做PEM燃料电池时,很多人会把注意力放在Pt载量、催化剂活性或质子交换膜上,却容易忽略一个更接近制造现场的问题:同一批Pt/C、Nafion和溶剂配出来的催化剂墨水,为什么经过储存、搅拌、剪切和涂布以后,会做出完全不同的催化层?答案并不只是“分散不均匀”。Pt本身会催化NPA等醇类溶剂发生氧化,逐渐生成丙酸、乙酸、丙醛、乙醛、酯类等杂质。这些物质会改变墨水的疏水性、Nafion在Pt/C表面的吸附状态、团聚体尺寸、屈服应力、触变恢复以及干燥过程,最后反映到催化层孔结构和MEA的氧传输性能上。一项PEMFC催化剂墨水研究发现,脱气处理后团聚体平均尺寸由244.7 nm降至199.7 nm,触变恢复率由46.6%升至75.8%,由此制备的MEA在高电流区表现明显改善。更有意思的是,在实验室低固含RDE墨水里,少量丙酸反而可以通过Marangoni流抑制coffee-ring,使电极ECSA从62.7提高到112.2 m² gPt−1。本文从“催化剂墨水为什么会变质”讲起,把溶剂氧化、流变、涂布、干燥和燃料电池性能真正串起来。

一、PEMFC真正的“心脏”为什么不是单独一张膜?
PEMFC,也就是Proton Exchange Membrane Fuel Cell,通常被认为具有高效率、低工作温度和运行端低排放等特点。
但真正决定电化学反应是否高效发生的,并不是单独一张PEM。
更完整的核心结构是:
Membrane Electrode Assembly,MEA。
MEA通常包括:
质子交换膜PEM;
阳极催化层ACL;
阴极催化层CCL;
微孔层MPL;
气体扩散层GDL。
阳极H2发生氧化:
产生Electron。
同时释放Proton。
电子通过外电路。
质子通过PEM。
最终在阴极与O2发生ORR。
所以催化层实际上是:
电子传输、质子传输、气体扩散和电化学反应同时发生的地方。
二、为什么催化层微结构会直接决定燃料电池性能?
一个好的Catalyst Layer并不是简单把Pt/C压到膜表面。
它需要同时存在:
电子通路。
质子通路。
气体孔道。
水传输路径。
如果Ionomer覆盖太少:
Proton Transport不足。
如果覆盖太多:
又会堵塞Gas Transport。
如果Particle Agglomeration严重:
大量Pt就可能埋在团聚体内部,无法真正参与反应。
所以PEMFC制造中真正难的不是“有没有Pt”,而是:
Pt、Carbon、Nafion和Pore怎样在几十微米厚的催化层中分布。
三、Catalyst Ink为什么成为控制催化层结构的第一步?
典型催化剂墨水包含:
Pt/C Catalyst;
Proton-conductive Ionomer,例如Nafion;
Water;
Alcohol类分散介质。
基本过程包括:
Dispersion。
Mixing。
Coating。
Drying。
最终溶剂挥发以后:
墨水中的瞬时微观结构:
就会被“冻结”成最终Catalyst Layer。
从制造角度看,催化层并不是在涂布以后才形成的。很多最终的孔结构、团聚和裂纹问题,在催化剂墨水还装在瓶子里的时候就已经开始了。
四、催化剂颗粒为什么天然喜欢聚在一起?
Pt/C并不是一颗一颗独立漂浮在溶剂中。
由于van der Waals Attraction:
Catalyst Particle会首先形成:
Primary Agglomerate。
典型Particle Size:
约200—300 nm。
这些Primary Agglomerate还会进一步连接:
形成Microscale Secondary Agglomerate。
团聚越严重:
越不利于形成均匀Catalyst Layer。
五、Nafion在墨水里面不只是一个“粘结剂”
Nafion有双重作用。
第一:
它是Proton-conductive Ionomer。
第二:
它能够影响Catalyst Particle Dispersion。
Nafion包含:
Hydrophobic Backbone。
以及:
Hydrophilic Side Chain。
疏水骨架倾向于和Carbon Support相互作用。
亲水Side Chain则暴露到Solvent中。
这种Adsorption可以通过:
Electrostatic Repulsion。
和:
Steric Hindrance。
帮助降低Agglomeration。
六、问题来了:墨水配好以后,成分并不是永远不变
催化剂墨水通常会被理解成一个“物理混合物”。
但真正放置以后:
里面会发生Chemical Reaction。
特别是:
Pt本身就是非常活跃的催化材料。
它不仅能催化燃料电池ORR。
也能催化墨水里的Alcohol Solvent发生Oxidation。
七、研究到底发现了哪些杂质?
| 检测到的杂质 | 类型 | 可能来源 |
|---|---|---|
| Acetaldehyde | 醛 | 醇氧化 |
| Propanal | 醛 | NPA氧化 |
| Acetic acid | 有机酸 | Alcohol进一步氧化 |
| Propionic acid | 有机酸 | NPA进一步氧化 |
| Propyl propionate | 酯 | 酸和醇发生酯化 |
| 1,1-dipropoxypropane | 缩合产物 | NPA与propanal进一步反应 |
八、为什么这些“只有一点点”的杂质会影响整瓶墨水?
真正重要的不是杂质Mass Fraction有多高。
而是它们:
改变了Solvent Environment。
很多氧化产物比原始水/醇体系更加Hydrophobic。
这会改变:
Nafion和Solvent的Compatibility。
原本吸附在Pt/C表面的部分Ionomer:
更倾向于进入Solvent。
也就是:
Free Ionomer增加。
Catalyst Surface上的Ionomer Adsorption减少。
Particle之间Steric Hindrance减弱。
最终:
Agglomeration增加。
九、这其实形成了一条非常完整的劣化链
Pt催化醇氧化
NPA、其他Alcohol逐步生成酸、醛和酯。
Solvent Hydrophobicity ↑
分散介质环境发生变化。
Free Nafion ↑
Ionomer更容易进入溶剂相。
Pt/C Adsorption ↓
颗粒表面稳定作用减弱。
Agglomeration ↑
Catalyst Cluster持续长大。
MEA Transport ↓
最终影响ORR与气体传输。
十、空气和温度会不会让这种氧化更严重?
会。
研究分别比较:
O2 Atmosphere。
和:
N2 Atmosphere。
发现Oxygen会增强Alcohol Electro-oxidation。
Temperature提高:
也会促进Solvent Oxidation。
所以Catalyst Ink Preparation并不是“室温还是温一点都无所谓”。
如果想抑制杂质生成:
需要同时考虑:
N2保护 + Temperature Control。
十一、实验里的HSC Ink到底是什么?
HSC:
High-solid-content Catalyst Ink。
更接近Industrial Coating。
实验使用:
Pt/C:
5.7 g。
其中Pt Loading:
60 wt%。
Nafion Solution:
20.5 g。
NPA + Ultrapure Water:
27 g。
NPA与Water比例:
1:1。
十二、一瓶工业型催化剂墨水是怎样处理的?
先把Pt/C加入:
13.5 g Water。
然后依次加入:
13.5 g NPA。
20.5 g Nafion Solution。
之后进行:
35 kHz超声5 min,15℃。
再进行:
1600 rpm高速剪切30 min。
最后一部分样品:
在:
−0.1 MPa
下:
30 rpm磁力搅拌:
30 min Degassing。
十三、I-ink和D-ink到底是什么?
| Ink | 处理方式 | 用途 |
|---|---|---|
| I-ink | 没有Degassing | 研究自然老化和杂质影响 |
| D-ink | −0.1 MPa脱气 | 研究抑制杂质后的墨水状态 |
两种Ink制备完成以后:
Container还会充入:
N2 Protective Gas。
十四、为什么一个简单Degassing会改变化学组成?
Degassing第一眼看起来只是:
把Bubble抽走。
但这里还有第二层作用:
减少墨水内部Oxygen。
Oxygen变少以后:
Pt催化Alcohol Oxidation:
受到抑制。
因此GC-MS检测到:
D-ink中的多种Oxidation Product明显减少。
十五、为什么这里流变性能比单纯“粘度数字”更重要?
Industrial Coating中的Ink:
不是在一个固定Shear Rate下工作。
储存时:
Shear Rate非常低。
通过Slot Die时:
Shear Rate很高。
涂到PEM以后:
又进入Low-shear Self-leveling。
所以真正理想的墨水应该:
静置时:
有足够高的Viscosity防止Sedimentation。
涂布时:
Viscosity迅速降低。
离开Slot Die以后:
又能够以合适速度重构。
十六、这就是典型Shear-thinning Fluid
D-ink和I-ink:
都表现出:
Shear Thinning。
Shear Rate提高:
Viscosity下降。
这属于Non-Newtonian Behavior。
对于工业Coating:
这反而是一种理想特征。
十七、为什么I-ink的Yield Stress更高?
I-ink:
Yield Stress约:
2.5 Pa。
D-ink:
1.7 Pa。
较高Yield Stress意味着:
Ink更不容易自行Flow。
但在Wet Coating形成以后:
过高的Yield Stress:
会削弱Self-leveling。
导致Film Thickness更加不均匀。
十八、为什么降低Yield Stress反而可能减少催化层裂纹?
湿催化层涂在PEM以后:
需要通过Self-leveling:
逐渐形成比较均匀的Wet Film。
如果Ink几乎不Flow:
局部Thickness Variation会被保留下来。
Drying时:
Pore Size和Solvent Evaporation不均匀。
进一步增加:
Capillary Stress。
最终:
增加Catalyst Layer Cracking Risk。
十九、触变恢复率为什么值得特别看?
实验用Three-interval Thixotropy Test模拟:
Stage 1:
静置。
Stage 2:
高剪切Coating。
Stage 3:
涂布后的Structure Recovery。
D-ink的Thixotropic Recovery:
75.8%。
I-ink:
46.6%。
差距:
29.2个百分点。
这说明脱气的价值并不只是“去掉气泡”。它进一步改变了Nafion-Pt/C之间的吸附和网络重构,使Ink在经历高剪切以后更容易恢复到适合后续干燥的结构。
二十、Gel-Sol Transformation又说明什么?
Oscillatory Shear结果显示:
低Strain区域:
G′ > G″。
意味着Ink更偏:
Elastic-dominant。
当Strain提高到:
大约:
5%—7%
以后:
G′降到G″以下。
结构开始从:
Gel-like。
转向:
Sol-like。
D-ink更容易完成这种Transition。
这与它更好的Self-leveling一致。
二十一、脱气以后Catalyst Cluster真的变小了吗?
是。
DLS测试:
I-ink平均Cluster Diameter:
244.7 nm。
D-ink:
199.7 nm。
并且I-ink的Size Distribution:
出现明显Double Peak。
说明存在较多Large Aggregate。
二十二、Zeta Potential又发生什么?
D-ink:
−32.64 mV。
I-ink:
−29.52 mV。
绝对值更大的Zeta Potential:
通常意味着Particle之间Electrostatic Repulsion更加明显。
所以D-ink:
表现出更好的Dispersion Stability。
二十三、墨水状态最后有没有真正影响MEA?
有。
这是这篇研究最重要的地方。
因为如果只证明:
“墨水粘度变了”。
工业意义其实有限。
研究进一步用Slot-die把Ink直接Coating到:
18 μm PEM。
Coating Speed:
10 mm s−1。
Gap:
100 μm。
Baseplate:
60℃。
二十四、MEA里的Pt Loading是多少?
Cathode:
0.4 mgPt cm−2。
Anode:
0.2 mgPt cm−2。
Single Cell:
25 cm2。
Cell Temperature:
75℃。
H2/Air Stoichiometry:
1.5/2.5。
Relative Humidity:
两侧均:
55%。
二十五、为什么低电流区两个MEA差距不大?
在Electrochemical Polarization Region:
D-ink和I-ink制成的MEA:
Voltage没有明显差异。
这是合理的。
因为:
两种Ink使用的是:
相同Pt/C Catalyst。
Intrinsic Catalytic Activity:
并没有因为Degassing本身改变。
二十六、为什么高电流区差距突然变大?
Current Density提高以后:
系统越来越受到:
Mass Transport。
控制。
如果Catalyst Layer孔结构不均匀。
Agglomerate太大。
Ionomer Distribution不好。
Oxygen从GDL进入Pt Surface:
就会受到更大阻碍。
于是I-ink制成的MEA:
在High Current Density下:
表现出更明显Performance Loss。
二十七、EIS把这个差异解释得更清楚
| 参数 | D-ink MEA | I-ink MEA |
|---|---|---|
| RΩ | 0.0043 Ω | 0.0045 Ω |
| Ranode | 0.0211 Ω | 0.0223 Ω |
| Rcathode | 0.0353 Ω | 0.0604 Ω |
| Rmt | 0.0183 Ω | 0.0255 Ω |
Ohmic Resistance几乎不变。
Anode Resistance也基本不变。
真正拉开差距的是:
Cathode Kinetics + Mass Transport。
二十八、所以墨水老化最终伤的是哪里?
不是Membrane。
也不是Pt本身突然失去Intrinsic Activity。
真正发生变化的是:
Catalyst Layer Microstructure。
更大的Agglomerate。
不均匀Ionomer Distribution。
更差的Pore Structure。
最终:
提高Cathode Resistance。
增加Mass Transport Loss。
二十九、为什么这篇又专门研究了一种LSC Ink?
因为工业MEA和实验室RDE:
用的Ink并不是一回事。
LSC:
Low-solid-content Catalyst Ink。
更多用于:
Rotating Disk Electrode。
也就是实验室Catalyst Activity Evaluation。
RDE最怕的问题之一:
就是:
Film不均匀。
三十、实验室RDE为什么特别容易出现Coffee-ring?
一个Ink Droplet滴在Glassy Carbon以后:
Edge的Evaporation Rate:
通常比Center更快。
为了补充Edge Loss:
Droplet内部形成:
Outward Capillary Flow。
Suspended Catalyst:
不断被带到边缘。
最终干燥后形成:
一圈明显的:
Coffee Ring。
三十一、最反常识的一点:为什么这时Propionic Acid反而有帮助?
研究人员故意向Normal LSC Ink:
加入:
10 μL Propionic Acid。
得到:
P-ink。
Propionic Acid:
Boiling Point更高。
Surface Tension又比原始溶剂更低。
Drying过程中:
它逐渐在Droplet Edge富集。
造成Edge和Center之间:
Surface Tension Difference。
进而形成:
Marangoni Flow。
三十二、Marangoni Flow为什么能和Coffee-ring对着干?
传统Capillary Flow:
把Catalyst推向:
Edge。
而Marangoni Flow:
可以推动Surface Fluid:
从Edge重新向Center运动。
这样就形成一个“反向补偿”。
最终:
Catalyst Deposition更加Uniform。
这也是这篇最有意思的结论:同一种“杂质”并不能简单定义为绝对有害。在工业高固含涂布墨水里,它会破坏分散和流变;但在低固含RDE液滴干燥过程中,它改变表面张力以后,反而可能改善膜的均匀性。
三十三、RDE的ECSA变化有多明显?
| RDE Ink | 特点 | ECSA |
|---|---|---|
| N-ink | 正常低固含Ink | 62.7 m² gPt−1 |
| P-ink | 加入Propionic Acid | 112.2 m² gPt−1 |
ECSA几乎提高:
约79%。
这并不是Pt自身突然变得更加活跃。
而是:
Film Quality变好以后:
更多Pt Surface真正暴露给Electrolyte。
三十四、这对RDE催化剂测试为什么特别重要?
很多Catalyst Paper:
会拿不同Sample的:
ECSA。
Mass Activity。
Half-wave Potential。
直接比较。
但如果不同研究人员:
Ink Composition不同。
Drying Method不同。
Droplet Morphology不同。
那么你测到的“Catalyst Activity差异”:
里面可能已经混进了:
Electrode Preparation Error。
三十五、P-ink的Mass Activity怎么样?
P-ink形成的电极:
Mass Activity:
84.4 mA mgPt−1。
表现优于普通N-ink Electrode。
原因仍然更接近:
Deposition Morphology改善。
而不是Propionic Acid本身成为新的ORR Catalyst。
三十六、为什么“去除杂质”和“增加丙酸”看起来互相矛盾?
实际上并不矛盾。
因为两种Ink面对的是完全不同的Manufacturing Problem。
三十七、工业PEMFC制造真正应该控制哪些Ink参数?
从这项研究来看:
至少不能只记录一个Viscosity。
更合理的Quality Control应该考虑:
GC-MS Impurity Profile;
Cluster Size;
Zeta Potential;
Low-shear Viscosity;
High-shear Viscosity;
Yield Stress;
Shear-thinning Index;
Thixotropic Recovery;
G′和G″;
Coating Quality;
Drying Behavior。
三十八、为什么催化剂墨水的“保存条件”值得单独成为研究课题?
因为Ink Preparation结束以后:
Chemical Evolution并没有停止。
只要同时存在:
Pt。
Alcohol。
Oxygen。
合适Temperature。
就可能继续发生:
Oxidation。
Esterification。
Condensation。
所以Industrial Scale真正应该研究:
Ink Shelf Life。
Storage Temperature。
Container Headspace。
N2 Protection。
以及:
从Mixing结束到Coating开始之间允许放多久。
三十九、人工智能和AI能怎么进入PEMFC催化剂墨水研究?
原研究本身没有使用Artificial Intelligence。
但这个方向其实非常适合Machine Learning。
原因是:
Ink Formula变量非常多。
例如:
Water/Alcohol Ratio。
Nafion Content。
Pt/C Loading。
Solvent Type。
Mixing Energy。
Ultrasonic Time。
Shear Rate。
Temperature。
Storage Time。
Degassing Condition。
这些变量又同时影响:
Viscosity。
Cluster Size。
Coatability。
Pore Structure。
MEA Performance。
未来可以利用AI:
建立:
Formula → Rheology → Coating → Microstructure → Performance
的多变量预测模型。
AI更适合作为Ink Formulation Optimization工具,而不是为了增加搜索量把这项传统燃料电池实验写成“AI燃料电池论文”。
四十、这项研究对PEMFC规模化制造最大的启发是什么?
实验室做MEA:
一瓶Ink配出来以后:
很快就可以Coating。
但工业生产:
Ink Batch更大。
Transport Distance更长。
Storage Time更长。
Production Cycle更复杂。
所以:
Ink Aging会被放大。
如果没有定义:
Impurity Threshold。
Rheology Window。
Cluster-size Window。
Storage Standard。
那么即使Pt/C和Nafion配方完全相同:
不同批次MEA:
性能仍可能明显波动。
四十一、做PEMFC SCI论文,为什么只报一条极化曲线已经不够?
如果研究主题涉及Catalyst Ink或者Catalyst Layer:
一个完整Story最好能够同时回答:
Ink的Chemical Composition有没有变化?
为什么会变化?
Agglomerate Size有没有变化?
Nafion Adsorption状态怎样变化?
Rheology有什么变化?
Coating和Drying怎样变化?
Catalyst Layer Microstructure怎样变化?
EIS是Activation Loss还是Mass-transfer Loss发生变化?
最终MEA Performance怎样变化?
这类:
Ink Property → CL Structure → MEA Performance
的闭环:
比单独报告“Viscosity降低20%”更有说服力。
四十二、SCI发表辅导:燃料电池催化剂墨水文章最容易被Reviewer问什么?
PEM燃料电池、MEA、Pt/C催化剂、Nafion离聚物、催化剂墨水、流变学、Slot-die Coating和Gas Transport都是燃料电池制造领域常见的研究方向。
真正投稿时,如果只写:
“脱气以后燃料电池性能变好。”
通常还不够。
Reviewer更可能继续问:
Degassing真正改变的是Bubble还是Chemical Composition?
杂质到底是什么?
这些杂质怎样改变Nafion Adsorption?
Cluster Size变化是否得到DLS验证?
为什么Yield Stress下降反而有利于Coating?
Thixotropy和实际Slot-die过程怎么对应?
极化曲线改善来自Pt Activity还是Mass Transport?
为什么HSC里Propionic Acid有害,而LSC里却可能有利?
RDE Film Quality会不会导致所谓的Catalyst Activity被高估或低估?
如果已经有PEMFC、MEA、Pt/C、Nafion、催化剂墨水、流变、催化层、ORR、电化学阻抗等方向实验数据、图表或者论文初稿,我们可以提供SCI发表辅导,围绕Research Gap、Ink Formulation、Rheological Mechanism、Catalyst Layer结构、EIS解释、图表逻辑以及目标期刊进一步整理稿件。
对于已经进入投稿、返修或改投阶段的项目,也可以根据实际需求选择投稿无限期服务直到见刊的持续支持方案,在约定服务范围内协助期刊匹配、投稿材料整理、Reviewer Comments分析、返修结构和后续改投。具体审稿周期和最终录用结果仍取决于研究本身的数据完整度、创新性和目标期刊同行评审。
FAQ:PEMFC催化剂墨水常见问题
Q1:PEMFC催化剂墨水通常包含哪些成分?
通常包含Pt/C等催化剂、Nafion等质子导电离聚物、水和醇类分散介质。不同配方会明显影响墨水流变、分散、涂布和最终催化层结构。
Q2:为什么催化剂墨水存放以后会变化?
Pt本身可以催化醇类溶剂氧化,逐渐生成醛、有机酸和酯等杂质,这些化学变化会进一步改变Nafion吸附和颗粒团聚状态。
Q3:研究中检测到了哪些典型杂质?
包括乙醛、丙醛、乙酸、丙酸、丙酸丙酯以及1,1-dipropoxypropane等。
Q4:为什么N2保护有用?
降低氧含量能够减弱Pt催化的醇氧化过程,从而减少墨水在制备和存储阶段继续生成氧化杂质。
Q5:Degassing除了去气泡还有什么作用?
它还可以减少墨水内部氧气,抑制溶剂氧化;同时去除团聚体中的微气泡,有利于Nafion重新吸附到催化剂表面并改善墨水网络结构。
Q6:脱气以后催化剂团聚体尺寸变化多少?
研究中I-ink平均团聚体约244.7 nm,D-ink约199.7 nm,同时D-ink的Zeta Potential绝对值更高,说明分散稳定性改善。
Q7:什么是催化剂墨水的Shear Thinning?
即剪切速率越高,黏度越低。这种性质有利于墨水在储存时保持较高黏度防沉降,而在Slot-die等高剪切涂布过程中降低黏度。
Q8:D-ink和I-ink的触变恢复率是多少?
D-ink约75.8%,I-ink约46.6%,说明脱气后的墨水在经历高剪切以后具有明显更好的结构恢复能力。
Q9:为什么催化剂墨水会影响MEA高电流性能?
墨水状态会决定团聚体和离聚物在催化层中的分布,从而改变孔结构以及O2和水的传输。高电流密度下,传质问题会被明显放大。
Q10:什么是RDE测试中的coffee-ring效应?
催化剂墨水液滴干燥时,边缘蒸发更快产生向外毛细流,使颗粒不断迁移到边缘,最终形成环形沉积,从而造成电极膜不均匀。
Q11:为什么丙酸有时反而能改善RDE电极?
少量丙酸可以改变液滴表面张力分布,增强Marangoni flow,使部分颗粒由边缘重新迁移向中心,减轻coffee-ring现象。
Q12:加入丙酸以后RDE的ECSA变化多少?
普通N-ink电极约62.7 m² gPt−1,而P-ink电极达到约112.2 m² gPt−1,差异很大,因此RDE膜质量本身会明显影响催化剂活性评价。
Q13:AI可以用于PEMFC催化剂墨水优化吗?
可以。机器学习可以同时处理溶剂比例、Nafion含量、固含量、剪切工艺、储存时间和流变参数等多变量,用于预测涂布质量、催化层结构和MEA性能,但仍需要实验数据进行训练和验证。
结语:一瓶催化剂墨水,可能在涂到膜上之前就已经决定了MEA性能
这项工作最有价值的地方:
并不是发现:
“Degassing有用。”
而是把它为什么有用:
一直追到了Chemical Level。
Pt/C不仅是最终ORR Catalyst。
在Ink中:
它还会催化Alcohol Oxidation。
NPA和其他Alcohol:
逐步生成:
Propionic Acid。
Acetic Acid。
Propanal。
Acetaldehyde。
Ester。
这些杂质又改变:
Solvent Hydrophobicity。
Nafion Adsorption。
Cluster Size。
Rheology。
最后:
改变Catalyst Layer。
实验里:
I-ink Cluster:
244.7 nm。
D-ink:
199.7 nm。
D-ink Thixotropic Recovery:
75.8%。
I-ink:
46.6%。
最终MEA里:
Degassing以后Cathode Resistance:
从:
0.0604 Ω
降到:
0.0353 Ω。
Mass-transfer Resistance:
从:
0.0255 Ω
降到:
0.0183 Ω。
这就把:
Ink Chemistry → Rheology → Agglomerate → Catalyst Layer → Mass Transport → MEA Performance
完整连接起来了。
但这篇还有另一层更值得注意的结果。
工业HSC Ink:
应该尽量控制Impurity Generation。
而实验室LSC Ink:
如果人为加入少量Propionic Acid:
反而可以借助:
Marangoni Effect。
减轻Coffee-ring。
使RDE ECSA:
从:
62.7 m² gPt−1
提高到:
112.2 m² gPt−1。
所以真正应该得到的结论并不是:
“丙酸好”
或者:
“丙酸坏”。
而是:
催化剂墨水必须根据最终制造过程来设计。
Industrial Slot-die Coating关注:
Storage Stability。
Rheology。
Self-leveling。
Pore Structure。
实验室RDE则更关注:
Droplet Drying。
Film Uniformity。
真正走向PEMFC规模化制造以后:
未来还需要进一步回答:
一批Ink到底可以保存多久?
杂质达到多少以后必须报废?
Temperature和Oxygen应该控制在什么范围?
怎样在线监测Viscosity、Cluster Size和Chemical Aging?
不同Slot-die Speed下最合适的Rheology Window是多少?
以及:
怎样把这些Ink Quality Parameter真正和百万片级MEA的一致性关联起来。
对于PEM燃料电池来说,高性能催化剂当然重要,但真正到了制造阶段,一瓶状态不稳定的催化剂墨水,完全可能让一颗性能很好的Pt/C最终做成一张表现平庸的MEA。