Existen dos métodos estándar para ensamblar el conjunto de electrodos de membrana (MEA) en celdas de combustible de baja temperatura:

(1) Aplicar la capa de catalizador a la capa de difusión de gas (GDL) y luego agregar la membrana, o

(2) Aplicar la capa de catalizador a la membrana seguido de la adición de GDL.

La capa de catalizador se puede aplicar en uno o dos pasos. Para el primer método, existen cinco formas comunes de preparar y aplicar el catalizador para el conjunto GDL/catalizador:

1. Esparcido: Este método consiste en preparar una mezcla de carbón catalizado y PTFE mezclándola y esparciéndola utilizando un cilindro pesado de acero inoxidable sobre una superficie plana. Esto conduce a una capa delgada y uniforme donde la carga de Pt está relacionada con el espesor.

2. Pulverización: El electrolito se suspende en una mezcla de agua, alcohol y PTFE coloidal. Esta mezcla se rocía sobre una tela de carbón resistente al agua y el electrodo se sinteriza entre rociados para evitar que los componentes se vuelvan a disolver en la siguiente capa. Luego, el electrodo se lamina para producir una capa delgada de espesor y porosidad uniformes sobre el conjunto GDL/catalizador.

3. Deposición de polvo de catalizador: el Vulcan XC-72, el polvo de PTFE y una variedad de cargas de platino sobre carbono se mezclan en un molino de cuchillas de funcionamiento rápido bajo enfriamiento forzado. Luego se aplica a una tela de carbón resistente al agua. La aplicación de una capa de carbono/PTFE también nivela la superficie del papel y mejora las propiedades de gas y transporte dentro del MEA.

4. Impregnación de ionómero: El lado catalíticamente activo del GDL se pinta con una mezcla de PFSA en una mezcla de alcoholes alifáticos inferiores y agua. El catalizador y el ionómero se mezclan antes de depositar la capa de catalizador, para crear una capa uniforme más reproducible.

5. Electrodeposición: La electrodeposición impregna la estructura porosa de carbono con ionómero, un intercambio de los cationes en el ionómero por un complejo catiónico de platino y la electrodeposición de platino de este complejo sobre el soporte de carbono. Esto da como resultado la deposición de platino sólo en sitios a los que acceden eficazmente tanto el carbono como el ionómero.

Para el segundo método, pulverización, existen cinco formas comunes de preparar y aplicar el catalizador para el conjunto GDL/catalizador:

1. Reducción por impregnación: La membrana se intercambia de iones a la forma Na y se equilibra con una solución acuosa de (NH3)4PtCl2 y un cosolvente de H5O/CH3OH. Luego se expone un lado de la membrana a PFSA seco en forma H y el otro lado al reductor acuoso NaBH4.

2. Deposición evaporativa: (NH3)4PtCl2 se deposita sobre una membrana mediante la evaporación de una solución acuosa. El platino metálico se produce sumergiendo toda la membrana en una solución de NaBH4. Este método produce cargas metálicas del orden de < 0,1 mg Pt/cm2 en el conjunto membrana/catalizador.

3. Pulverización en seco: Los materiales reactivos (Pt/C, PTFE, polvo de PFSA y/o materiales de relleno) se mezclan en un molino de cuchillas, y la mezcla se atomiza y se pulveriza en nitrógeno a través de una boquilla con hendidura directamente sobre la membrana. La adherencia de esta capa es buena, pero para mejorar el contacto eléctrico e iónico, la capa luego se lamina en caliente o se prensa.

4. Calcomanía con catalizador: la tinta de platino se prepara minuciosamente mezclando el catalizador y PFSA solubilizado. La forma protonada de PFSA en la tinta se convierte luego en la forma TBA+ (tetrabutilamonio) mediante la adición de TBAOH en metanol. La estabilidad y capacidad de extensión de la tinta se mejora añadiendo glicerol a la mezcla. Luego, la tinta se vierte sobre espacios en blanco de PTFE para transferirla a la membrana mediante prensado en caliente. Cuando se retira la pieza en bruto de PTFE, queda una fina capa de catalizador sobre la membrana. En el último paso, las membranas catalizadas se rehidratan y se intercambian iones a la forma H sumergiéndolas en ácido sulfúrico ligeramente hirviendo y luego enjuagándolas con agua desionizada.

5. Pintura: La tinta Pt se prepara de la misma manera que el método de decapado del catalizador. Se pinta una capa de tinta directamente sobre una membrana seca en forma de Na y se hornea para secar la tinta. El disolvente se elimina mediante secado en una cámara de vacío calentada. Las membranas catalizadas se rehidratan y se intercambian iones a la forma H sumergiéndolas en ácido sulfúrico ligeramente hirviendo y luego enjuagándolas con agua desionizada.

Además de los métodos enumerados anteriormente, la pulverización catódica también se puede utilizar como un paso único para la preparación y aplicación del catalizador. El platino se puede depositar por pulverización catódica en uno o ambos lados del GDL. Para mejorar el rendimiento, se pueden aplicar con brocha varios recubrimientos sobre las superficies catalizadas del conjunto de membrana/catalizador, como una mezcla de solución de PFSA, polvo de carbón y alcohol isopropílico. El disolvente se elimina mediante una cámara de vacío.

El paso final para los métodos 1 y 2 es la adición de la membrana y GDL. Normalmente se utiliza prensado en caliente para aplicar ambas capas. Durante el prensado en caliente, la membrana se secará pero se rehidrata después de su inserción en la pila. Se ha sugerido en la literatura que la membrana se trata con una solución de H2O/H2O2 calentada hasta el punto de ebullición, se enjuaga con agua desionizada, se sumerge en ácido sulfúrico diluido caliente y se trata varias veces en agua hirviendo. Este proceso elimina impurezas y rastros de ácido del MEA terminado.