1. 研究目的与意义（文献综述）
质子交换膜燃料电池(PEMFC)[1-4]具备高效、高功率密度、快速启动和零排放的特点，近年来已成为新能源汽车的动力装置选项之一。燃料电池的工作原理在转换存储在燃料中的化学能为电能，这个过程包含且耦合了电化学反应、流体流动、传热、多组分扩散等多种物理现象，其中的电化学反应是燃料电池发电的核心部分。电化学反应发生在燃料电池膜电极内的催化层，因此催化层在质子交换膜燃料电池性能上起主导作用，因此探究质子交换膜燃料电池催化层特性，有助于进一步优化质子交换膜燃料电池的工作性能。
膜电极是质子交换膜燃料电池的核心部件[5-7]，是燃料电池化学反应的主要场所，直接影响燃料电池的输出性能和寿命。不同的制备方法决定了燃料电池的工作性能、使用寿命、辅助设施、制造成本等。开展燃料电池膜电极制备方法的研究对加快燃料电池商业化进程具有重要意义[8]。
根据文献查询，目前质子交换膜燃料电池膜电极制备的技术多种多样，结合膜电极所用材料的物化属性以及制备技术的特点，依据膜电极制备时催化剂混合物是否与基底接触，可以将膜电极制备技术大致分为三类：接触式膜电极制备技术、非接触式膜电极制备技术、间接式膜电极制备技术。
| 制备方法 | 技术类别 | 方法特点 |
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接触式 | 丝网印刷法[9]、刮涂法[10]、狭缝刮涂[11]、滚压法等 | 催化层在制备过程中催化剂及其混合物直接接触基底（GDL或膜），特点是可以实现膜电极的大规模快速制备，但工艺复杂，制备难度大。 |
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非接触式 | 静电喷涂、超声喷涂[12]、气动喷涂、沉淀法（化学、物理、原子层）[13] | 催化层在制备过程中催化剂混合物不直接接触基底（GDL或膜）而是通过气体或者重力等方式沉积到基底上，本方法可实现膜电极的小规模生产和研究，工艺简单，易于制备，重复性强。 |
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间接式 |
薄层电极法（Decal转印法）、氧化还原法（原位电化学、原位化学） | 催化层在制备过程中不是直接担载在GDL或者膜上而是通过转印Decal的方式间接制备膜电极亦或者将Pt的化合物担载在基底上再将其还原成单质间接的制备膜电极，本方法制备过程复杂，重复性差，难以控制载量，厚度均一性差 |
研究表明，电极制备过程中的干燥步骤直接影响催化剂层的微观结构，对质子交换膜燃料电池的孔隙率和Pt的利用率有着内在的影响，对于质子交换膜燃料电池的性能有很大的影响。
对于制备得到的液相催化剂溶液，通常都需要经过干燥处理。常见的干燥方式有真空干燥、烘箱干燥、冷冻干燥[14]、微波干燥、红外快速干燥和超临界干燥法等。
微波干燥会使凝胶中极性分子的取向排列随着微波电磁场发生快速变化（变化频率为每秒数十亿次），分子之间发生剧烈运动和碰撞摩擦，从而产生热量。微波干燥具有加热速度快，表层与内部可以均匀受热的特点。相对于传统烘箱加热干燥而言，能够大幅度缩短干燥所需时间，使颗粒长大和团聚的可能性降低，提高催化剂的比表面积和活性。
超临界干燥法可以保持分子的均匀混合状态，因为超临界干燥消除了毛细作用的影响，使形成的气溶胶较为松散。与普通烘箱干燥法相比，经超临界法干燥之后的催化剂的比表面积较低，但它具有更高的催化活性。
冷冻干燥相比于真空干燥和烘箱干燥，产生的孔隙率增加，从微观到宏观，观察到了更广泛的空隙分布。电极的冷冻干燥对Pt/C催化剂与离聚体的相互作用及催化层的微观结构有很大的影响。因此，冷冻干燥不仅显著降低了与ORR相关的电荷转移电阻，而且通过提高有效孔隙率，改善了催化剂/离聚物/膜的界面性质，从而提高了催化层中的氧扩散率。
60℃下真空干燥由于受热，Pt颗粒之间容易发生团聚现象，使得催化剂比表面积降低，催化活性下降[15]。
2. 研究的基本内容与方案
制备催化层的一个重要工艺步骤是印刷或喷涂后电极的干燥。为了优化油墨的流变性，需要除去油墨所用的有机或水溶剂。大多数研究只报道了干燥催化剂粉末而不是电极的重要性。在其他工作中，完全没有提供有关电极干燥的信息。因此，在阐明干燥步骤对电极性能的影响方面，文献中存在空白。由于这一步骤极大地影响电极的孔隙率和孔径分布，因此它对催化层中的质量传输限制具有关键影响。
本次毕业设计的基本内容就是通过建模模拟燃料电池催化层干燥固化过程，以达到为燃料电池催化层的制备工艺的优化提供理论指导的目的。
3. 研究计划与安排
3月25号前，完成文献检索、开题报告和外文翻译。并且整理论文提纲、设计概要
4月12日前，制定试验方案或编程任务，开始试验及编程
4月19日前，继续完成试验、编程任务；撰写毕业设计论文
4. 参考文献（12篇以上）
[1]陆天虹. 氢能时代和燃料电池[c]. 中国硅酸盐学会.第十二届中国固态离子学学术会议论文集.中国硅酸盐学会:中国硅酸盐学会,2004:282-284.
[2]贾荣利,王成扬,王素梅.质子交换膜燃料电池关键技术研究进展[j].化学工业与工程,2004(06):448-451.
[3]满开美,张富兴,王刚.车用燃料电池的发展研究[j].上海汽车,2008(11):7-9.
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