阴离子交换膜水电解（AEMWE）技术进展

阴离子交换膜水电解（AEMWE）技术进展 ：多金属催化剂与超声波喷涂协同创新

研究背景

全球能源向可再生能源转型，氢能成为零碳能源载体。阴离子交换膜水电解（AEMWE）因高能效、低贵金属依赖度，且与风能、太阳能等间歇性可再生能源兼容性好，是规模化生产绿色氢能的重要技术平台。但可再生能源的间歇性和波动性，对电催化剂提出高活性与高结构耐久性的双重要求，同时传统催化剂制备工艺存在活性位点暴露不足、涂层均匀性差、原料利用率低等问题，共同构成 AEMWE 与可再生能源高效集成的关键瓶颈。

技术方案

1. 核心催化剂设计：提出锂掺杂与热解工艺结合的策略，在镍毡上制备自支撑多金属氧化物阳极（NiFeCoLi/NF）。热解过程形成致密且结晶良好的氧化物晶格，牢固锚定在基底上；锂的引入引发晶格收缩、增强金属 – 氧键，同时调控电子结构，提升催化性能。

2. 超声波喷涂制备赋能：采用超声波喷涂技术作为催化剂层关键制备手段，通过 10-180kHz 高频振动将催化剂浆料雾化成 1-10μm 均匀液滴，精准沉积于阴离子交换膜或多孔载体表面，实现以下优化：

– 解决催化剂团聚问题：高频振动打散浆料中金属氧化物颗粒，使 NiFeCoLi 等活性组分均匀分散，活性位点暴露率较传统刮涂法提升 30% 以上；

– 精准控制涂层特性：通过调节浆料浓度（0.1-5mg/mL）、喷涂流量（0.1-5mL/min）等参数，将涂层厚度精准控制在纳米至微米级，保证涂层连续无裂缝，同时减少离子传导死区；

– 提升原料利用率：雾化沉积模式使原料利用率达 90% 以上，远高于传统工艺的 20-30%，降低非贵金属催化剂损耗；

– 兼容多体系适配性：适配高粘度合金催化剂浆料与易团聚的非贵金属体系，通过惰性气氛喷涂避免 Ni 基催化剂氧化，配合热解工艺实现催化剂与载体的紧密结合。

核心性能表现

1. 催化活性：100 mA cm⁻² 下过电位仅 293 mV，Tafel 斜率低至 52 mV dec⁻¹，电荷转移效率与预氧化过程显著提升；超声波喷涂带来的均匀涂层结构使 OH⁻传输阻力降低 20-40%，进一步强化反应动力学。

2. 稳定性：500 mA cm⁻² 下持续运行 500 小时无明显衰减，离子溶解量极低；模拟可再生能源功率波动条件下，耐受 100 小时、60 秒一次的启停循环（3000 次）；均匀致密的喷涂涂层减少电解液渗透，缓解载体腐蚀与活性组分脱落。

3. 电解槽应用：定制 AEM 电解槽中，1.90 V 下实现 2000 mA cm⁻² 高电流密度，1000 mA cm⁻² 下降解率低至 0.09 mV h⁻¹，适配不同温度工况；超声波喷涂的批量生产适配性使膜电极制备重复性误差 < 5%，支持大面积（1 米 ×1 米级）组件规模化制造。

研究结论

该策略通过 “锂掺杂电子调控 + 热解结构优化 + 超声波喷涂工艺赋能” 的协同创新，同步提升电极的催化活性、动态稳定性与量产适配性，既解决了多金属基催化剂活性与稳定性的权衡问题，又通过工艺革新突破传统制备瓶颈。超声波喷涂技术作为关键桥梁，实现了高性能催化剂从实验室研发到产业化应用的转化，为设计适配间歇性可再生能源的低成本、高可靠性电解槽提供了新范式，加速绿色氢能规模化发展。

关于驰飞

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杭州驰飞是超声镀膜系统开发商和制造商，产品主要应用于燃料电池质子交换膜喷涂、薄膜太阳能电池、钙钛矿、微电子、半导体、 纳米新材料、玻璃镀膜、 生物医疗、纺织品等领域。

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