一种制造技术

本发明专利技术公开了一种

【技术实现步骤摘要】
一种AEM电解水制氢用膜电极及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电解水制氢
，尤其涉及一种
AEM
电解水制氢用膜电极及其制备方法
。

技术介绍

[0002]阴离子交换膜
(AEM)
电解水制氢技术作为一种新型制造绿氢技术，其将碱性电解槽的低成本与
PEM
的简单
、
高效相结合，具有极大的发展潜力
。
作为
AEM
电解水制氢电解槽的核心部件
——AEM
电解水制氢膜电极，其研究意义巨大
。
[0003]AEM
电解水制氢膜电极一般包括扩散层
、
催化层和阴离子交换膜等部件，其中，催化层通过将催化剂活性组分直接喷涂或涂覆在扩散层上得到
。
一方面，催化层处于裸露状态，随着电解水制氢的进行，催化层容易脱落，且催化层的催化剂颗粒会逐渐发生团聚，使得催化层的有效活性面积不断减小，催化能力逐渐降低
。
另一方面，催化层与阴离子交换膜之间的分层使得膜电极具有较高的阻抗，影响电解水制氢效率
。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术中的上述缺陷，本专利技术的目的之一在于提供一种
AEM
电解水制氢用膜电极，具有阻抗低
、
催化活性高的特点，用于
AEM
电解槽中能够明显提高电解水制氢的效率
。
[0005]为解决现有技术中的上述缺陷，本专利技术的目的之二在于提供一种
AEM
电解水制氢用膜电极的制备方法，步骤简单，原料易得，可大规模工业化生产
。
[0006]根据本专利技术的目的之一所提供的技术方案如下：
[0007]一种
AEM
电解水制氢用膜电极，包括：阴离子交换膜，阴离子交换膜的相对两侧面分别设有阳极催化层和阴极催化层，阳极催化层远离阴离子交换膜的一侧设有阳极保护层，阴极催化层远离阴离子交换膜的一侧设有阴极保护层，阳极保护层
、
阳极催化层
、
阴离子交换膜
、
阴极催化层和阴极保护层依次连接为整体结构
。
[0008]进一步地，阳极保护层和阴极保护层均包括可传导阴离子的膜层和胶层，阳极保护层的膜层通过阳极保护层的胶层与阳极催化层粘贴连接，阴极保护层的膜层通过阴极保护层的胶层与阴极催化层粘贴连接
。
[0009]进一步地，阳极保护层和阴极保护层的厚度均为
0.025
‑
0.25mm
，既能够有效传导阴离子，又能够避免其在电解水制氢过程中破裂
。
当阳极保护层和阴极保护层的厚度小于
0.025mm
时，例如，阳极保护层和阴极保护层的厚度均为
0.02mm,
阳极保护层和阴极保护层太薄，在
AEM
电解水制氢过程中，阳极保护层和阴极保护层的表面会形成局部强碱性环境，阳极保护层和阴极保护层中的高分子膜在
OH
‑
的作用下容易降解而使其穿孔
、
破裂，从而影响对膜电极的密封
、
绝缘效果，导致
AEM
电解槽短路，影响电解水制氢的进行以及
AEM
电解槽的使用寿命
。
并且，阳极保护层和阴极保护层中的高分子膜的破裂还会导致阳极催化层和阴极保护层裸露，降低其催化效果，从而降低电解水制氢效率
。
当阳极保护层和阴极保护层
的厚度大于
150
μ
m
时，例如，阳极保护层和阴极保护层的厚度均为
0.27mm
，由于阳极保护层和阴极保护层过厚而导致的
OH
‑
传导缓慢，从而降低
AEM
电解水制氢的效率
。
[0010]进一步地，胶层的厚度小于膜层的厚度，胶层的厚度为
0.015
‑
0.2mm。
由此，既保证膜层能够通过胶层与阳极催化层和阴极催化层完全贴合，又能够保证膜层的强度，以免膜层在电解水制氢过程中被腐蚀降解，而影响电解水制氢的顺利进行
。
[0011]进一步地，阴离子交换膜的厚度为
50
‑
150
μ
m
，既能够有效传导阴离子，例如
AEM
电解水制氢中的
OH
‑
，又能够避免阴离子交换膜在电解水制氢过程中破裂
。
当阴离子交换膜的厚度小于
50
μ
m
时，例如阴离子交换膜的厚度为
40
μ
m
，阴离子交换膜过薄，在
AEM
电解水制氢过程中，阴离子交换膜的表面会形成局部强碱性环境，阴离子交换膜在
OH
‑
的作用下容易降解而使其穿孔
、
破裂，从而导致
AEM
电解槽短路，影响电解水制氢的进行以及
AEM
电解槽的使用寿命
。
当阴离子交换膜的厚度大于
150
μ
m
时，例如阴离子交换膜的厚度为
160
μ
m
，由于阴离子交换膜太厚而导致的
OH
‑
传导缓慢，从而降低
AEM
电解水制氢的效率
。
[0012]进一步地，阴极催化层为阴极催化剂浆料固化形成的固态催化层，阴极催化层喷涂设在阴离子交换膜的一侧面
。
[0013]进一步地，阴极催化层的厚度为
0.1
‑
10
μ
m
，既能够保证较好的催化效果，而且不影响的
OH
‑
传导
。
当阴极催化层的厚度小于
0.1
μ
m
时，例如阴极催化层的厚度为
0.05
μ
m
，由于阴极催化层太薄，催化活性较低，影响阴极析氢量，进而影响电解水效率
。
当阴极催化层的厚度大于
10
μ
m
时，例如阴极催化层的厚度为
11
μ
m
，由于阴极催化层太厚，不利于的
OH
‑
传导，使得
OH
‑
从阴极向阳极的传导减少
、
减慢，最终影响
AEM
电解水效率
。
[0014]进一步地，阳极催化层为阳极催化剂浆料固化形成的固态催化层，阳极催化层喷涂设在阴离子交换膜的一侧面
。
[0015]进一步地，阳极催化层的厚度为
0.1
‑
20
μ
m...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种
AEM
电解水制氢用膜电极，其特征在于，包括：阴离子交换膜
(3)
，所述阴离子交换膜
(3)
的相对两侧面分别设有阳极催化层
(2)
和阴极催化层
(4)
，所述阳极催化层
(2)
远离所述阴离子交换膜
(3)
的一侧设有阳极保护层
(1)
，所述阴极催化层
(4)
远离所述阴离子交换膜
(3)
的一侧设有阴极保护层
(5)
，所述阳极保护层
(1)、
所述阳极催化层
(2)、
所述阴离子交换膜
(3)、
所述阴极催化层
(4)
和所述阴极保护层
(5)
依次连接为整体结构
。2.
根据权利要求1所述的
AEM
电解水制氢用膜电极，其特征在于：所述阳极保护层
(1)
和所述阴极保护层
(5)
均包括可传导阴离子的膜层和胶层，所述阳极保护层
(1)
的所述膜层通过所述阳极保护层
(1)
的所述胶层与所述阳极催化层
(2)
粘贴连接，所述阴极保护层
(5)
的所述膜层通过所述阴极保护层
(5)
的所述胶层与所述阴极催化层
(4)
粘贴连接
。3.
根据权利要求1或2所述的
AEM
电解水制氢用膜电极，其特征在于：所述阳极保护层
(1)
和所述阴极保护层
(5)
的厚度均为
0.025
‑
0.25mm。4.
根据权利要求2所述的
AEM
电解水制氢用膜电极，其特征在于：所述胶层的厚度小于所述膜层的厚度，所述胶层的厚度为
0.015
‑
0.2mm。5.
根据权利要求1所述的
AEM
电解水制氢用膜电极，其特征在于：所述阴离子交换膜
(3)
的厚度为
50
‑
150
μ
m。6.
根据权利要求1所述的
AEM
电解水制氢用膜电极，其特征在于：所述阴极催化层
(4)
为阴极催化剂浆料固化形成的固态催化层，所述阴极催化层
(4)
喷涂设在所述阴离子交换膜
(3)
的一侧面
。7.
根据权利要求1或6所述的
AEM
电解水制氢用膜电极，其特征在于：所述阴极催化层
(4)
的厚度为
0.1
‑
10
μ
m。8.
根据权利要求1所述的
AEM
电解水制氢用膜电极，其特征在于：所述阳极催化层
(2)
为阳极催化剂浆料固化形成的固态催化层，所述阳极催化层
(2)
喷涂设在所述阴离子交换膜
(3)
的一侧面
。9.
根据权利要求1或8所述的
AEM
电解水制氢用膜电极，其特征在于：所述阳极催化层
(2)
的厚度为
0.1
‑
20
μ
m。10.
根据权利要求1所述的
AEM
电解水制氢用膜电极，其特征在于：所述膜电极的厚度为
0.05
‑
0.5mm。11.
一种

【专利技术属性】
技术研发人员：王冬阳，尹征磊，汪瀛，刘金成，
申请(专利权)人：惠州亿纬氢能有限公司，
类型：发明
国别省市：