2.5 .Phương pháp nghiên cứu đánh giá tính chất của điện cực màng MEA
2.5.1. Phương pháp chế tạo điện cực màng (MEA)
Bảng 2.2. Các thông số chế tạo điện cực
Anôt Catôt
Xúc tác Ir0.7Ru0.3O2
Đã tổng hợp trong phần 2.3
Pt(40%)/C
Xúc tác thương mại của hãng Alfa Aesar, Mỹ
Phương pháp Quét Quét
Mật độ xúc tác 4 mg/cm2 1 mg/cm2
Bộ phận quan trọng nhất trong PEMWE là điện cực màng MEA. Một MEA điển hình được cấu tạo bởi một màng trao đổi proton (thường là màng Nafion) và hai lớp khuếch tán là giấy cacbon có tẩm chứa các vật liệu xúc tác điện cực đóng vai trị là anơt và catôt đối xứng hai bên màng. Thông tin về điện cực và phương pháp chế tạo được liệt kê trong bảng 2.2. Màng Nafion sử dụng là loại N-117 của hãng Dupont với các thông số cơ bản được chỉ ra trong bảng 2.3.
Bảng 2.3. Các thông số của màng ngăn N-117 của hãng Dupont
Thông số Giá trị
Chiều dày 183 µm
Trọng lượng 360 g/m2
Độ dẫn 0,1 S/cm2
Nồng độ nước (ở 25oC, độ ẩm 50%) 5 %
Hấp thụ nước ở 100oC 38 %
Điện cực màng MEA được chế tạo bằng phương pháp nhiệt để ép lớp điện cực cacbon lên trên màng Nafion. Quá trình nhiệt ép được sử dụng bằng thiết bị ép thủy lực, khuôn ép được chế tạo bằng thép hợp kim. Nhiệt của khuôn ép được làm nóng và duy trì bằng các thanh đốt kim loại sử dụng điện. Quá trình ép được thực hiện như sau: Đầu tiên, xếp các tấm điện cực giấy cacbon và màng Nafion theo thứ tự vào trong khuôn nhôm. Gia nhiệt khuôn ép lên tới nhiệt độ mong muốn. Đặt khuôn nhôm vào trong khuôn ép rồi đưa cả bộ vào trong máy ép thủy lực. Đặt lực ép theo tính tốn trên máy rồi đếm thời gian. Nhiệt độ của khuôn ép sẽ được theo dõi bằng nhiệt kế. Có ba thơng số quan trọng trong q trình ép sẽ ảnh hưởng lên tính chất của MEA là lực ép, nhiệt độ và thời gian ép. Phương pháp nhiệt ép có ưu điểm chính là đơn giản và dễ dàng hơn trong q trình chuẩn bị. Ngồi ra phương pháp này đặc biệt có thể áp dụng sản xuất trong qui mơ lớn. Bảng 2.4 đưa ra các thông số chế tạo MEA sử dụng trong luận án.
Bảng 2.4. Các thông số chế tạo MEA
Thông số Giá trị
Màng ngăn Nafion-117 của hãng Dupont, 30 × 30 mm
Anơt Ir0.7Ru0.3O2, 23 × 23 mm
Catơt Pt(40%)/C, 23 × 23 mm
Thời gian ép 180 giây
Nhiệt độ ép 130oC
Lực ép 18; 20; 22; 24 kg/cm2