【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及pem水电解制氢，尤其涉及一种pem电解槽膜电极及其制备方法。
技术介绍
1、质子交换膜(pem)是一种选择性透过的膜，在pem电解槽中起到为质子迁移和传输提供通道、分离气体反应物并阻隔阴阳极的作用。因此膜电极的结构和制备工艺对pem电解槽性能有很大影响。
2、目前技术中，应用最多的是ccm膜电极制备方法，该方法通过将催化剂浆料喷涂或刮涂于质子膜两侧制得，但是这种方法制备出来的膜电极催化层是平面结构，催化层活性面积较少，无法最大程度的发挥催化剂的催化活性。而且其传质通道是无序的，存在较严重的电化学极化和浓差极化，长期运行影响pem电解槽寿命。
3、因此，本专利技术提供了一种，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种，以解决上述
技术介绍
中提出的问题和缺陷的至少一个方面。
2、根据本专利技术还提供了上述pem电解槽膜电极的制备方法。
3、具体如下，本专利技术第一方面，提供一种pem电解槽膜电极，所述膜电极的制备原料包括阴极浆料和阳极浆料；所述膜电极的结构由内至外依次包括阴极催化层、质子交换膜和阳极催化层；所述阴极浆料由阳极催化剂、离聚物和溶剂组成；所述阳极浆料由阴极催化剂、离聚物和溶剂组成。
4、根据本专利技术pem电解槽膜电极技术方案中的一种技术方案，至少具备如下有益效果：
5、膜电极的结构采用内至外的阴极催化层、质子交换膜和阳极催化层的层次结构，有助于提高氢
6、阴极和阳极浆料中使用催化剂有助于促进氢气和氧气的电化学反应，减少电解过程中的极化损失，提高电解效率。合适的催化剂选择和浆料制备方法可以增加电极的活性，减少电解电位，从而节省能源。
7、本专利技术第二方面提供上述pem电解槽膜电极的制备方法，包括以下步骤：
8、a、将阴极浆料和阳极浆料分别通过磁力搅拌4-24h混合均匀并超声1-8h后，刮涂或喷涂至质子交换膜两侧，得到阴极催化层和阳极催化层；
9、b、将阴极催化层和阳极催化层依次进行一级干燥、辊压、二级干燥、裁切；
10、所述阴极催化剂为非贵金属掺杂的铂基催化剂，其包括包括铂碳、铂合金催化剂、非贵金属催化剂的至少一种；
11、所述阳极催化剂为非贵金属掺杂的铱基催化剂，其包括二氧化铱、铱黑、非贵金属催化剂的至少一种；
12、所述阴极催化层中的铂载量为0.1-0.3mg/cm2；
13、所述阳极催化层中的铱载量为0.2-1mg/cm2。
14、根据本专利技术pem电解槽膜电极的制备方法技术方案中的一种技术方案，至少具备如下有益效果：
15、超声处理可以帮助阴极浆料和阳极浆料中的成分更均匀地混合，提高浆料的均匀性和电极的催化效率，阴极浆料和阳极浆料通过刮涂或喷涂至质子交换膜两侧，减少了电解过程中的质子传输距离，电解时阴极催化层和阳极催化层可以直接参与水电解反应，从而提高电解效率。
16、采用分两级干燥的方式，方便在浆料未完全固化时，对其进行辊压，得到特定形状的催化层；
17、铂碳是铂颗粒分散在碳载体上的催化剂，在氧还原反应中具有良好的催化活性，能有效促进氧气还原，提供高电化学活性。
18、铂合金催化剂是铂与其他金属(如铑、钯、金等)合金化得到的催化剂，可以改善铂碳催化剂的性能，降低催化剂的成本，并提高催化活性，并且能够减少贵金属的使用量。
19、二氧化铱是一种用于促进氧还原反应的铱基催化剂，在高温下(通常在800℃以上)的固体氧化物燃料电池(sofc)中被广泛应用，其具有较高的催化活性和稳定性，适用于氧还原反应的高温条件。
20、铱黑是铱的一种形式，通常以粉末状的形式使用，可用于促进氧还原反应等电化学反应，并且铱黑具有良好的电催化性能，对氧还原反应具有良好的活性。
21、本专利技术中阴极催化层中的铂载量以及在阳极催化层中的铱载量能够大幅度优化电极的催化性能。通过选择适当的负载量可以提高催化活性，同时避免过多的催化剂浪费。
22、在本专利技术的一些具体实施方案中，所述一级干燥的温度为30-60℃，干燥时间为5-20min。
23、在本专利技术的一些具体实施方案中，所述二级干燥的温度为30-80℃，干燥时间为10-30min。
24、本专利技术中一级干燥中温度过低，时间过短会导致阴极浆料和阳极浆料难以充分均热，后续的辊压过程容易使得阴极浆料和阳极浆料掉落。温度过高，时间过长，会导致阴极浆料和阳极浆料固化过快，辊压时很难在阴极浆料和阳极浆料留下痕迹，难以形成特定形状。
25、在本专利技术的一些具体实施方案中，所述辊压的温度为25-80℃。
26、在本专利技术的一些具体实施方案中，所述辊压步骤中使用的辊子表面具有凸出的均匀形状。
27、根据本专利技术pem电解槽膜电极的制备方法技术方案中的一种技术方案，至少具备如下有益效果：
28、凸出的均匀形状能够提高阴极催化层和阳极催化层的接触活性面积，提高阴极催化层和阳极催化层的催化效率，从而能够减少催化剂的使用量，降低成本；膜电极成型完毕后，表面结构也相应发生改变，优化了质子和气体的传输通道，增加了传导率，从而提高了电解槽的性能和使用寿命。
29、在本专利技术的一些具体实施方案中，形状凸出的深度<5um，宽度<50um，间距<50um。
30、在本专利技术的一些具体实施方案中，所述质子交换膜的厚度为25-150um。
31、在本专利技术的一些具体实施方案中，所述离聚物为2-10％nafion溶液；所述溶剂为去离子水、异丙醇、丙三醇、乙醇中的至少一种。
32、在本专利技术的一些具体实施方案中，辊压可发生在膜电极的任意一侧或者两侧。
33、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
34、1、本专利技术提供的膜电极制备方法增加了膜电极催化层的接触活性面积，提高了催化层的催化效率，可降低催化剂的使用量，从而降低pem电解槽成本；
35、2、本专利技术制备的膜电极通过改变其表面结构，优化了质子和气体的传输通道，增加了了传导率，提高了pem电解槽的性能和使用寿命。
36、3、本专利技术提供的膜电极制备方法操作简单方便，可实现大批量制备。
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1.一种PEM电解槽膜电极，其特征在于，所述膜电极的制备原料包括阴极浆料和阳极浆料；
2.一种如权利要求1所述的PEM电解槽膜电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的PEM电解槽膜电极的制备方法，其特征在于，所述一级干燥的温度为30-60℃，干燥时间为5-20min。
4.根据权利要求2所述的PEM电解槽膜电极的制备方法，其特征在于，所述二级干燥的温度为30-80℃，干燥时间为10-30min。
5.根据权利要求2所述的PEM电解槽膜电极的制备方法，其特征在于，所述辊压的温度为25-80℃。
6.根据权利要求2所述的PEM电解槽膜电极的制备方法，其特征在于，所述辊压步骤中使用的辊子表面具有凸出的均匀形状。
7.根据权利要求6所述的PEM电解槽膜电极的制备方法，其特征在于，形状凸出的深度<5um，宽度<50um，间距<50um。
8.根据权利要求2所述的PEM电解槽膜电极的制备方法，其特征在于，所述质子交换膜的厚度为25-150um。
9.根
10.根据权利要求2所述的PEM电解槽膜电极的制备方法，其特征在于，辊压可发生在膜电极的任意一侧或者两侧。
...【技术特征摘要】
1.一种pem电解槽膜电极，其特征在于，所述膜电极的制备原料包括阴极浆料和阳极浆料；
2.一种如权利要求1所述的pem电解槽膜电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的pem电解槽膜电极的制备方法，其特征在于，所述一级干燥的温度为30-60℃，干燥时间为5-20min。
4.根据权利要求2所述的pem电解槽膜电极的制备方法，其特征在于，所述二级干燥的温度为30-80℃，干燥时间为10-30min。
5.根据权利要求2所述的pem电解槽膜电极的制备方法，其特征在于，所述辊压的温度为25-80℃。
6.根据权利要求2所述的pem电解槽膜电极的...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢曙，李威宏，瓦利德·达乌德，陈孝东，张靖倩，
申请(专利权)人：淳华氢能源科技湖南有限公司，
类型：发明
国别省市：
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