ばれています。

一般的に言えば、理想的な膜電極は、高い電力密度、低い白金負荷、長い耐久性と耐用年数、およびその他の性能特性を備えている必要があります。米国エネルギー省は、自動車の膜電極の耐久性を 2020 年までに 5000 時間以内にすることを要求しています。電力密度 …1W/cm2 定格電力。

膜電極の各構成要素に関しては、プロトン交換膜（PEM）は主にパーフルオロスルホン酸膜であり、その他の複合膜、高選択膜、グラフェン修飾膜、高温膜、アルカリ膜はまだ研究段階にあります。近年の研究のホットスポットとフロンティアの方向性。

触媒は主に白金系です。現在主流の触媒層は、活性炭に白金を担持した担持触媒である白金-炭素触媒です。ただし、白金は資源が少なくコストが高い貴金属であるため、低白金触媒と白金を含まない非貴金属触媒の開発は、将来の膜電極企業にとって重要な方向性であると考えられています。

ガス拡散層は、触媒層とプロトン交換膜の間に挟まれ、伝導、放熱、排水の役割を果たします。微細孔層と支持層から構成されています。微細孔層はカーボンブラックと疎水剤で構成され、支持層の材料は主にカーボンペーパーです。

膜電極の主な製造プロセスには、ホットプレス法、勾配法、CCM、規則化の 4 つがあります。その中で、CCMは、コイルツーコイルダイレクトコーティング、スクリーン印刷、スプレーなどの方法を採用して、最初にプロトン交換膜の両側に触媒をコーティングしてCCMを形成し、次にCCMの両側のガス拡散層をホットプレスしてCCMを形成しますフィルム電極を形成します。これは、現在市場で最も広く使用され、商業的に成熟した準備方法です。