PEM電解水制氫膜電極涂布工藝

路文龍，韓坤坤，吳 亮

(上海氫器時代科技有限公司，上海 200245)

隨著全球能源轉型，氫能成為了最理想的清潔能源[1]。氫氣作為清潔能源和能量載體，主要由于其能量密度高、無污染而被廣泛研究。目前氫氣主要是通過化石能源以及天然氣、化工副產等方式制備[2-4]。在國家“雙碳”政策的驅動下，制氫途徑也發生了大的變化，從傳統能源制氫轉變為可再生能源(風、光、水)制氫。由于可再生能源的波動性和不可控等因素，在制氫過程中需要搭配合適的制氫手段。其中，質子交換膜(PEM)電解水制氫技術可以很好地耦合可再生能源制氫而成為了研究的熱點。

PEM 電解水制氫發展至今一直被國外“卡脖子”的是質子交換膜和貴金屬催化劑等關鍵材料，除了其高昂的成本，還有長期使用的耐久性限制。目前國內很多研究者均在探求新型、低成本的材料替代質子交換膜，使其可以規模化應用。在催化反應過程中，鉑、銥等貴金屬催化劑仍然是當前PEM 電解水制氫使用的主要催化劑，因此只能通過提高利用效率、降低用量等工藝方式降低成本。現階段制氫規模急劇增大，對于PEM 電解水制氫的心臟：膜電極的研制更是迫切。膜電極(MEA)的制備也成了限制其規模使用的壁壘，因此，大量的研究工作集中在MEA 制備工藝方面，研究者試圖通過工藝改進和優化提升貴金屬催化劑的利用率降低PEM 電解水制造成本，滿足規模化的市場需求。

MEA 制備工藝不斷更新迭代，從傳統的噴涂工藝已逐漸轉變為催化劑涂覆法，即催化劑涂層膜(CCM)和催化劑涂層擴散層(CCS)法。當前CCM 法已成為MEA 的主流制備工藝[5]。CCM 法區別于傳統CCS 法在于催化劑層的涂覆位置不同[6]。CCS 法使用氣體擴散層(GDL)作為催化劑層的支撐基材，通過不同的制備方法(絲網印刷、刮涂)等工藝將催化劑漿料粘附在GDL 表面，得到氣體擴散電極(GDE)，然后將GDE 放置在質子交換膜兩側，通過加熱或者不加熱再給以壓力的形式形成MEA。CCM 法使用質子交換膜作為催化劑層的支撐基材，通過涂覆、噴涂或者轉印的方式將催化劑漿料附著在質子交換膜兩側形成CCM，然后將兩片GDL 附著在CCM 兩側，通過加熱或者不加熱再給以壓力的形式形成MEA。CCM 法的最大優點是催化劑層與質子交換膜之間接觸距離更好，消除了催化劑層和質子交換膜之間的接觸間隙，降低了質子傳導阻力，使得CCM 法制備的MEA 性能優于CCS 法。CCM 法的缺點是制備過程復雜，并且在制備過程中容易引起質子交換膜的溶脹，進而破壞制備的催化劑層的形態和結構[7-9]，造成催化劑層的裂紋和脫落，進一步溶脹的質子交換膜電解槽堆在裝配過程中容易造成電解槽堆體積膨脹、密封性差等缺點。

在CCM 法中，一度比較流行的批量化制備工藝是轉印法。Wilson 等[10-11]最早開發了轉印的生產工藝，隨后對轉印工藝在各個領域進行了不斷嘗試和改進。轉印的原理是首先將各種化合物混合成漿料，然后將其涂覆或者噴涂在一層薄膜上，這層薄膜稱為轉印基質；轉印基質上的混合物漿料干燥后再通過熱壓的方式和質子交換膜附著，剝離掉轉印基質，得到帶有涂層的質子交換膜。轉印法中質子交換膜不需直接接觸催化劑漿料，因此催化劑漿料中的溶劑不會滲透到質子交換膜中，可以避免質子交換膜在極性溶劑中的溶脹問題，提高制備的產品的尺寸精度和工藝穩定性，有利于膜電極大批量穩定生產。然而，轉印法仍然存在以下問題：如何選擇優異的轉印基質以確保漿料涂覆過程中漿料和轉印基質有很好的“親和力”；在熱壓轉印過程中催化層容易剝離，在轉印基質上無殘留，提升催化劑利用率是現階段最大的問題。

在CCM 法發展起來之前，噴涂工藝一直是制備膜電極的主要工藝。噴涂法因其能精確控制催化劑層厚度而被廣泛使用。此外，噴涂法制備的催化劑層結構孔隙率偏高，其催化性能略優于CCM 法。噴涂的原理是通過超聲波振蕩或靜電等物理手段將催化劑漿料霧化噴涂到支撐體(GDL 或PEM)上。噴涂工藝操作參數調控也相對簡單，設備成本低，可以接受較寬廣的漿料粘度，缺陷是材料浪費較多，產能低，無法滿足大規模應用。

為了滿足規模化應用和批量化生產，大量研究者針對MEA 的制備工藝和結構設計做了改進。結合鋰電池電極部件涂布工藝的規模化、成熟化、穩定化，開發出新型狹縫擠出涂布工藝，被嘗試用于電解水MEA 的制備。狹縫擠出涂布工藝產能高、材料浪費少、工藝穩定，可設計為卷對卷制備流程。但是狹縫擠出涂布工藝存在操作較為復雜，對人員素質要求高，設備成本高，對催化劑漿料的處理有嚴格要求，分區、分段涂布對位挑戰高等問題，一直限制著此工藝的發展和使用。本文分析了狹縫擠出涂布工藝的可行性，試圖為PEM 電解水制氫膜電極的卷對卷連續涂布工業化進程提供理論支撐。

1 涂布系統

涂布法是指將調配而成的催化劑漿料以狹縫擠出或者流延的方式分別涂布到卷材質子交換膜的兩面，形成陰、陽極。涂布工藝具有自動化程度高、效率高、制造成本低、產品性能和耐久性高等特點，目前是最先進的制備工藝。狹縫擠出涂布是目前電解水制氫膜電極使用最成熟的工藝，涂布的膜電極產品的品質直接決定了電解水過程中各項性能指標及后續生產的可行性。涂布工藝制備的膜電極需確保催化劑層表面平整、光滑、敷料均勻、附著力好、不脫料、不掉料、無積塵、無氣泡等。

目前涂布設備的工藝流程如下：首先將卷材質子交換膜放置在放卷裝置上，卷材質子交換膜經牽引輥引出，經自動糾偏后進入浮輥張力系統，調整放卷張力后進入狹縫擠出涂布頭位置，直到卷材質子交換膜整體穿過整個設備且無偏差；然后將催化劑漿料按涂布系統的設定程序進行壓力擠出涂布，涂布后的濕催化劑層經過短暫的自流平進入隧道烘箱由熱風進行干燥，干燥后的CCM 經張力系統調整張力，確保催化劑層的平整性，經糾偏系統自動糾偏使基材保持在中心位置；最后干燥的催化劑層經過一系列檢測，由收卷裝置進行整齊收卷[12]。此外，在CCM 第二面的涂布過程中，目前使用最多的是在第一面催化劑層上附著保護膜，避免第二面涂布過程中質子交換膜的溶脹，進而引起第一面催化劑層的脫落，造成材料的浪費和產品的不可逆損傷。

在現有的狹縫擠出涂布設備中，已知的涂布設備包括放卷系統、糾偏系統、張力控制系統、供料系統、涂布系統、牽引系統、卷繞機構、檢測系統等。糾偏系統一般是用于糾正涂布基材的偏移，其包括糾偏傳感器、糾偏控制器、伺服驅動系統及糾偏裝置。張力控制系統提供卷繞過程中的張力需求，防止拉力過大造成斷裂。供料系統用于涂布漿料的裝置以及預處理等。涂布系統進行催化劑漿料的涂覆以及牽引的速度控制等。檢測系統用于檢測催化劑層的缺陷問題等。

2 催化劑漿料要求

在卷對卷連續涂布工藝規模化發展過程中，為了確保電解槽用膜電極的穩定性以及良好的電化學性能，其中一個至關重要的環節是催化劑漿料。催化劑漿料不僅影響著催化劑層的涂覆均勻性，同時也制約著催化性能的優劣。與此同時，盡量減少貴金屬含量以降低成本也成為催化劑漿料需要考慮的因素之一。不同于傳統噴涂、轉印以及絲網印刷等工藝的催化劑漿料，涂布工藝要求催化劑漿料粘度范圍窄、穩定性高、無團聚體、無顆粒、無氣泡等。因此，諸多研究人員集中在催化劑漿料的配方及分散工藝的研究上，以期得到適合涂布工藝且具有優良性能的配制方法。傳統催化劑漿料的配制及漿料粘度不適用于狹縫擠出卷對卷連續涂布工藝，而單純的提高固含量會影響催化劑的分散效果和涂布效果，不能達到涂布產品的要求，另外現有工藝制備過程中漿料的分散過程繁雜，也不利于涂布工藝批量化制備需求。

2.1 材料的粒徑

在整個涂布過程以及后端的產品使用中，首要的影響因素是催化劑漿料，而催化劑漿料的配制需經過不同化合物混合而成，漿料中的顆粒粒度和各成分的分散性能會直接影響漿料粘度、聚合物電解質的分布和形態、催化劑的利用率以及電解水制氫的電催化性能[13]。粒度是催化劑漿料的關鍵性指標，催化劑漿料是由不同尺度的顆粒混合物物理分散在溶劑中形成的懸浮液，若準確測量漿料的粒度有一定的難度。截至目前，還沒有可以全面表征催化劑漿料中的顆粒粒度的技術。

在PEM 電解水制氫用膜電極的制備中，陰極使用Pt/C 催化劑顆粒，鉑的粒度范圍為2～5 nm，這些鉑納米顆粒均勻分散在碳載體上。單個碳載體顆粒的粒度范圍為20～40 nm，而在漿料中碳載體因其高表面張力通常以團聚體的形式存在，故催化劑漿料中的粒度在亞微米至微米范圍。陽極使用以貴金屬銥Ir 為主催化劑的氧化物IrO2粉末，IrO2催化劑因其本身比重較大的緣故，在制備催化劑漿料過程中容易造成催化劑顆粒沉降，無法長時間穩定地懸浮在溶劑中。

催化劑漿料中的另一種主要成分是聚合物電解質，在陰極和陽極催化劑漿料制備過程中均不可少。聚合物電解質的分散因溶劑的不同而呈現出不同形態(棒狀、線團、鋸齒等)，其綜合尺寸在70 nm～3 μm。催化劑顆粒和聚合物電解質均勻分散在特定的溶劑體系中，需要系統控制團聚物的尺寸，優化催化劑和聚合物電解質的相互作用。陰極催化劑漿料配制時，聚合物電解質的加入和載體碳的含量相關，因此遵循一定的比例關系。陽極催化劑漿料配制時，由于沒有統一的比例關系，需要通過電化學測試性能間接評判聚合物電解質含量的影響。此外，考慮到陽極催化劑漿料的易沉降、粘度低等特性，因此陽極催化劑漿料中聚合物電解質的含量適當高一些，提升陽極催化劑漿料的粘稠度，使其可以滿足涂布要求。研究發現制備的催化劑漿料，無論是陰極漿料還是陽極漿料，其綜合粒度在200～400 nm 范圍有利于提高氫氣/氧氣的析出。但是在催化劑漿料分散的過程中，催化劑會出現未充分分散或過度分散的情況[14]。在催化劑漿料中各成分未充分分散時，各組分是高度團聚的，聚合物電解質只覆蓋在催化劑顆粒外部，內部是諸多的催化劑顆粒的團聚體，因此制備的催化劑漿料分散度低，聚合物電解質內部的催化劑顆粒無法與電解質充分接觸，導致催化性能低，最終導致電解水制氫效率低下，經濟適用性差。而催化劑漿料過度分散時，團聚物破裂，催化劑顆粒上的貴金屬會發生掉落，同樣影響電解水中的催化活性。理想的分散狀態是由催化劑和聚合物電解質組成的小團聚體，電解質聚合物在這些團聚體上分布均勻，既能提高催化劑的利用率，又能提升催化劑層的電催化性能和傳質過程[15]。其中催化劑中的貴金屬粗化現象說明分散過程中，體系變得過熱，造成貴金屬原子團聚熟化，從而使得顆粒尺寸變大，降低了催化劑的活性位點，影響了催化劑的催化活性。

2.2 材料之間的相互作用

在催化劑漿料的配制過程中，催化劑漿料中的各成分之間的差異性導致不同的相互作用，這些相互作用調節了催化劑層的微觀結構和性能。例如，聚合物電解質和溶劑體系的相互作用控制溶液中的聚合物電解質構象，進而影響催化劑層的質子傳輸路徑和傳輸效率；聚合物電解質和催化劑顆粒之間的相互作用決定了聚合物電解質如何吸附到催化劑漿料中的催化劑顆粒上，從而改變催化劑層中的聚合物電解質和催化劑顆粒界面，影響催化劑層的催化效率。聚合物電解質、溶劑和催化劑顆粒三者之間的相互作用決定了催化劑漿料中各成分自組裝為團聚體的尺寸和結構。催化劑漿料需要綜合考慮體系中各成分之間的平衡關系，以期滿足涂布工藝和電解水催化性能的要求。除了材料選擇之外，制備過程也會使問題進一步復雜化。分散方法、混合時間和體系溫度的不同與催化劑漿料的穩定性相關。此外，組分的比例不同，總固體成分、粘度以及穩定性等都是限制涂布工藝規模化應用的主要因素，同時也是在微觀層面急需清晰化的目標。

2.3 漿料的穩定性研究

催化劑漿料是一種非牛頓流體，催化劑漿料粘度過小或過大、沉降、團聚、分散不均勻等現象會對后續的涂布等工序造成較大影響，且造成催化層宏觀缺陷和微觀結構的不一致，而催化劑漿料的穩定性最終影響電解槽的性能、壽命和一致性，因此對于漿料穩定性的研究越來越受到重視。催化劑漿料的穩定性從宏觀角度上講，要求催化劑顆粒在長時間內不發生沉降且在一定溫度范圍內不會有太大的團聚發生。催化劑漿料的穩定時間較短會造成涂布制備的產品出現同批次性能差別較大的問題，對電解槽的運行和材料使用方面都是不利的影響。

當然，催化劑顆粒的粒度本身較小，在漿料分散過程中，由于受到機械動能的影響，在液態介質中會伴隨著溫度的升高而作布朗運動，此時引發小顆粒沉降的主要原因為做布朗運動的顆粒相互碰撞且顆粒之間發生分子間吸引力而產生的絮凝或團聚，從而導致團聚顆粒的尺寸不斷增加而發生快速沉降。此外，在分散過程中，由于溶劑和顆粒之間的電荷變化，也會發生靜電引力，導致催化劑顆粒的團聚，當然這種影響在比較大的顆粒之間比較輕微。

因此，催化劑漿料不穩定的主要表現分為重力沉降和顆粒團聚。其中，催化劑顆粒的潤濕、顆粒與顆粒的相互作用、顆粒與樹脂的吸附、溶劑與樹脂的相容，各個成分與步驟均對其穩定性有著重要影響。只有系統的研究清楚彼此之間的相互關系和兼容理論，配合成熟的分散工藝，才能有效解決催化劑漿料中催化劑顆粒的團聚與沉降問題，進一步提升適合涂布工藝的催化劑漿料的穩定性。

此外，在催化劑漿料體系中，陰極使用的Pt/C 催化劑，由于碳顆粒的存在，使得催化劑的顆粒團聚變得較為明顯，但是另一方面，大顆粒碳的存在使得陰極催化劑漿料的重力沉降較為緩慢。陽極使用的比重較大的IrO2在分散均勻的漿料中很容易發生重力沉降，因此，需要通過物理手段和化學方式緩解這種漿料體系的缺陷。此外，陰極和陽極催化劑漿料物化性質的不同使得在涂布過程中的側重方向有所差別，需要根據催化劑漿料的特點開發適配的涂布工藝。

3 涂布技術難點

涂布工序是催化劑層生產過程的頭道工序，涂布過程控制至關重要，涂層品質直接決定了膜電極和電解槽的各項性能指標及后續生產的連續性。但是在現有涂布工藝的研究階段，由于催化劑漿料的標準和要求各異，因此在涂布過程中會出現很多困難。

3.1 涂層缺陷及影響因素

涂布用催化劑漿料的基本物性與涂布工藝之間關系密切。在開始涂布階段，從涂布模頭擠壓而出的催化劑漿料因自流平特性會向邊緣流動，致使涂層兩邊厚、中間薄，在連續化牽引過程中，涂層表面整體受力不均，從而導致涂層邊緣漿料在干燥后出現崩裂或掉落；在涂層干燥階段，若干燥溫度過低，則不能保證涂層完全干燥，若溫度過高，則可能因為涂層內部的溶劑蒸發太快，導致催化劑層表面應力釋放不均勻而出現龜裂、脫落等現象；涂布過程中，特別是斑馬涂布或者間斷式涂布，涂層形狀的控制方面仍存在較大的缺陷，如拖尾、毛刺以及形狀不規整等。此外，在整個涂布過程中，如果質子交換膜受到較低表面張力的物體的污染，如灰塵、雜質等，污染物周圍的涂布溶液流向較高表面張力的方向，就會形成了像火山口一樣的缺陷，涂層干燥后則會形成類似于針孔一樣的缺陷，而這種缺陷在檢測過程中不容易發現，進而在電解水制氫實際運行過程中容易造成質子交換膜穿孔等問題。

此外，質子交換膜與催化劑漿料的結合能力也是影響涂層完整度和均勻性的關鍵之一。不同粘度和溶劑體系的催化劑漿料，不同規格和組成的質子交換膜，彼此之間的溶脹度以及粘附性使得涂層的精準控制變的尤為困難。因此，在涂布過程中可能會出現溶液的表面和涂層內部的溶劑因揮發速度的不同，溶劑含量發生了濃度差，造成了表面張力的梯度及自然對流的現象，最終造成了涂布表面的不平整或者說橘皮現象。因此，需在實驗階段測試涂布和固化的過程中溶液應力的釋放，降低干燥速率，探求溫和的干燥方式，使催化劑漿料可以有足夠的時間流平，或者在催化劑漿料的配制過程中加一些低揮發性的溶劑，以減輕或者避免涂層缺陷。

3.2 擔載量和涂層厚度的控制

當然，涂層缺陷除以上這些外在的宏觀現象外，其在微觀層次和使用效果方面也是千差萬別的，具體體現在催化劑的擔載量和涂層厚度的一致性方面。由這些缺陷引起的負面作用是電解槽性能的降低和使用壽命的縮短。不僅有催化劑漿料配方研究的問題，也有工藝方面的難點。從流體動力學的角度來講，涂布催化劑漿料在不同位置的受力不穩定性造成了涂層厚度的不均勻性，濕催化劑層厚度的不一致在烘干的過程中也很難通過自流平消除。雖然這種涂布厚度的差異比較小，但是很多情況下或者說在一定角度下還是很容易觀察到這種不均勻現象。從工藝角度出發，探索參數以及設備的原理，如催化劑漿料在供料階段是否為脈沖工藝，設定的涂布參數是否能夠匹配涂布產品的要求以及設備的抗沖擊性等，為了確保催化劑層的高一致性，這些硬件和參數都是需要不斷改進優化和創新的。

PEM 電解水制氫用膜電極的陰極和陽極的催化劑完全不同，除了討論的催化劑漿料固含量、貴金屬載量外，工藝的選擇和優化也是另一個重要的制約因素。陽極涂布的催化劑層需要較高的擔載量，需要更高固含量的催化劑，因此催化劑漿料粘度將會增大，在涂布過程中需要更大的涂布壓力，因此會產生更強的脈沖，濕催化劑涂層要有一定的流平特性。干燥速率需更緩慢，確保干燥過程中催化劑層中的應力釋放，在匹配擔載量的同時保證催化劑層的完整性。在陰極涂布中，低擔載量的控制通過降低催化劑漿料的固含量、提高涂布速度以及減少供料等進行控制，但更需要考慮的是低擔載量的要求所引起的催化劑漿料溶劑對質子交換膜的溶脹問題。目前還沒有一種成熟的工藝可以在同一條涂布產線上連續化實現此涂布技術，大多數研究都只能通過采用如保護背膜、真空吸附、陽涂陰轉等方式進行間接控制以期得到膜電極產品。

3.3 其他缺陷及影響因素

隨著電解水規模的增加，越來越多的研究投入到工藝的各個環節中，發現了目前涂布工藝存在的其他缺陷。例如，設備啟動初期張力控制不精準，單面涂布無記憶功能，開機時卷材向前滑移，設備穩定性差，抗沖擊能力弱，涂布張力控制精度低等，這些都是在實際測試階段所遇見的具體問題，需要進行硬件和軟件層面的優化改進。操作方面參數調試影響因素多，可能一個穩定的參數需要大量時間去調試，如留白間距不均勻、拖尾、錯位等，這些操作方面的問題需要深度掌握設備運行原理。此外，在材料方面，材料的均一性以及完整度也是影響涂布效果的因素之一。其他常見的缺陷還有空氣滲入、橫向波、垂流、溪流(rivulet)、擴張、水漥等，缺陷可能發生在任何加工段，需要不斷優化產品的配方、涂布和干燥的工藝，找到較好的或者寬的工藝窗口，通過一些質量控制手段、統計工具來控制產品的質量，通過在線監測控制穩定的涂布厚度，或者視覺外觀檢測系統來檢查涂布表面缺陷情況。

4 涂層檢測

涂布異常問題非常多，但導致涂布缺陷出現的原因可以分為：材料問題、涂布工藝問題、涂布設備、漿料問題、干燥問題等。根據這些前端的問題，對實際涂布過程中出現的缺陷進行檢測判斷。通過對缺陷基本特征的分析，從理論上分析前端漿料、材料以及工藝的問題。目前膜電極催化劑涂層檢測主要有兩個方面的檢測：厚度檢測和缺陷檢測。

從最開始的機械式接觸測量，到目前的激光、射線等非接觸式測量，厚度檢測都是測量整個催化劑涂層的厚度。催化劑漿料在儲存和輸送過程中因為重力或團聚沉降，溶劑損失等原因導致漿料密度和粘度發生變化，以及管道阻力或氣泡等造成實際流量變化，影響涂布的穩定性；傳統的人工檢測方法存在檢測誤差，也會影響涂布的穩定性。利用射線或激光移動裝置帶動檢測儀沿左右方向往復移動，并對沿前后方向移動中的催化劑層進行檢測，在這個過程中，檢測設備會對涂層進行多次檢測，以分別獲取催化劑層的多個測量點處的實際面密度，此種檢測方法全面，還能檢測出催化劑漿料在質子交換膜上遷移和分布情況，比較系統地分析涂布過程可能存在的問題和判斷催化劑漿料的可行性。

利用高速光感感應催化劑層的完整或者缺陷空白處進而產生電學信號，針對催化劑層中的空白部分進行面積計算，通過和設定的缺陷大小進行類比，然后做出缺陷判斷，進而進行物理標記和信息存儲，完成低成本、高效能的自動化檢測作業。在線缺陷檢測設備通常由探測系統、照明系統、掃描系統、軟件處理系統、數據處理儲存系統、顯示系統等部分組成。在涂布高速運行過程中，影像系統對圖像進行智能對比分析，缺陷產品系統會給予警示，并將缺陷產品進行系統收集，由此可以確定催化劑層的表面缺陷是暗斑、硌傷、劃痕或是漏涂等缺陷。

目前在PEM 電解水制氫過程中，狹縫擠壓涂布作為一種精密的濕式涂布技術，不僅要求催化劑漿料在一定壓力、一定流量下沿著涂布模頭的縫隙可控制地流延轉移到質子交換膜表面，而且要求制備的催化劑層均勻無缺陷，相比其它涂布方式，具有涂布速度快、精度高、濕厚均勻等優勢。此外，狹縫擠出涂布由于催化劑漿料完全封閉在模頭腔體中，在涂布過程中能防止雜質進入污染催化劑漿料。同時狹縫擠出涂布可同時進行多層涂布，并能適應不同粘度和固含量的催化劑漿料，具有更強的適應性。但是目前仍存在兩個難題：溶脹和錯位。

由于質子交換膜材料吸水基團的存在，在極性溶劑中，溶劑分子很容易進入到質子交換膜內部，從而造成質子交換膜在不同方向的擴張，即溶脹。目前主要從工藝角度進行優化，如在陰極涂布結束后附著一層保護膜，不僅要求保護膜具有粘附特性，而且要求催化劑在其上面的殘留要少，以此防止在第二面涂布過程中催化劑漿料對質子交換膜的溶脹損傷。此外，在設備的涂布端進行真空吸附，使得質子交換膜在第二面不帶有保護膜涂布過程中仍有外在吸附力的輔助不會發生溶脹。除此之外，需要開發非溶脹材料的質子交換膜。

涂布卷材在收卷端，隨著涂布的進行催化劑層一直在基材中間累積，會使得部分中間涂層所受收卷張力越來越大，進而引起涂層錯位，收卷端會出現兩邊薄中間厚導致涂層邊緣掉料或斷帶等問題。一般會通過產線糾偏控制器及其控制的卷輥機構控制糾偏傳感器進行橫向往復運動。卷輥控制單元控制電機的周期性正反轉，并帶動糾偏傳感器沿涂布走帶的垂直方向做往返運動，使基材在收卷的過程中有規律地左右擺動，以此實現收卷方式的修正。

5 結論

PEM 電解水制氫用膜電極卷對卷連續涂布制備工藝是目前討論的熱點之一。涂布工藝制備膜電極過程中需從催化劑漿料、膜材料以及設備等多方面進行考慮，制備的膜電極在均勻性以及電池性能方面仍有待評估。本文從現階段涂布工藝的系統組成出發，對催化劑漿料的影響因素以及涂布過程中需要重點考慮的工藝環節進行了系統分析，明確涂布過程中缺陷的影響因素以及解決方式，也為后續工藝的優化和產線調試提供了理論和實驗基礎。