实验室热压机在制造膜电极组件（MEA）中的主要功能是将催化剂层、气体扩散层和质子交换膜物理熔合在一起，形成一个统一的高性能组件。
通过施加特定的高压（例如40 MPa）和受控加热（例如90 °C），该设备消除了层之间的微观间隙。这创建了电化学合成过氧化氢所需的关键电和离子通道。
核心价值 热压机不仅仅是将各层粘合在一起；它是在工程化界面。通过显著降低接触电阻并创建有效的反应物传输通道，压机将松散的材料转化为能够高效生产H2O2的稳定反应器。
MEA制造的力学原理
降低界面电阻
MEA的性能通常受限于电子和离子在层之间的传输能力。
连接各层
压机施加巨大的力将催化剂层压缩到膜上。这最小化了电子必须行进的距离，从而大大降低了欧姆电阻。
创建离子传导路径
压力迫使催化剂材料轻微嵌入聚合物膜中。这建立了连续的离子传导路径，这对于电解过程的功能至关重要。
优化反应物传输
实现活性位点接触
为了发生过氧化氢合成，水和氧气必须到达催化剂层内的“活性位点”。
确保高效输送
压缩可以正确对齐气体扩散层（GDL）的孔隙。这确保了反应物能够有效地输送到催化剂，同时产物（H2O2）可以被提取而不会被困住。
增强稳定性
松散组装的MEA会随着时间的推移而性能下降。热压机创建了一个机械稳定的结构，在合成反应期间保持一致的性能。
理解权衡
过度压缩的危险
施加过大的压力会压碎气体扩散层的多孔结构。如果这些孔隙塌陷，水和氧气将无法到达活性位点，导致传质堵塞，从而扼制反应。
压缩不足的风险
压力或热量不足会导致粘合不牢（分层）。这会导致高接触电阻，引起电压损失和局部过热，从而可能永久损坏膜。
参数敏感性
特定的参数（温度和压力）并非通用。虽然一个过程可能需要90 °C和40 MPa，但另一个过程可能需要130 °C和较低的压力。压机必须提供精确控制，以匹配所用聚合物和催化剂的特定热性能。
为您的目标做出正确选择
为了最大化您的MEA组装过程的有效性，请考虑您的具体优先事项：
- 如果您的主要关注点是能源效率：优先优化压力以最小化接触电阻，确保电压损失降至最低。
- 如果您的主要关注点是长期稳定性：优先精确控制温度以确保热塑性熔合，创建能够承受操作应力的牢固机械粘合。
最终，实验室压机是将原始化学潜力转化为已实现电化学性能的工具。
总结表：
| 特性 | 对MEA制造的影响 | 主要优点 |
|---|---|---|
| 高压 | 消除层之间的微观间隙 | 大大降低欧姆电阻 |
| 受控加热 | 确保组件的热塑性熔合 | 增强机械稳定性和粘合性 |
| 界面工程 | 将催化剂嵌入聚合物膜中 | 创建连续的离子传导路径 |
| 孔隙对齐 | 压缩气体扩散层（GDL） | 优化反应物传输和产物提取 |
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参考文献
- Haiyuan Zou, Lele Duan. Steering acidic oxygen reduction selectivity of single-atom catalysts through the second sphere effect. DOI: 10.1038/s41467-024-55116-x
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
