“PEM电解槽MEA的制备是一个复杂的过程，其中涂布环节最为关键。温度、褶皱、转印的参与量、厚度的均匀性等，都需要很长时间的摸索。”隆深氢能总经理丁彦春表示。
在2022（第四届）高工氢电产业峰会上，隆深氢能总经理丁彦春发表了“PEM电解槽制氢及MEA制程”的主题演讲。他着重介绍了PEM电解槽MEA的制备过程，质子交换膜、催化剂以及气体扩散层等三大关键材料的性能及要求，以及隆深氢能的实践经验。
PEM电解槽MEA制造核心材料
PEM电解水制氢技术具有工作电流密度高、总体效率更高、产氢纯度高、产气压力高、动态响应速度快、高负载灵活性等关键优势，因此PEM电解水制氢具有广阔的发展前景。
在PEM电解水制氢系统中，电解槽是最关键的部分， PEM电解槽主要部件由内到外依次是质子交换膜、阴阳极催化层、阴阳极气体扩散层、阴阳极端板等。其中扩散层、催化层与质子交换膜组成膜电极，是整个水电解槽物料传输以及电化学反应的主场所，膜电极特性与结构直接影响PEM水电解槽的性能和寿命。
而PEM电解槽膜电极的制备与质子交换膜、催化剂和气体扩散层三大核心材料密切相关。
质子交换膜方面，电解水制氢所用质子交换膜多为全氟磺酸膜，制备工艺复杂，如科慕Nafion™系列膜、陶氏XUS-B204膜、旭硝子Flemion®膜、旭化成Aciplex®-S膜等。科慕Nafion™系列膜具有低电子阻抗、高质子传导性、良好的化学稳定性、机械稳定性、防气体渗透性等优点，是目前电解制氢选用最多的质子交换膜。国内的企业中，东岳未来氢能和武汉绿动都已经开发出了用于PEM电解槽的质子交换膜。
催化剂方面，理想电催化剂具有抗腐蚀性、良好的比表面积、气孔率、催化活性、电子导电性、电化学稳定性以及成本低廉、环境友好等特征。PEM电解槽的催化剂阳极和阴极所用的材料有较大的不同，其中阴极析氢（HER）电催化剂主要以Pt、Pd贵金属及其合金为主；阳极析氧（OER）电催化剂则选用抗氧化、耐腐蚀的Ir、Ru等少数贵金属或其氧化物。
气体扩散层方面，阴极通常使用碳材料，如碳纸、碳布和碳毡等，阳极则主要用钛网、钛板和钛毡等钛材料。
涂布是PEM电解槽MEA制备的关键环节
介绍完PEM电解槽MEA的核心材料，丁彦春分析了PEM电解槽MEA制备的流程和关键关节，在浆料制备、CCM制备、五合一制备和六合一制备四大环节中，CCM制备最为复杂，对技术和经验的要求最高，也是影响PEM电解槽品质的核心所在。
“PEM电解槽MEA的制程中，涂布环节最为关键。温度、褶皱、转印的参与量、厚度的均匀性等，都需要很长时间的摸索。”隆深氢能总经理丁彦春表示，现阶段PEM电解槽MEA制备工艺的不同主要体现在CCM制备上，根据涂布方式的不同，有三者不同工艺可供选择。
其一是裁切+喷涂+热压整平；其二是裁切+狭缝涂布+平板转印；其三是裁切+狭缝涂布+热辊转印。在CCM制备过程中，转印同样十分关键的，其对转印膜的要求非常高，同样要求最后成品的厚度偏差控制在5%以下。
作为一家专业的氢能设备提供商，隆深氢能逐渐不断在MEA制造领域攀登新的高峰。2019年，隆深氢能国内首条全自动化MEA全制程生产线交付试产，CCM卷对卷双面涂布生产线交付投产，MEA五层卷材贴合交付生产；2020年，公司MEA高速封装线(10PPM)交付投产，国内首条CCM卷对卷双面热转印生产线交付试产；2021年，公司CCM高速双面涂布线突破25m/min，GDL卷对卷全套生产线(疏水、涂布、烧结)交付投产。
随着技术的进步和经验的积累，隆深氢能开始把MEA制造的触角向电解水制氢领域延伸。
现阶段，隆深氢能在PEM电解槽MEA制造方面已经取得了较大的进展。公司自2021年成功开发处PEM电解槽涂布、转印设备之后，已经逐步建立起较为完整的PEM电解槽MEA制造设备矩阵，涵盖CCM喷涂机、CCM涂布机、六合一封装线、电堆组堆线等多个关键制造环节。
原文始发于微信公众号（高工氢电）：隆深氢能丁彦春：PEM电解槽MEA制备的核心与难点
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