解析AEM-WE发展障碍及超声波喷涂的助力作用
在当今全球积极寻求可持续能源解决方案的大环境下，AEM-WE（阴离子交换膜水电解技术）作为极具潜力的制氢技术，其发展前景备受关注。然而，AEM-WE在迈向广泛应用的道路上，面临着诸多严峻的挑战。
一、AEM-WE的发展障碍剖析
（一）阴离子交换膜和离聚物
AEM（阴离子交换膜）需满足一系列严苛要求，才能在实际应用中发挥理想效能。它必须具备良好的离子导电性，以保障离子在膜内高效传输；拥有出色的热稳定性，能在不同温度条件下稳定工作；具备可靠的机械稳定性，防止在使用过程中发生破损；维持化学稳定性和电化学稳定性，避免与其他物质发生化学反应而影响性能。此外，从商业应用角度出发，AEM还需具备低成本、易加工以及可通过持续工艺生产的特性。但现实情况颇为棘手，在提升AEM性能时，往往需要在机械强度和离子电导率之间艰难权衡。增加AEM官能团负载虽有助于提升离子电导率，却会导致其吸水量上升，进而削弱机械稳定性；而若降低官能团含量，离子电导率又会随之降低，最终致使AEM-WE整体性能下滑。
当前市场上虽有AEM膜出售，但由于生产规模较小，其价格依旧居高不下，在成本方面根本无法与商用PEM（质子交换膜）抗衡。并且，关于AEM膜是否能满足长期耐久性要求，仍有待深入研究和评估。
（二）PGM – Free催化剂
在催化剂领域，现阶段使用镍基OER（析氧反应）电催化剂实现无PGM（贵金属）已成为现实，镍基OER电催化剂目前被视作基准OER电催化剂。然而，对于HER（析氢反应）而言，最先进的电催化剂仍多基于贵金属。更为关键的是，许多在实验室表现优异的催化剂，一旦制成MEA（膜电极组件）并在电解槽中进行实际测试，其催化活性难以有效展现。因此，如何加速电极设计进程，使测试条件更贴合AEM – WE实际工况，而非仅依赖旋转圆盘电极（RDE）测试，从而更精准地预测催化剂在AEM – WE中的实际表现，成为当务之急。尽管在电解槽中测试新材料过程复杂且耗时，但这仍是不可或缺的环节。同时，必须深入研究电催化剂的耐久性，透彻了解其衰减机制并设法减轻影响。但目前仅有少数研究涉及材料的长期耐久性，这使得材料可靠性存疑。
（三）多孔输送层
在AEM – WE中，阳极PTL（多孔传输层）的首选材料为镍。因为在0V以上（相对于可逆氢电极RHE），镍的氧化产物为氧化物或氢氧化物，会使表面钝化。通常，AEM – WE中的阳极PTL多采用泡沫镍，阴极则可以是泡沫镍或碳布。直至今日，PTL依旧是研究的重点和难点所在，因其优化对提升AEM – WEs性能具有极大潜力，却又面临诸多技术难题亟待攻克。
（四）膜电极组件
膜电极组件（MEA）的优化集成，对于提升AEM-WE的性能和耐久性起着关键作用，同时也是实现从稀KOH或K₂CO₃向未来纯水供给转变的重要前提。在当前MEA制造水平下，必须深入研究并优化催化剂、离聚物和膜的合理组合，以增强电极的离子导电性。
此外，还需探索多种方法来优化离聚物（AEI）与电催化剂的界面，以此更好地控制和改善两者之间的相互作用与连接。同时，必须解决与催化层剥离或溶解相关的机械问题。在催化层中结合的AEI，在阳极和阴极催化过程中的作用仍存在诸多未解之谜。另外，诸如PTL等其他组件，也需要进行优化以提高耐腐蚀性，促进气体排出，并降低催化层与PTL之间的界面电阻。
二、驰飞超声波喷涂为AEM-WE发展助力
在AEM – WE面临的重重挑战中，驰飞超声波喷涂技术能够在多个关键环节发挥独特的助力作用。
（一）阴离子交换膜和离聚物制备
在AEM制备过程中，驰飞超声波喷涂技术可将功能性材料均匀地喷涂到膜材料上或内部。通过精确控制超声波频率、振幅等参数，能够精准地将离子传导促进剂等功能性物质均匀分布在膜内，在保证膜机械强度的同时，有效提升离子电导率。相较于传统的涂覆或混合方法，驰飞超声波喷涂技术能确保添加剂在膜内分布更均匀，避免因局部浓度过高或过低影响膜性能。对于离聚物，利用该技术可将离聚物溶液均匀喷涂在电极表面，形成均匀且稳定的离聚物涂层，优化离子传输路径，提升电极与膜之间的离子传导效率，进而提升AEM-WE整体性能。而且，该技术可在一定程度上提高生产效率，降低生产过程中的材料浪费，有助于降低AEM和离聚物的生产成本，提升其市场竞争力。
（二）PGM – Free催化剂制备与应用
在PGM – Free催化剂制备方面，驰飞超声波喷涂技术能够将催化剂活性组分均匀地负载到载体上。通过超声波的高频振动，可使催化剂浆料雾化成极细微且均匀的液滴，精准地控制催化剂在载体表面的负载量和分布情况。这不仅能提高催化剂活性组分的利用率，避免活性组分团聚，还能增强催化剂与载体之间的结合力，提升催化剂的稳定性。在将催化剂应用于MEA时，利用驰飞超声波喷涂技术可将催化剂更均匀地涂覆在电极上，确保催化剂在电解槽中能更有效地发挥催化活性，减少因催化剂分布不均导致的活性差异，使测试条件更接近AEM-WE实际工况，从而更准确地评估催化剂性能。同时，均匀的催化剂涂层有助于提升催化层的耐久性，减少因局部催化剂脱落或失活导致的性能衰减。
（三）多孔输送层处理
对于多孔输送层，驰飞超声波喷涂技术可用于在PTL表面喷涂改性材料，提升其性能。例如，在镍基PTL表面喷涂耐腐蚀涂层时，该技术能确保涂层均匀、致密地覆盖在PTL表面，有效提高PTL的耐腐蚀性，延长其使用寿命。此外，通过喷涂特定的功能性材料，还可优化PTL的气体扩散性能，促进气体在PTL中的传输，降低传质阻力，提升AEM – WE的电解效率。而且，均匀的涂层能降低催化层与PTL之间的界面电阻，进一步提升系统性能。
（四）膜电极组件集成优化
在MEA集成过程中，驰飞超声波喷涂技术可用于优化催化剂、离聚物和膜之间的界面。通过精确控制喷涂参数，将离聚物均匀地喷涂在催化层与膜之间，增强三者之间的结合力，改善离子传导路径，提升电极的离子导电性。同时，该技术有助于解决催化层的机械问题，如通过均匀喷涂粘结剂等材料，增强催化层的附着稳定性，减少催化层剥离或溶解的风险。并且，在优化PTL与催化层界面时，驰飞超声波喷涂技术能够在两者之间形成更稳定、低电阻的连接，全方位提升MEA的性能和耐久性，为AEM – WE技术的发展提供有力支持，助力其突破现有发展障碍，迈向更广阔的应用前景。
关于驰飞
驰飞的解决方案是环保、高效和高度可靠的，可大幅减少过量喷涂，节省原材料，并提高均一性、转移效率、均匀性和减少排放。为企业提供围绕功能涂层的全套解决方案及长期技术支持，保证客户涂层稳定量产；针对特殊器械涂层需求，提供涂层定制研发服务；提供各类涂层代工服务。
杭州驰飞是超声镀膜系统开发商和制造商，产品主要应用于燃料电池质子交换膜喷涂、薄膜太阳能电池、钙钛矿、微电子、半导体、 纳米新材料、玻璃镀膜、 生物医疗、纺织品等领域。
