实验室热压机在PEMWE组装中的功能是什么？优化MEA的完整性和性能

在质子交换膜水电解器（PEMWE）设备的组装中，实验室热压机的主要功能是将离散的组件统一成一个紧密结合的膜电极组件（MEA）。通过对涂有催化剂的钛纤维毡（阳极）、全氟磺酸膜和阴极材料进行精确的热压处理，压机消除了层与层之间的间隙。这确保了高效电化学反应和长期设备稳定性所必需的紧密接触。

核心要点：实验室热压机是最小化电阻和优化传质的关键工具。它将分离的多孔层和膜转化为一个机械强度高、能够承受高性能电解的叠层。

优化电化学性能

PEMWE设备的有效性在很大程度上取决于其各层之间连接的质量。热压机通过优化电池内部的微观相互作用来解决这个问题。

降低接触电阻

松散组装的组件会产生高电阻，从而以热量的形式浪费能量。

热压机施加受控压力，将钛纤维毡阳极和碳基气体扩散层紧密压合到膜上。这显著降低了界面接触电阻，使电流能够高效地流过叠层。

最大化三相界面

电解发生在“三相边界”，即催化剂、电解质（膜）和反应物相遇的地方。

热压处理促进了该边界处分子级别的接触。通过将催化剂层直接粘合到质子交换膜和集流体上，压机确保了反应位点的传质效率得到优化。

确保机械和结构完整性

除了电气性能，热压机对于电解器叠层的物理耐用性也至关重要。

创建坚固的MEA

PEMWE叠层在运行过程中必须能够承受高内部压力。

热压机通过将多孔传输层（PTL）和气体扩散层（GDL）粘合到膜上，增强了MEA的机械强度。这形成了一个统一的结构，在应力下不易发生分层或物理移位。

气密性密封

适当的封装对于防止泄漏和确保安全至关重要。

通过同时施加热量和压力，压机激活密封机制（通常是热塑性垫圈）。这确保了内部电解质的气密性密封，保持结构完整性，并防止在设备寿命期内气体或流体逸出。

理解权衡

虽然热压是必不可少的，但它需要精细平衡操作参数。这些变量的管理不当可能会损坏敏感组件。

过度压缩的风险

施加过大的压力会压碎多孔钛纤维毡或碳GDL。

如果这些传输层的压实过紧，水和气体的传输通道就会受阻，从而扼制反应。此外，过大的力可能会刺穿薄的质子交换膜，导致立即短路。

热敏感性

温度必须足够高才能软化膜或粘合剂以进行粘合，但又不能高到会降解材料。

热量不足会导致粘合不良和高电阻。相反，过热会热降解全氟磺酸膜，永久降低其离子传导能力。

根据目标做出正确选择

您为热压过程选择的具体参数应与您的主要组装目标一致。

• 如果您的主要关注点是最大化能源效率：优先考虑压力均匀性以最小化接触电阻，确保电池上的压降尽可能低。
• 如果您的主要关注点是长期耐用性：专注于精确的温度控制，以确保完全、气密性的粘合，防止随着时间的推移发生分层和泄漏。

最终，实验室热压机充当了原材料与功能设备之间的桥梁，决定了最终PEMWE系统的效率和寿命。

总结表：

特性	在PEMWE组装中的功能	对性能的影响
热压	将催化剂层粘合到膜上	最大化三相界面效率
施压	将GDL/PTL压合到MEA上	最小化界面接触电阻
结构粘合	形成一个紧密结合的整体叠层	防止在高内压下发生分层
密封激活	热激活垫圈和密封件	确保气密性密封，防止气体/液体泄漏
精密控制	平衡热量和压力水平	保护多孔传输层和膜的完整性

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参考文献

1. Hui Su, Qinghua Liu. Tensile straining of iridium sites in manganese oxides for proton-exchange membrane water electrolysers. DOI: 10.1038/s41467-023-44483-6

本文还参考了以下技术资料 Kintek Solution 知识库 .