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【原创】桑莱特姚颖方:“功能基元序构”打造更强膜电极
桑莱特 文章来源自:高工氢电网
2021-12-21 13:36:29 阅读:4840
摘要桑莱特采用‘功能基元序构’的材料研究新范式,实现序构化质子交换膜、催化剂和膜电极。同时,采用抗反极设计和抗自由基设计提升了膜电极的导电性和寿命。

“桑莱特采用‘功能基元序构’的材料研究新范式,实现序构化质子交换膜、催化剂和膜电极。同时,采用抗反极设计和抗自由基设计提升了膜电极的导电性和寿命。”

 

在2021高工氢电年会的电堆与膜电极专场,桑莱特CTO姚颖方博士发表了“多级功能基元序构膜电极及其产业化”的主题演讲。

 

桑莱特 CTO 姚颖方博士.jpg


姚颖方在演讲中表示,自上世纪70年代中后期,材料研究从经验方式(炒菜方式)向可设计方式转变,形成了材料研究的 “组成-结构-性能”的通用范式。但材料合成仍无法完全摆脱科学界“中式厨房”向产业界“西式厨房”的过渡。

 

其局限性主要体现在材料组成和结构调控空间有限,材料性能优化设计的空间有限,这样就限制了按需设计具有变革性性能的新材料。

 

为改变以上情况,武汉理工大学的张清杰校长和南京大学祝世宁院士等共同提出“功能基元序构”材料研究新范式,并申请获批基金委重大研究计划。该范式在原子-分子层次和宏观性能之间引入一个具有特定功能的中间结构层次即材料功能基元,以突破元素种类有限的限制,并通过飞秒激光制造等非传统技术可控构筑复杂结构,为按需设计具有颠覆性性能或新功能的变革性材料提供更广阔的空间。

 

在上述设计理念影响下,桑莱特采用“功能基元序构”的材料研究新范式,构建微纳材料功能基元,实现序构化质子交换膜和催化剂,并且基于多级序构模式,构筑序构化膜电极。同时,桑莱特的膜电极采用抗反极设计和抗自由基设计提升了膜电极的导电性和寿命。

 

具体来看,高性能低铂催化剂有了质的提升:

 

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导电性也得到明显的提高:


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此外,桑莱特还通过在催化层中添加助剂,构筑一维有序电极材料,担载序构催化剂,初步实现序构化膜电极。未来公司还将采用电场、磁场等辅助手段进一步实现序构化膜电极的制备;水冷条件下,实现电极功率密度≥1.35 W/c@0.65 V,铂载量< 0.3 mg/c,处于国内领先水平。

 

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在膜电极的批量制造上,桑莱特进行了多种膜电极制备方式的测定,从目前得到的结果来看,在直涂、喷涂和超声雾化三种方法中,超声雾化得到的效果最好。与锂电池液相反应不同,质子交换膜是气相反应,超声雾化或气喷式的工艺更适合膜电极。桑莱特还研究了直涂对膜电极的影响,公司同时也进行了封装工艺的开发,做了七合一封装设备研发。

 

为保证产品的质量和品质的稳定,桑莱特自主研发了系列快速测试夹具,单电池抗反极性能测试方法、水分渗透实验方法、湿度敏感性等测试方法以及在线监测的控制策略,从而获得了系列具有创新性的单电池测试表征方法和在线监测手段。

 

现阶段,桑莱特在膜电极生产时同步实现快速、准确的在线质检筛查,保障产业化制备的生产节拍,逐步实现智能化工厂的运营。



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