膜电极（MEA）作为燃料电池的关键部件，其性能好坏直接影响到燃料电池的发电效率。当前，第三代有序化膜电极正在快速发展，开发高性能膜电极技术备受关注。膜电极由质子交换膜（PEM）与两侧催化剂层（CL）、气体扩散层（GDL）组成，在制备膜电极过程中，有一个重要工艺步骤——热压。
什么是“热压”，膜电极制备为什么要进行“热压”，在这里一起来了解下。
热压处理的必要性主要体现在5个方面：
1，改善催化层与质子交换膜的界面接触特性
通过热压工艺可减少CL、PEM和GDL之间的空隙，使其形成紧密的物理接触。
例如，通常施加5~15 MPa的压强，可以迫使催化剂嵌入PEM表面，降低界面阻抗20~40%左右，从而提升质子传导效率，减小电压损失，提升膜电极的电流密度，有助于高性能燃料电池技术开发应用。同时，通过120~160℃的热压，可使PEM部分软化，与CL形成一定的网络结构，使得催化剂的抗剥离强度提高3~5倍，避免了运行中因湿度变化导致的层间分离。
2，调控孔隙结构，提高传质效率
热压工艺可压缩CL的孔隙率，缩小孔径分布，使得气体、质子的传输路径更短更均匀。通过调整热压时间（通常30-180秒），可形成梯度孔隙结构：CL表层保留较大孔（利于气体扩散），底层形成致密微孔（促进质子传导），可避免水淹或膜干涸的问题。
3，激活质子交换膜性能PEM
在热压过程中，其磺酸基团在高温下可重新排列，形成连续质子通道，从而大幅提高电导率。
4，消除微观缺陷
通过热压引起CL塑性变形，可迫使CL中存在的纳米级气泡或裂纹得到填充，消除缺陷。因此，催化剂的利用率也可以得到20%~30%的提升。
5、工艺参数协同控制
在热压处理过程中，催化层不可避免会受到影响，如何更好地优化热压工艺？目前，学术界做了很多探索，围绕“热压温度T、热压压力P、热压时间t”等关键参数展开研究。膜电极热压的关键在于精准控制温度、压力、时间三要素。
冀公网安备13010402002588