AEM电解水催化剂层制备工艺
催化剂层（CL）的制造涵盖多种技术手段，诸如催化剂喷涂（无论是浆料形式还是其他形态）、电沉积法（电镀，简称ED）、热解法以及丝网印刷等。一个理想的催化剂层应具备广阔的孔隙表面积，以便有效地在电极的多个活性位点间传输反应物和产物。与膜电极组件（MEA）的其他部分相似，CL也需在低界面接触电阻（ICR）与高效的流体传输之间找到精细的平衡点。
从宏观角度看，一个理想的CL展现出平整且多孔的表面，它在气体扩散层（GDL）与催化剂层（CL）的界面处提供了低ICR，同时确保了反应物与产物的顺畅流通。微观层面揭示了构成高电化学活性表面积（ECSA）的微小结构特征，这些特征使得反应物能够渗透至CL表面的细微之处。
进一步放大至纳米级别，则展现了催化剂的活性位点，在这里，反应物（以析氢反应，即HER中的水分子为例）可以通过Volmer-Tafel机制或Volmer-Heyrovsky机制进行反应。
制作方法：
催化剂层（CL）的制造可以采用多种策略，其中最为常见的是催化剂涂层直接涂覆于基底（CCS）和催化剂涂层涂覆于膜上（CCM）两种方法。这两种策略分别涉及将催化剂施加于基底材料或离子传导膜之上。尽管它们各自具有独特的优势和局限性，但当前的主流趋势是倾向于采用CCM方法来生产高效的阴离子交换膜水电解（AEMWE）装置。CCM方法因CL与膜之间的紧密结合而具有较低的内阻，这对电解槽和燃料电池的性能提升极为有利。
此外，该方法还能增大比表面积，有效减少CCS型膜电极组件（MEA）的欧姆电阻达50%，并提升催化剂的利用效率。这些因素共同解释了为何CCM工艺被视为构建高性能电解槽和燃料电池的首选途径。
相比之下，CCS方法以其灵活性著称，允许研究人员自由选择基底材料，并进行必要的预处理，从而避免了可能对CCM配置中膜（尤其是AEM中相对脆弱的膜）造成损害的风险。虽然在AEMWE中进行三电极测量时，CCM配置需要一定的工程设计来正确安置参考电极，但在CCS配置中，三电极测量的实施则相对简便，且可直接在AEMWE中使用相同的电极，无需重复制备。因此，CCS方法在研究新型电催化材料CLs方面应用广泛。
鉴于阳极与阴极的各自特性，以及CCS与CCM方法的优势，研究人员开始探索将这两种方法结合应用于单个电池的可能性。有研究者通过阳极采用CCS技术进行优化，阴极则采用CCM技术，以实现配置的优化。由于CCM阳极的稳定性相对较弱，故选择CCS阳极，这归因于氧化电化学环境与CL之间可能产生的不利相互作用，特别是当使用阴离子交换树脂时，其化学和机械稳定性较低。
无论采用CCS还是CCM方法，CL层的形态控制对于MEA的性能都至关重要。近期有研究通过调整喷涂工艺系统，改变了CL层的孔隙结构。具体而言，采用多步喷涂策略，增加喷嘴与电极间的距离，同时减少每步的催化剂使用量，从而在催化剂表面形成了更加致密的结构。通过调整这些参数，可以优化CL层的孔隙结构，实现表面密度的降低。
催化剂载量的问题远比想象中复杂，因为更高的载量并不总是意味着更好的性能。更多的催化剂意味着更厚的CL，从而增加了气体扩散的阻力。针对阳极和阴极分别使用不同载量的IrO2和40wt.% Pt/C的研究表明，阳极的最佳载量为2mgmetal/cm²，阴极为0.4mgmetal/cm²。计算得出阳极CL的厚度为10.11μm，符合微孔层（MPL）厚度不超过20μm的限制。
虽然CL的厚度对电解槽性能有影响，但最近的研究认为，CL的密度及其催化剂在表面的分布对电池性能的影响更为显著。最佳性能表现是在靠近表面的位置使用密集的催化剂层，这与先前关于GDL/MPL孔隙度梯度的研究结果相吻合。CL的密度与膜转移（MT）过电位的变化相关，而相对于表面的位置则与活化过电位有关。然而，电子转移仅是CL中电荷传输的一部分，离子电荷的传输同样重要。在这方面，阴离子交换离聚体（AEI）发挥着关键作用。
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