Sel bahan api membran pertukaran proton (PEM).adalah antara teknologi yang paling menjanjikan untuk mencapai puncak karbon "" dan neutraliti karbon "." Walaupun sel bahan api PEM telah mengalami pasang surut sejak beberapa abad yang lalu, mereka kini memainkan peranan penting dalam membina masyarakat yang mampan. hari inisel bahan api PEMmenawarkan muatan platinum (Pt) yang jauh lebih rendah berbanding generasi terdahulu. Sebagai contoh, jumlah pemuatan Pt sel bahan api Toyota Mirai generasi pertama (2017), yang merupakan kenderaan sel bahan api PEM pertama yang dikomersialkan, hanya 0.365 mg cm⁻², pengurangan yang ketara berbanding sel bahan api praktikal pertama dari 1962, yang mempunyai muatan Pt sebanyak 35 mg cm⁻² dan menggunakan larutan kalium hidroksida. Kemajuan ketara dalam sel bahan api PEM bukan sahaja disebabkan oleh pembangunan lapisan pemangkin tetapi juga kepada penggantian elektrolit larutan asid/bes tradisional dengan resin asid perfluorosulfonik termaju (seperti Nafion). Sejak diperkenalkan pada tahun 1970-an, bahan-bahan ini telah mengembangkan struktur pemasangan elektrod membran (MEA) dan proses pembuatan yang berkaitan.
sel bahan api PEMtelah menemui aplikasi komersial secara beransur-ansur, seperti berfungsi sebagai sumber kuasa untuk kenderaan. Syarikat seperti Toyota, Hyundai dan Honda telah melancarkan kenderaan sel bahan api di pasaran. Walau bagaimanapun,sel bahan api PEMkini menghadapi persaingan daripada enjin dan bateri pembakaran dalaman, terutamanya disebabkan kosnya yang tinggi dan jangka hayat yang lebih pendek. Untuk mengatasi cabaran ini, pembangunan bahan termaju dan teknologi pembuatan adalah penting. Kemajuan ini memerlukan kerjasama erat antara perniagaan, universiti, institusi penyelidikan, pelanggan dan kerajaan. Dalam proses ini, penyelidikan asas harus menumpukan pada pembangunan MEA yang berprestasi tinggi dan tahan lama, manakala usaha industri harus mempertimbangkan untuk meningkatkan pengeluaran bahan dan komponen utama. Pada masa ini, komponen MEA, termasuk pemangkin, ionomer, membran, dan lapisan resapan gas (GDL), telah berjaya dilaksanakan dalam pengeluaran perindustrian. Walau bagaimanapun, penyepaduan bahan-bahan ini ke dalam MEA sering mengakibatkan kehilangan prestasi yang ketara. Komuniti teknikal telah memberikan perhatian yang besar terhadap keserasian komponen dan telah membangunkan proses pembuatan MEA yang lebih baik berdasarkan pemahaman ini.
2. Kemajuan Terkini dalam Bahan Utama untuk Elektrod Membran
MEA ialah tapak utama untuk tindak balas elektrokimia dan memainkan peranan teras dalam sel bahan api PEM. MEA biasanya terdiri daripada enam komponen utama: pemangkin, ionomer, membran pertukaran proton, lapisan resapan gas (GDL), pelekat, dan bingkai. Mekanisme operasi MEA digambarkan dalam rajah. Tenaga elektrik dijana melalui tindak balas redoks bebas yang berlaku di anod dan katod. Oleh itu, mengkaji kinetik tindak balas redoks ini adalah penting, yang memerlukan pemangkin yang cekap untuk mempercepatkan kinetik tindak balas. Biasanya, pemangkin beroperasi dalam lapisan pemangkin, terletak di antara GDL dan PEM. Untuk memudahkan pemindahan proton dalam lapisan mangkin dan meningkatkan kekuatan mekanikalnya, ionomer dengan sifat pengalir proton perlu digunakan. Komposisi ionomer biasanya sepadan dengan membran pertukaran proton, membolehkan pemindahan proton pantas dari anod ke katod sambil menghalang persilangan hidrogen dan oksigen semasa operasi. Selain itu, GDL hidrofobik pada kedua-dua belah adalah penting untuk pengagihan gas dan menghilangkan kelembapan berlebihan, yang penting untuk pengurusan air dalam sel bahan api. Bahan-bahan ini adalah teras MEA.
