在全球能源轉(zhuǎn)型的浪潮中，燃料電池作為一種高效、清潔的能源轉(zhuǎn)換裝置，正逐漸嶄露頭角，成為能源領(lǐng)域的新曙光。燃料電池的工作原理基于電化學(xué)反應(yīng)，它能夠?qū)⑷剂?如氫氣、甲醇等)和氧化劑(如氧氣或空氣)中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，這一過(guò)程不經(jīng)過(guò)燃燒，因此避免了傳統(tǒng)能源轉(zhuǎn)換方式中能量的大量損耗，顯著提高了能源利用效率。
 

　　燃料電池的陽(yáng)極漿料是一種由多種關(guān)鍵成分組成的特殊材料，其成分的精確配比和良好的性能是燃料電池高效運(yùn)行的基礎(chǔ)。以質(zhì)子交換膜燃料電池為例，陽(yáng)極漿料通常主要包含催化劑、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和溶劑等成分 。其中，催化劑是陽(yáng)極漿料的核心成分之一，常用的催化劑為鉑(Pt)基催化劑，如 Pt-C 催化劑；導(dǎo)電劑則起到傳導(dǎo)電子的關(guān)鍵作用，常見的導(dǎo)電劑有炭黑等，它能夠在陽(yáng)極漿料中構(gòu)建起良好的電子傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)；粘結(jié)劑的作用是將催化劑、導(dǎo)電劑等成分牢固地粘結(jié)在一起，并使陽(yáng)極漿料能夠均勻地附著在電極基體上，保證電極結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和完整性；溶劑在陽(yáng)極漿料中主要起到分散和溶解其他成分的作用，使各種成分能夠均勻混合，形成穩(wěn)定的漿料體系。
 

　　一、為什么要對(duì)燃料電池陽(yáng)極漿料進(jìn)行品質(zhì)管控？
 

　　（一）確保電池性能穩(wěn)定
 

　　陽(yáng)極漿料的品質(zhì)是燃料電池性能穩(wěn)定的基石，其對(duì)電池性能的影響貫穿于電池的整個(gè)工作過(guò)程。當(dāng)陽(yáng)極漿料的分散性不佳時(shí)，首當(dāng)-其沖的是電池內(nèi)阻會(huì)顯著增加。這是因?yàn)樵诜稚⑿圆畹臐{料中，導(dǎo)電劑無(wú)法均勻地分布在整個(gè)體系中，難以構(gòu)建起高效的電子傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)。在燃料電池汽車中，如果陽(yáng)極漿料品質(zhì)不佳，車輛在加速、爬坡等需要高功率的工況下，可能會(huì)出現(xiàn)動(dòng)力不足、響應(yīng)遲緩等問(wèn)題，嚴(yán)重影響駕駛體驗(yàn)和車輛的實(shí)用性 。
 

　　（二）降低生產(chǎn)成本
 

　　對(duì)陽(yáng)極漿料進(jìn)行嚴(yán)格的品質(zhì)管控，是降低燃料電池生產(chǎn)成本的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在生產(chǎn)過(guò)程中，高品質(zhì)的陽(yáng)極漿料能夠減少因漿料問(wèn)題導(dǎo)致的生產(chǎn)浪費(fèi)。當(dāng)陽(yáng)極漿料的品質(zhì)不穩(wěn)定時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)批次間性能差異較大的情況。這就意味著在生產(chǎn)過(guò)程中，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，可能需要對(duì)不合格的批次進(jìn)行返工處理，或者直接報(bào)廢，這無(wú)疑會(huì)浪費(fèi)大量的原材料、人力和時(shí)間成本 。從長(zhǎng)期來(lái)看，品質(zhì)優(yōu)良的陽(yáng)極漿料能夠使燃料電池在穩(wěn)定的狀態(tài)下運(yùn)行，減少因性能波動(dòng)對(duì)電池組件造成的損害，從而延長(zhǎng)電池的整體使用壽命。
 

　　二、陽(yáng)極漿料分散性：品質(zhì)管控的 “核心密碼"
 

　　在陽(yáng)極漿料的品質(zhì)管控體系中，分散性對(duì)陽(yáng)極漿料的性能起著決定性的影響 。當(dāng)陽(yáng)極漿料中的各種成分，如催化劑、導(dǎo)電劑等能夠均勻分散時(shí)，就如同訓(xùn)練有素的團(tuán)隊(duì)成員各司其職且緊密協(xié)作，能夠充分發(fā)揮各自的作用。相反，若陽(yáng)極漿料的分散性不佳，催化劑容易團(tuán)聚在一起，部分催化劑的活性位點(diǎn)被包裹在團(tuán)聚體內(nèi)部，無(wú)法與氫氣分子充分接觸，導(dǎo)致催化活性降低。導(dǎo)電劑的團(tuán)聚則會(huì)破壞電子傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，使電子傳輸受阻，電池內(nèi)阻增大，性能嚴(yán)重下降 。例如，在一些早期的燃料電池研發(fā)中，由于對(duì)陽(yáng)極漿料分散性的控制技術(shù)不成熟，導(dǎo)致電池的性能波動(dòng)較大，無(wú)法滿足實(shí)際應(yīng)用的需求 。
 

　　三、燃料電池陽(yáng)極漿料品質(zhì)管控新手段-低場(chǎng)核磁法
 

　　準(zhǔn)確評(píng)估陽(yáng)極漿料的分散性，是優(yōu)化分散工藝、保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，然而傳統(tǒng)檢測(cè)手段存在諸多局限。
 

　　激光粒度儀在檢測(cè)時(shí)，很容易受到樣品粘度的影響，當(dāng)漿料粘度較高時(shí)，測(cè)量結(jié)果會(huì)出現(xiàn)較大偏差，而且它無(wú)法實(shí)現(xiàn)原位分析，不能實(shí)時(shí)追蹤分散過(guò)程中的變化。粘度法作為一種間接檢測(cè)方法，準(zhǔn)確度較低，因?yàn)闈{料的粘度不僅與分散性有關(guān)，還受到其他多種因素的影響，很難單純通過(guò)粘度來(lái)判斷分散性的好壞。SEM/TEM雖然能直觀看到碳納米管的分散狀態(tài)，但由于視野范圍小，觀察到的區(qū)域具有很大的偶然性，不能代表整體的分散情況。
 

　　低場(chǎng)核磁檢測(cè)技術(shù)的出現(xiàn)，為燃料電池陽(yáng)極漿料分散性檢測(cè)帶來(lái)了革新。大部分的漿料都是屬于懸浮液體系。不穩(wěn)定的懸浮液在靜止?fàn)顟B(tài)下發(fā)生絮凝，并由于重力作用而很快分層，分散的目的就是要在產(chǎn)品的有效期內(nèi)抗絮凝、防止分層，維持懸浮顆粒的均勻分布，提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性。
 

　　低場(chǎng)核磁弛豫技術(shù)對(duì)懸浮液體系的變化非常敏感，當(dāng)樣品發(fā)生沉降、團(tuán)聚、絮凝時(shí)，核磁儀器可以非常靈敏的捕捉到這些變化，并通過(guò)T2弛豫時(shí)間的變化呈現(xiàn)量化信息，不僅可以原位監(jiān)測(cè)體系的變化過(guò)程，也能計(jì)算出沉降速率。
 

　　低場(chǎng)核磁在漿料體系的技術(shù)優(yōu)勢(shì)
 

　　-樣品全穿透性：與光學(xué)技術(shù)相比，低場(chǎng)核磁技術(shù)對(duì)樣品是全穿透分析，樣品顏色、狀態(tài)、濃度不影響測(cè)試；
 

　　-制樣簡(jiǎn)單：無(wú)需復(fù)雜制樣，高效測(cè)試；
 

　　-非破壞性檢測(cè)：無(wú)須額外樣品處理，不影響漿料原始狀態(tài)。
 

　　-快速分析：每次測(cè)量約1分鐘或更短，可實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)。
 

　　-高重復(fù)性：弛豫時(shí)間和擴(kuò)散系數(shù)測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定可靠，避免人為誤差。
 

　　-適用于多種漿料體系：可適用于不同成分和粘度的漿料，對(duì)不透光、高濃度漿料體系適用。
 

　　陽(yáng)極漿料的品質(zhì)管控對(duì)于燃料電池的性能、成本和穩(wěn)定性起著決定性作用，是燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié) 。在當(dāng)前全球積極推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型、大力發(fā)展清潔能源的背景下，燃料電池作為一種高效、清潔的能源轉(zhuǎn)換裝置，其市場(chǎng)前景極為廣闊 。隨著燃料電池應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，從交通運(yùn)輸?shù)椒植际桨l(fā)電，從便攜式電源到航空航天等領(lǐng)域，對(duì)陽(yáng)極漿料的品質(zhì)要求也將越來(lái)越高 。
 

　　低場(chǎng)核磁這種先進(jìn)技術(shù)在陽(yáng)極漿料品質(zhì)管控中展現(xiàn)出了巨大的優(yōu)勢(shì)和潛力，為提高檢測(cè)效率和準(zhǔn)確性提供了有力的技術(shù)支持。未來(lái)，隨著科技的不斷進(jìn)步，我們有理由期待更多新技術(shù)、新方法的涌現(xiàn)，進(jìn)一步完善陽(yáng)極漿料的品質(zhì)管控體系 。