一种固体电解质水电解膜电极的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种固体电解质水电解膜电极的制备方法：首先配制阴极和阳极催化剂浆料和粘结剂浆料；其次将阴极催化剂浆料涂布在质子交换膜表面；再将多种阳极催化剂浆料涂布在支撑基膜上，接着继续将粘结剂浆料涂布在复合面，最后将阳极催化剂层和阴极催化剂层两部分辊压复合，得到CCM，并与碳纸、塑料边框热压成型，制备成PEM水电解膜电极；本发明专利技术解决水电解运行过程中造成的催化剂脱落和性能衰减并且优化膜电极表面的气泡传输能力，提升膜电极的催化效率。催化效率。

【技术实现步骤摘要】
一种固体电解质水电解膜电极的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种固体电解质水电解膜电极的制备方法，属于水电解领域。

技术介绍

[0002]近年来，固体聚合物电解质(PEM)水电解技术因其高效、零排放、结构紧凑、环境友好，产物纯度高等优点，成为了制氢领域的研究热点，而且其产物高纯度的氧也已用于航天、医疗、分析等领域。膜电极作为PEM水电解池核心部件，进行结构上的优化是提高电解效率是各国研究人员的工作重点。
[0003]质子交换膜水电解池(PEMWE)的电解过程，在水电解池中，阳极在外加电压作用下失去电子，即水在阳极失去电子并析出氧气，产生氢离子。氢离子通过水合氢离子的形式通过质子交换膜，在阴极得到外电路的电子生成氢气。在这种电解池的结构中，膜电极组件是电解反应的发生场所，是电解池的核心部分。其组成包括：为电化学反应发生的催化层，导水、导氢离子的质子交换膜(PEM)以及传递水与气体的扩散层。其中，催化层由催化剂和Nafion组成。膜电极组件是电解池的核心，直接影响到电解效率、电解能耗、电解成本以及电解池的寿命。传统的膜电极制备工艺是将催本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固体电解质水电解CCM，其特征在于：所述CCM从一侧至另一侧依次包括阴极催化剂层、质子交换膜、粘结剂层、阳极催化剂层一、阳极催化剂层二、阳极催化剂层三；所述阴极催化剂层为多孔结构；各催化剂层均含有催化剂和全氟磺酸树脂；所述阴极催化剂层中催化剂与全氟磺酸树脂的质量比为1∶0.25
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0.3；所述阳极催化剂层一中催化剂与全氟磺酸树脂的质量比为1∶5
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7.5；所述阳极催化剂层二中催化剂与全氟磺酸树脂的质量比为1∶1
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1.5；所述阳极催化剂层三中催化剂与全氟磺酸树脂的质量比为1∶0.25
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0.5。2.一种权利要求1所述的固体电解质水电解CCM的制备方法，其特征在于：步骤如下：(1)浆料配制：分别配置催化剂浆料1、催化剂浆料2、催化剂浆料3、催化剂浆料4和粘结剂浆料；所述催化剂浆料1包括质量比为1∶2
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4.99∶0.05
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0.1∶50
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100的阴极催化剂、全氟磺酸树脂溶液、致孔剂和溶剂；催化剂浆料2包括质量比为1∶50
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100∶40
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60的阳极催化剂、全氟磺酸树脂溶液和溶剂；催化剂浆料3包括质量比为1∶20
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49.99∶30
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50的阳极催化剂、全氟磺酸树脂溶液和溶剂；催化剂浆料4包括质量比为1∶5
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10∶30
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60的阳极催化剂、全氟磺酸树脂溶液和溶剂；所述催化剂浆料1
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4中，全氟磺酸树脂溶液的浓度均为5
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15wt％；(2)采用第一涂布工艺将催化剂浆料1涂布在带有保护膜的质子交换膜上，经过干燥A形成不完全干燥状态的含有多孔结构的阴极催化剂层；(3)采用第二涂布工艺将催化剂浆料2涂布在支撑基膜上，经过干燥B形成不完全干燥状态的阳极催化剂层一，接着将催化剂浆料3采用第三涂布工艺涂布在阳极催化剂层一表面，经过干燥C形成不完全干燥状态的阳极催化剂层二，继续采用第四涂布工艺将催化剂浆料4涂布在阳极催化剂层二表面，经过干燥D形成不完全干燥状态的梯度式多层阳极催化剂层；(4)将步骤(3)制备的梯度式多层阳极催化剂层从支撑基膜上剥离，并采用第五涂布工艺将粘结剂浆料涂布在剥离后的阳极催化剂层一反面，经过干燥E形成不完全干燥状态，接着将步骤(2)制备的阴极催化剂层的保护膜剥离，并将质子交换膜未涂有催化剂层的一侧和涂有粘结剂的阳极催化剂层一的表面贴合，辊压、干燥F，得到CCM；步骤(2)
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(4)中不完全干燥状态的溶剂含量为20
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60wt％。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：催化剂浆料1配置方法为：将阴极催化剂、全氟磺酸树脂溶液、致孔剂加入醇类溶剂中，室温超声搅拌后得到催化剂浆料1；催化剂浆料2、催化剂浆料3和催化剂浆料4配置方法为；将阳极催化剂、全氟磺酸树脂溶液加入醇类溶剂，室温超声搅拌，并根据阳极催化剂和全氟磺酸树脂比例不同，分别得到催化剂浆料2、催化剂浆料3和催化剂浆料4；催化剂浆料1
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【专利技术属性】
技术研发人员：张洪杰，郝金凯，邵志刚，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：