【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及固态聚合物水电解制氢，尤其涉及一种表面褶皱的质子交换膜及水电解膜电极的制备方法。
技术介绍
1、固态聚合物水电解技术是一种高效、长寿命的水电解制氢技术，目前降低电解器的单槽电压是降低制氢成本推动该技术大规模应用的有效途径。作为水电解器核心部件的膜电极是影响整个电堆制氢能耗的关键。其中，电化学极化是膜电极能耗的主要组成部分，为此降膜电极的电化学极化可有效降低制氢能耗，也是当前的主要研究方向。
2、在提高膜电极效率研究方面，扩大质子交换膜与催化层的三相反应界面是一种有效减少电化学极化的技术路线。当前的商业化质子交换膜表面为纯平的形貌，当制备为膜电极后催化层与膜的接触面仅为二维平面，因此这类形貌限制了膜与催化层的接触面积。为了扩大催化层与膜的接触面，纳米压印，等离子体刻蚀技术被开发用于拓展质子交换膜的比表面积，但这些技术严重依赖于特定设备以及压印模具，同时很难用于大面积膜电极的制备，因此限制了该类技术在规模化制备方面的应用。
3、褶皱形貌可提高质子交换膜的比表面积，但当前仅有的制备方法是采用热固性弹性模(pdms)作为压印模板，随后与质子交换膜热压得到。如前所述，此方法存在依赖特定模具，步骤多，难以用于大面积膜电极制备的缺点。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种表面褶皱的质子交换膜及水电解膜电极的制备方法，本专利技术实现质子交换膜表面褶皱化以及强化水电解膜电极性能，本专利技术提出的表面褶皱的质子交换膜的制备方法可以在不使用模具以及特定设备的
2、本专利技术是通过以下技术方案予以实现的：
3、本专利技术保护一种表面褶皱的质子交换膜的制备方法，包括如下步骤：
4、(1)在钌前驱体溶液中加入氧化剂，氧化剂与钌前驱体的摩尔比为1:1-8:1，调节溶液ph至8-12；
5、(2)在室温条件下，将质子交换膜置于上述溶液中静置0.5-72小时，取出漂洗后，再在70℃-90℃的硫酸溶液中水浴0.5-1.5小时，烘干，得到表面褶皱的质子交换膜。烘干温度为70℃-90℃。
6、本专利技术提出的表面褶皱的质子交换膜的制备方法为易于实现的溶液浸渍法，可实现大面积膜材料的褶皱化处理，因此适合膜材料的批量化处理。
7、优选地，步骤(1)所述的钌前驱体溶液的浓度为0.01-0.5m。钌前驱体溶液由如下步骤配制得到：将钌前驱体粉末溶于去离子水中，得到浓度为0.01-0.5m的钌前驱体溶液。进一步优选，钌前驱体为rucl3。
8、优选地，步骤(1)所述的氧化剂为naclo或h2o2，氧化剂与钌前驱体的摩尔比为2:1-8:1。h2o2优选为质量分数为30％的h2o2水溶液。
9、优选地，步骤(1)所述的调节溶液ph至8-12具体步骤为：通过加入碱性溶液或磷酸缓冲溶液调节溶液ph至8-12。进一步优选，碱性溶液为氢氧化钠溶液，磷酸缓冲溶液为磷酸钠缓冲液(nah2po4&na2hpo4)和磷酸钾缓冲液(k2hpo4&kh2po4)。
10、优选地，步骤(2)所述的在70℃-90℃的硫酸溶液中水浴0.5-1.5小时的具体步骤为：在80℃的硫酸溶液中水浴1小时。
11、本专利技术还保护通过所述的制备方法制备得到的表面褶皱的质子交换膜，所述的质子交换膜表面呈现均匀分布的褶皱，褶皱尺寸为50-200nm。
12、优选地，所述的质子交换膜为全氟磺酸型聚合物膜或全氟磺酸型聚合物增强膜，质子交换膜的厚度为25-200μm。进一步优选，所述的质子交换膜为nafion117膜、nafion115膜、nafion212膜或nafion hp增强膜。
13、本专利技术还保护一种水电解膜电极，由所述的表面褶皱的质子交换膜以及设置于所述的质子交换膜两侧的阴极催化层和阳极催化层组成。本专利技术将表面褶皱的质子交换膜与传统电极制备方法联用后得到的水电解器膜电极体现出了更大的活性面积与更高的活性，可有效降低电解制氢能耗。
14、本专利技术还保护所述的水电解膜电极的制备方法，包括如下步骤：配制阴极催化剂墨水以及阳极催化剂墨水，使用涂覆、喷涂或转印法与所述的表面褶皱的质子交换膜结合，得到设置于所述的质子交换膜两侧的阴极催化层和阳极催化层，即得到所述的水电解膜电极(固态聚合物水电解膜电极)。
15、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
16、1、本专利技术提供了一种使质子交换膜褶皱化的制备方法，利用此方法可扩大质子交换膜的比表面积，形成扩展后的三相反应界面，配合传统的膜电极制备工艺即得到的更优的膜电极性能。
17、2、本专利技术使用了简便的溶液浸渍法促进质子交换膜表面的褶皱化。该方法较传统的纳米模板压印法更简便，无需特定设备，适合膜的批量化处理以及膜电极的大规模生产。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种表面褶皱的质子交换膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的钌前驱体溶液的浓度为0.01-0.5M。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的氧化剂为NaClO或H2O2，氧化剂与钌前驱体的摩尔比为2:1-8:1。
4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的调节溶液pH至8-12具体步骤为：通过加入碱性溶液或磷酸缓冲溶液调节溶液pH至8-12。
5.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的在70℃-90℃的硫酸溶液中水浴0.5-1.5小时的具体步骤为：在80℃的硫酸溶液中水浴1小时。
6.权利要求1-5任一项所述的制备方法制备得到的表面褶皱的质子交换膜，其特征在于，所述的质子交换膜表面呈现均匀分布的褶皱。
7.根据权利要求6所述的质子交换膜，其特征在于，所述的质子交换膜为全氟磺酸型聚合物膜或全氟磺酸型聚合物增强膜，质子交换膜的厚度为25-200μm。
8.一种水
9.权利要求8所述的水电解膜电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：配制阴极催化剂墨水以及阳极催化剂墨水，使用涂覆、喷涂或转印法与权利要求6所述的表面褶皱的质子交换膜结合，得到设置于所述的质子交换膜两侧的阴极催化层和阳极催化层，即得到所述的水电解膜电极。
...【技术特征摘要】
1.一种表面褶皱的质子交换膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的钌前驱体溶液的浓度为0.01-0.5m。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的氧化剂为naclo或h2o2，氧化剂与钌前驱体的摩尔比为2:1-8:1。
4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的调节溶液ph至8-12具体步骤为：通过加入碱性溶液或磷酸缓冲溶液调节溶液ph至8-12。
5.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的在70℃-90℃的硫酸溶液中水浴0.5-1.5小时的具体步骤为：在80℃的硫酸溶液中水浴1小时。
6.权...
【专利技术属性】
技术研发人员：史言，闫常峰，卢卓信，申丽莎，王志达，谭弘毅，郭常青，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。