一体化膜电极及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种一体化膜电极，包括多孔复合膜和与多孔复合膜复合的多孔催化层。其中多孔复合膜含有无机物粉体、聚砜和支撑体，在兼具较高机械强度和产物气体纯度的基础上能够大幅提高电流密度和降低电解能耗。多孔催化层含有聚砜和催化剂，其具有较高的催化活性和产物选择性。本发明专利技术还提供了该膜电极的一体化成型制备方法，包括直接在未成形液复合膜坯体表面制备催化层，然后通过相转化法一步制得一体化膜电极，从而大大提高了膜电极的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一体化膜电极及其制备方法和应用
本专利技术涉及隔膜电解
，具体涉及一种一体化膜电极，以及该膜电极的制备方法和应用。
技术介绍
隔膜电解技术具有结构紧凑、环境友好，产物纯度高等优点，近年来在电解水制氢、CO2电转化领域得到广泛研究。隔膜电解途径主要依靠具有阴极室和阳极室的两室型电解池来完成，膜电极组件作为电解池核心部件介于阴、阳两室之间，用于完成两室物料的分隔、离子传导和提供氧化、还原反应场所。因此膜电极的质量对电解池整体性能起决定性作用，需要对其进行组成和结构优化，进而提高电解效率、产物选择性、稳定性等，一直是广大研究者的工作重点。膜电极组件主要由隔膜和催化电极组成，分独立式的隔膜、电极结构和结合式的催化剂覆膜电极和气体扩散电极结构。隔膜、电极独立式结构具有方便安装和更换的优势而得到广泛应用，然而此结构下隔膜与电极之间两极电压降较大，具有电解能耗和成本较高的缺陷。催化剂覆膜电极和气体扩散电极结构可实现零极距，能有效降低电阻而成为研究热点。此结合式结构一般采用涂覆法将催化剂直接涂覆或通过转印法将涂覆好的催化剂热压转印到隔膜表面而获得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种一体化膜电极，其特征在于，包括多孔复合膜和与所述多孔复合膜复合的多孔催化层，其中所述多孔复合膜含有无机物粉体、聚砜和支撑体，所述多孔催化层含有聚砜和催化剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种一体化膜电极，其特征在于，包括多孔复合膜和与所述多孔复合膜复合的多孔催化层，其中所述多孔复合膜含有无机物粉体、聚砜和支撑体，所述多孔催化层含有聚砜和催化剂。


2.根据权利要求1所述的一体化膜电极，其特征在于，所述多孔复合膜中，无机物粉体与聚砜的质量比为2:1-9:1；
和/或，所述多孔催化层为阴极催化层或阳极催化层中的任一种；
和/或，所述多孔催化层还含有离子交换树脂，所述聚砜和离子交换树脂的总质量与催化剂的质量比为1:15-1:2，所述离子交换树脂与聚砜的质量比为0:1-1:1。


3.根据权利要求1所述的一体化膜电极，其特征在于，所述无机物粉体选自Zr、Sb、Ce、Ti的氧化物、碳化物、氮化物或氢氧化物粉体中的任一种；
和/或，所述聚砜选自聚芳砜、聚醚砜、聚亚苯基砜和双酚A型聚砜中的任一种；
和/或，所述催化剂为电解水制氢催化剂或电催化CO2制CO催化剂。


4.根据权利要求1所述的一体化膜电极，其特征在于，所述支撑体填充在多孔复合膜的表面或内部，所述支撑体包括增强纤维网布；
和/或，所述增强纤维选自聚丙烯、聚四氟乙烯、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物、三氟氯乙烯-乙烯共聚物和偏二氟乙烯聚合物、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚苯硫醚、聚醚醚酮纤维中的任一种。


5.根据权利要求1所述的一体化膜电极，其特征在于，所述多孔复合膜的平均厚度为200-900μm；所述多孔催化层的平均厚度为50-300μm。


6.根据权利要求1至5任一项所述一体化膜电极的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
S1配制复合膜料和催化剂浆料：将无机物粉体、聚砜和第一溶剂混合均匀，经过滤、脱泡后得到均一的复合膜料；将催化剂、聚砜、离子交换树脂和第二溶剂混合均匀，经过滤、脱泡后得到均一的催化剂浆料；
S2制备膜电极坯体：将膜料与支撑体复合制备得到液复合膜坯体，然后将催化剂浆料涂覆在液复合膜坯体的一面或两面，得到液膜电极坯体；
S3固化成膜电极：将液膜电极坯体进行凝固浴处理，固化成膜后取出，得到所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：康鹏，汪秀萍，
申请(专利权)人：碳能科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11