阴离子交换膜电解水系统中电解质进料的影响机制与性能调控 电解质进料是调控阴离子交换膜电解水系统（AEMWE）性能与运行稳定性的核心因素，其通过精准控制电极-电解质界面的pH环境，直接影响界面反应动力学与离子传输效率。其中，支持电解质的浓度调控尤为关键——合理的浓度水平是保障离子电导率、维持水分解反应持续高效进行的基础。工业实践中，通常向电解体系供给质量分数1~10%的碱性水溶液，该浓度范围可在保障离子传导效率的同时，避免过高浓度引发的膜溶胀或电极腐蚀问题。 进料模式对系统稳定性的调控作用 现有研究已证实，电解质的进料模式（单侧/双侧进料、对称/不对称进料）对AEMWE的长期运行性能存在显著影响。某团队在50℃条件下，以催化剂涂覆基底（CCS）工艺制备膜电极组件（MEA），采用胺化Radel聚砜作为离聚物，系统探究了去离子水（DIW）不同进料模式的影响规律，获得了具有指导意义的实验结论： - [...]
干阴极碱性阴离子交换膜电解水中的离聚物效应 在干阴极碱性阴离子交换膜（AEM）电解水（AEMWE）技术中，AEM是决定系统性能的核心组件。理想的AEM需同时满足多重性能指标：高氢氧根（OH⁻）离子电导率以保障离子传输效率，优良的机械强度与热稳定性以适应电解工况，适度的吸水率（WU）以平衡离子传导与结构稳定性，以及良好的化学稳定性以抵抗碱性腐蚀。AEM的核心结构特征是聚合物主链上接枝的阳离子基团，这些基团不仅赋予膜对阴离子的选择性透过能力，更是离子导电功能的核心载体。 离聚物作为AEM的关键组成，其阴离子传输能力很大程度上依赖于膜的保水能力（即WU）——OH⁻的迁移需以水合离子形式进行，膜内水分的维持直接影响离子传输通道的完整性。道南排斥效应虽能显著抑制氢氧化钾（KOH）等电解质的渗透，但在离子溶剂化膜体系或高浓度KOH（≥1 M）环境中，仍可能存在微量残留渗透现象。这种渗透会破坏膜的离子选择性，还可能加速电极催化层的性能衰减，因此在实际应用中需重点规避。 膜的离子交换容量（IEC）是调控保水能力（WU）的核心物理参数，这使得IEC在干阴极配置中占据关键地位，尤其在高电流密度长期运行场景下，水管理效率直接决定电解系统的稳定性与能耗水平。从定义来看，IEC表示单位重量AEM中可交换离子的数量，常用单位为meq·g⁻¹或mmol·g⁻¹。目前主流的IEC测量方法包括滴定法、光谱法（如紫外-可见光谱UV-Vis）及离子选择法等，这些方法可通过直接或间接测量H⁺或OH⁻的交换量实现精准定量。 [...]
超声波涂覆钴基催化剂 超声波涂覆钴基催化剂助力CO₂精准转化为甲醇 在“双碳”目标引领下，CO₂资源化利用成为破解能源危机与环境问题的关键路径。电催化还原CO₂制甲醇因条件温和、产物价值高而备受关注，但其核心瓶颈在于如何提升催化剂的选择性与稳定性。近年来，超声波喷涂机在钴基催化剂涂覆中的应用，为实现CO₂到甲醇的“精准”转化提供了全新技术方案，推动该领域迈向实用化新阶段。 传统催化剂涂覆技术如刮涂、旋涂等，常面临涂层厚度不均、催化剂团聚、活性位点暴露不足等问题，导致CO₂转化过程中副产物多、甲醇收率偏低。而超声波喷涂技术凭借独特的雾化机制，从源头解决了这些痛点。其工作原理是通过高频超声波振动，将钴基催化剂浆料破碎成直径仅数微米的均匀液滴，这些液滴在气流带动下精准附着于电极基底，形成致密且多孔的催化涂层。 钴基催化剂本身具有优异的CO₂吸附活化能力，其表面的Co³⁺活性位点能有效降低CO₂转化的能垒。但传统涂覆方式易导致催化剂颗粒团聚，使得大量活性位点被包裹而无法发挥作用。超声波涂覆技术形成的涂层不仅厚度均匀可控，更能让钴基催化剂颗粒以单分散或低聚状态分布，显著增加活性位点的暴露数量。实验数据显示，采用该技术涂覆的催化剂，活性位点利用率较传统方法提升40%以上，为甲醇的高效生成奠定了基础。 [...]
干阴极碱性阴离子交换膜电解池的结构设计与优化 尽管碱性阴离子交换膜电解技术（AEMWE）近年来发展迅速，但在电解池核心结构设计与操作参数匹配方面，尤其是干阴极这一特殊配置的研发中，仍缺乏系统认知与统一标准。电解池的结构性能直接决定了电解效率与长期稳定性，其核心组成包括双极板（BPP）、多孔传输层（PTL）的材料选型及电极体系的合理构建，这些组件的协同作用共同保障电解过程的高效进行。 一、双极板（BPP）的设计与材料选择 双极板作为电解池的关键承载部件，承担着电流均匀传导、反应物与产物的流体分配、电堆结构支撑等多重功能，其成本占比可达电堆总成本的40%，是控制设备经济性的核心环节。在碱性电解环境下，双极板的材料选择需同时满足导电性、耐腐蚀性与结构稳定性的要求，不同电极侧的工况差异进一步增加了选型难度。 阴极侧由于处于相对温和的还原环境，石墨材料因优异的化学稳定性与导电性成为传统选择。而阳极侧因面临氧化腐蚀风险，常采用钛（Ti）等耐蚀金属。除上述材料外，不锈钢（SS）、镍（Ni）等金属也被尝试用于双极板制造，这类材料的突出优势在于成本较低且机械加工性能优异，有助于降低规模化应用的门槛。但需警惕的是，金属材料在碱性电解长期运行中易发生表面钝化或腐蚀剥落，不仅会导致接触电阻升高，腐蚀产物还可能污染电极与膜组件，最终损害系统整体效能，因此材料表面改性或涂层保护技术的配套应用至关重要。 [...]
超声波喷涂铜基催化剂 ：赋能CO₂精准电催化制甲醇 双碳目标下，CO₂资源化利用成为破解能源与环境难题的关键路径。其中，CO₂电催化还原制甲醇因产物易储存、用途广泛等优势备受关注。铜基催化剂是该领域的核心材料，但传统制备方法常导致活性位点分布不均、电子传导受阻，制约了甲醇转化的选择性与效率。超声波喷涂技术的应用，为铜基催化剂的精准构筑提供了新方案，显著提升了CO₂到甲醇的“定向”转化能力。 超声波喷涂技术的核心优势在于实现催化剂膜层的均匀可控沉积。与传统涂覆方式相比，其通过高频超声波振动将铜基催化剂浆料雾化成粒径均一的微米级液滴，这些液滴在电场作用下精准附着于电极基底，形成厚度均一、孔隙结构合理的催化膜。这种均匀性避免了传统制备中“热点区域”的形成，减少了H₂、CO等副产物的生成，让CO₂转化更聚焦于甲醇路径。实验数据显示，采用该技术制备的催化剂膜层厚度偏差可控制在5%以内，活性位点暴露量提升30%以上。 催化剂的组分调控是实现精准转化的另一关键。超声波喷涂过程中，可通过实时调节浆料浓度、喷涂速率与基底温度，精准控制铜基催化剂中活性组分的分布与晶相结构。例如，在铜基催化剂中引入锌、锡等辅助元素时，该技术能确保掺杂元素与铜颗粒均匀融合，形成稳定的合金相，优化催化剂表面电子结构。这种精准调控使CO₂分子在催化剂表面的吸附与活化路径更可控，显著降低了甲醇生成的能垒，将甲醇法拉第效率提升至55%以上。 [...]
干阴极AEM电解水技术的发展展望 采用干阴极配置的阴离子交换膜电解水技术（AEMWE）在多个维度展现出应用优势：其简化的水管理系统可降低操作复杂度，适配非腐蚀性工作环境的特性不仅减少设备腐蚀风险，更能显著降低资本投入与运行成本，提升技术经济性。电解池性能的核心影响因素涵盖材料体系（离聚物及阴离子交换膜）、操作条件（温度、流速、电解质进料方式）与电解池结构（流场分布模式），这些参数的耦合作用直接决定了系统的能量转换效率与长期稳定性。尽管该技术已展现出替代传统电解水配置的巨大潜力，但目前针对干阴极AEMWE的系统性数据仍较为匮乏，结合现有研究成果，可从以下几方面开展针对性研究以填补空白。 一、关键参数的优化方向 在干阴极体系中，阴极侧的电解质与反应所需水分完全依赖阴离子交换膜（AEM）的扩散供给，因此膜材料的离子交换容量（IEC）与吸水率（WU）的协同调控至关重要。二者存在明确的关联机制：IEC过低会导致WU不足，引发阴极区域"干涸"现象，抑制氧还原反应进行；而IEC过高则会使膜材料过度溶胀，破坏膜结构完整性与离子传输通道稳定性，同样影响电解性能。 基于上述特性，采用阴阳极离聚物差异化配置策略可实现性能优化：阳极侧因持续有液体进料供给，选用疏水性更强的离聚物可减少液膜阻抗，提升析氧反应动力学；阴极侧则需优先保障水合环境，尤其在高电流密度工况下，亲水型离聚物能通过强吸水特性维持反应区域湿润状态，为OH⁻离子传输提供保障。 [...]
超声波喷涂制备阴离子交换膜 阴离子交换膜作为燃料电池、水电解器等能源装置的核心组件，其离子传导效率与力学稳定性直接决定器件性能。超声波喷涂技术凭借雾滴均匀、膜厚可控的优势，成为制备高性能阴离子交换膜的关键手段。这一过程中，喷涂溶液的配方设计与基材的性能匹配，是实现膜材料结构与功能协同的核心要素。 喷涂溶液的组分调控是决定膜性能的基础。聚合物基质的选择需兼顾离子传导与化学稳定性，通常以含季铵盐、咪唑鎓等阳离子基团的聚烯烃衍生物为核心，这类材料既能提供充足的离子传输位点，又能抵抗碱性环境的侵蚀。为优化溶液的成膜性，需将聚合物与功能化试剂按特定比例溶解于混合溶剂中，常用的醇类与酰胺类混合体系可有效调节溶液黏度——黏度控制在5-20 mPa·s范围内时，既能避免雾滴团聚，又能保证膜层连续无针孔。此外，溶液的稳定性至关重要，通过控制固含量在8%-15%之间，并加入少量分散剂，可防止溶质沉降，确保喷涂过程的一致性。 基材的性能则直接影响膜的力学支撑与界面结合效果。理想的基材需具备优异的力学强度与化学惰性，目前应用较广的包括聚四氟乙烯微孔膜、聚乙烯无纺布等。其中，聚四氟乙烯基材凭借耐酸碱、耐高温的特性，适用于苛刻工况，但需通过等离子体处理改善其表面亲水性，使喷涂溶液能够均匀铺展。聚乙烯无纺布则具有成本优势，但其孔隙率需控制在40%-60%，过高易导致溶液渗透，过低则影响膜的透气性。基材的厚度同样关键，通常选择20-50 [...]
纯水环境下阴离子交换膜电解水的耐久性限制因素 以纯水为供料的阴离子交换膜电解水系统（AEMWE），其突出短板在于耐久性偏低。多项实验数据已证实这一特性：在200 mA/cm²电流密度与室温条件下，采用尖晶石铁氧体催化剂的系统，电池电压仅3小时便从1.6 V升至1.75 V，尽管旋转盘电极（RDE）测试显示该催化剂的析氧反应（OER）活性可稳定维持4100小时；而在200 [...]
衍射光学元件表面涂层的核心类型与功能解析 衍射光学元件（DOE）作为微纳光学领域的关键器件，通过表面微纳结构实现光的分束、聚焦、偏转等精准调控，其表面涂层的核心作用是优化光学性能、保护微纳结构、适配复杂应用环境。结合DOE在半导体、激光技术、医疗成像、新能源等高科技领域的应用场景，表面涂层的选型需兼顾光学兼容性、机械稳定性和环境适应性，以下是主流涂层类型及技术细节： 一、核心涂层类型及技术特性 1. 增透涂层（Anti-Reflective [...]
喷涂质子交换膜电解池催化剂层 质子交换膜（PEM）电解池催化剂层的喷涂是一个关键工艺步骤，它直接影响到电解池的性能和效率。以下是对质子交换膜电解池催化剂层喷涂的详细分析： 一、喷涂方法 超声波喷涂：原理：基于超声波振动原理，通过高频振动将液体催化剂转化为微小的液滴，并通过高速气流将这些液滴均匀地喷涂到目标基材（如质子交换膜、气体扩散层等）上。 优势：喷涂精度高，涂层均匀性好，涂层厚度可控，且能确保质子交换膜与电极之间的紧密接触，进一步提高电解效率。此外，超声波喷涂技术能够在短时间内完成大面积喷涂，提高生产效率，同时减少涂料的反弹和飞溅，提高涂料的利用率，降低生产成本。 [...]
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