MEA電解槽是氫能制備、電化學(xué)合成等領(lǐng)域的核心設(shè)備，其以質(zhì)子交換膜為核心，通過精準(zhǔn)集成電極、雙極板等部件，實現(xiàn)電化學(xué)反應(yīng)與物質(zhì)傳輸?shù)母咝f(xié)同。該設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊且功能分區(qū)明確，核心結(jié)構(gòu)可拆解為“膜電極核心層-傳質(zhì)支撐層-集電導(dǎo)熱層-密封緊固系統(tǒng)”四層架構(gòu)，各層既獨(dú)立承載特定功能，又相互配合保障電解效率與穩(wěn)定性。

　　一、核心功能層：膜電極組件（MEA）

　　膜電極組件是電解反應(yīng)的發(fā)生區(qū)域，也是整個設(shè)備的“心臟”，由質(zhì)子交換膜、催化層與氣體擴(kuò)散層組成，厚度僅數(shù)百微米卻承載核心反應(yīng)。質(zhì)子交換膜（如Nafion膜）為核心骨架，其磺酸基團(tuán)可實現(xiàn)質(zhì)子（H?）選擇性傳導(dǎo)，同時阻斷電子與氣體穿透，確保反應(yīng)定向進(jìn)行；兩側(cè)催化層采用“鉑基/非鉑催化劑+導(dǎo)電漿料”涂覆而成，陽極催化層催化水分子分解為氧氣、質(zhì)子與電子，陰極催化層則促使質(zhì)子與電子結(jié)合生成氫氣，催化劑粒徑控制在5-10nm以提升活性位點(diǎn)密度。氣體擴(kuò)散層（GDL）位于催化層外側(cè)，多為碳紙或碳布材質(zhì)，兼具導(dǎo)電、導(dǎo)氣與排水功能，其多孔結(jié)構(gòu)既保障電解液/氣體快速傳輸，又避免液態(tài)水堵塞反應(yīng)位點(diǎn)。

　　二、傳質(zhì)支撐層：流場板與分配結(jié)構(gòu)

　　傳質(zhì)支撐層的核心作用是實現(xiàn)反應(yīng)物精準(zhǔn)供給與產(chǎn)物高效排出，主要由流場板與進(jìn)出口分配器構(gòu)成。流場板緊貼氣體擴(kuò)散層，分為陽極流場與陰極流場，常用材質(zhì)為鈦合金（耐陽極腐蝕）或石墨（高導(dǎo)電性），表面加工有“平行槽/蛇形槽/網(wǎng)孔”等流場結(jié)構(gòu)——陽極流場輸送去離子水，陰極流場則導(dǎo)出生成的氫氣/氧氣，流道寬度（0.5-2mm）與深度需匹配反應(yīng)速率，避免反應(yīng)物滯留或產(chǎn)物堆積。進(jìn)出口分配器位于MEA電解槽兩端，采用多通道分流設(shè)計，確保電解液/氣體均勻分配至每個單電池單元，防止局部反應(yīng)“欠液”或“過流”導(dǎo)致的效率波動。
 

　　三、集電導(dǎo)熱層：雙極板與集電板

　　集電導(dǎo)熱層承擔(dān)電子傳導(dǎo)與熱量調(diào)控雙重職責(zé)，核心部件為雙極板與集電板。雙極板是連接相鄰MEA單元的關(guān)鍵部件，除支撐MEA外，其表面導(dǎo)電涂層（如鍍金、導(dǎo)電陶瓷）可實現(xiàn)電子高效傳遞，電子通過雙極板形成外電路回路，為反應(yīng)提供能量；同時雙極板內(nèi)部集成冷卻流道，通過循環(huán)冷卻液帶走電解反應(yīng)釋放的熱量，將槽體溫度控制在60-80℃的理想?yún)^(qū)間，避免高溫導(dǎo)致膜性能衰減。集電板位于電解槽兩端，與外部電源連接，采用紫銅材質(zhì)以降低接觸電阻，其表面經(jīng)過拋光處理，確保與雙極板的接觸電阻≤5mΩ，減少電能損耗。

　　四、密封緊固系統(tǒng)：保障結(jié)構(gòu)完整性

　　密封緊固系統(tǒng)雖不直接參與反應(yīng)，卻決定電解槽的運(yùn)行安全性與壽命，主要包括密封件與端板。密封件采用氟橡膠或全氟醚材質(zhì)，圍繞MEA與流場板邊緣設(shè)置，形成“雙重密封”結(jié)構(gòu)，既防止電解液泄漏，又阻隔氫氣與氧氣混合引發(fā)安全風(fēng)險，其壓縮量控制在20%-30%以平衡密封性與使用壽命。端板為電解槽提供剛性支撐，多為不銹鋼材質(zhì)，通過拉桿與螺母實現(xiàn)整體緊固，緊固扭矩需精準(zhǔn)控制（通常50-80N·m），過大易導(dǎo)致MEA變形，過小則引發(fā)密封失效，部分電解槽配備扭矩傳感器實現(xiàn)實時監(jiān)控。

　　各核心結(jié)構(gòu)的協(xié)同匹配是MEA電解槽高效運(yùn)行的關(guān)鍵：質(zhì)子交換膜的質(zhì)子傳導(dǎo)效率需與催化層活性匹配，流場設(shè)計需適配氣體擴(kuò)散層的傳質(zhì)能力，緊固壓力需兼顧密封與MEA性能。拆解與維護(hù)時，需遵循“先松緊固系統(tǒng)-再拆集電層-最后取MEA”的順序，避免硬物損傷膜電極，確保各部件功能完好。