氢燃料电池中技术最成熟的是质子膜燃料电池(PEMFC)，催化剂作为质子交换膜氢燃料电池膜电极(MEA)的关键材料之一‌，决定了电池的放电性能和寿命。

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燃料电池催化剂种类

目前氢燃料电池的催化剂主要分为以下三个大类：

1.铂(Pt)催化剂

铂(Pt)具有良好的分子吸附、离解特性，因此铂催化剂成为最理想、也是当前唯一商业化的催化剂材料。

2.低铂催化剂

通过在铂催化剂中添加其他元素或化合物制成，旨在降低铂的使用量，同时提高催化剂的活性、稳定性和耐久性。

3.非铂基催化剂

主要包括钯基催化剂、非贵金属催化剂和非金属催化剂。非贵金属催化剂包括铁、钴、镍等，非金属催化剂中最常见的是碳基催化剂，如碳纳米管、碳纤维、石墨烯等。

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常见催化剂分散设备

理想的催化剂分散状态是粒径小且分布窄的团聚体，这样有助于尽可能多地暴露催化剂，提升催化剂的利用率，同时也有助于形成良好的导电网络。目前，已见报道的有超声分散、球磨分散、高速剪切分散、高压均质化分散等。

1.超声分散

用超声分散来制作燃料电池催化剂浆料时，通常先将催化剂用少量水浸湿，再加入乙醇等低级醇的醇水混合溶剂，然后再加入指定配比的离子树脂分散液，最后开启超声波设备进行分散。但超声过程中产生的高速射流在分散催化剂颗粒的同时也可能导致催化剂颗粒从载体上的脱落和二次团聚，还可能促进催化剂颗粒的溶解和再沉积。

2.球磨分散

球磨分散是通过球磨机的转动来带动研磨介质(通常为坚硬的玛瑙球、二氧化锆球、不锈钢球、碳化钨球等)对被分散物料进行强烈撞击、碾压、研磨和混合，从而获得颗粒细小、均匀性良好的粉体和浆料的过程。值得注意的是，球磨过程中，由于研磨球与研磨罐体、研磨球与被分散物料之间的反复撞击，碾压和摩擦，研磨珠会被磨损从而污染被分散物料，因此，在优化球磨分散工艺参数时，应尽量缩短分散时间以减小污染风险。

3.高速剪切分散

实验测量和数值模拟研究表明，高速剪切分散装置不仅能通过抽吸作用缓解铂—碳颗粒的沉降，还能通过狭缝喷射流动来增强混合效果，从而显著改善铂—碳颗粒在流场中的分散特性。

4.高压均质分散法

高压均质机作为一种短时、快速、高效的动态高压分散设备，其应用范围涉及食品、化工、医药、生物科技等诸多领域。相比高速剪切分散法、球磨分散法、超声分散法制取的燃料电池催化剂浆料，经高压均质处理的催化剂浆料颗粒团聚体粒径更小，粒径分布更窄，比表面积更大，表面吸附的离子树脂更多，催化剂浆料的稳定性更高，最终制取的催化层裂纹更少更平整，而且由于催化剂颗粒表面吸附了更多离子树脂，催化层的亲水性和水的渗透速率更高，电化学性能也更好。

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ATS高压均质机分散催化剂

安拓思纳米技术(苏州)有限公司成立于2001年，隶属于上海多宁集团，深耕行业二十多年，是一家专业从事精细化工、新能源材料等纳米制备设备与工艺辅助，集技术研发、生产、销售于一体的高新技术企业。作为国产第一高压均质机品牌，ATS为全球客户提供高性能、高安全、高可靠的纳米浆料分散方案。

ATS提供从实验型到大型生产不同阶段需求的设备及技术解决方案，经ATS高压均质机分散后的P/t催化剂浆料平均粒径290.5nm，粒径分布窄。

以上数据来源于ATS复杂制剂中心

参考文献:夏国锋,徐东红,方帅男.燃料电池催化剂浆料分散设备研究 [j].信息记录材料,2024(11)