[發(fā)明專利]一種純水電解離子膜電極的制備方法

無(wú)效

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• 申請(qǐng)日: 2011-07-06
• 公開（公告）號(hào): CN102260877A
• 公開（公告）日: 2011-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁孝濤;王壽榮;吳修讓;李家喜;楊希昌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東賽克賽斯氫能源有限公司
• 主分類號(hào): C25B11/08
• 分類號(hào): C25B11/08;C25B9/10;C25B1/10
• 代理公司: 濟(jì)南泉城專利商標(biāo)事務(wù)所 37218
• 代理人: 李桂存

技術(shù)領(lǐng)域????

本發(fā)明涉及電解水制氫技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種純水電解離子膜電極的制備方法。

背景技術(shù)???

隨著世界化石能源的供應(yīng)危機(jī)加劇以及各國(guó)對(duì)于環(huán)境保護(hù)要求越來(lái)越高，開發(fā)新型清潔能源、高效利用能源成為世界各國(guó)政府和企業(yè)研發(fā)機(jī)構(gòu)的研究熱點(diǎn)。氫能作為一種清潔、高效能源載體，被寄予厚望，而電解堿液制氫技術(shù)比較成熟，曾經(jīng)是世界各國(guó)大型制氫設(shè)備的主流技術(shù)，但是其電解質(zhì)溶液容易發(fā)生流失、腐蝕，使用的石棉隔膜會(huì)污染環(huán)境，隨著世界各國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)的呼聲日益增多，西方國(guó)家已經(jīng)淘汰該技術(shù)。而固體聚合物電解技術(shù)（Solid?Polymer?Electrolyte,?SPE)，由于具有環(huán)境友好、制備氫氣純度高、能量效率高等優(yōu)點(diǎn)，成為研究熱點(diǎn)。

純水電解的核心部件是由固體聚合物電解離子膜和催化層組成的膜電極，具體說(shuō)是通過(guò)物理或化學(xué)方法在離子膜的兩側(cè)加設(shè)陰陽(yáng)極催化層。純水電解的特殊環(huán)境要求制備的膜電極的催化層與離子膜結(jié)合緊密、催化劑在膜表面分布均勻，從而達(dá)到降低能耗、提高能量轉(zhuǎn)化率并提高壽命的目的。

目前制備膜電極的方法主要有熱壓法、電化學(xué)沉積法、化學(xué)沉積法、浸漬還原法和真空濺射法。熱壓法制備膜電極，有時(shí)會(huì)造成離子膜的起皺和催化層涂覆不均勻，影響電解效率和使用壽命，專利號(hào)為200710151086.8，名稱為“用于電解水的質(zhì)子交換膜電極制備方法”的中國(guó)專利公開了一種將?質(zhì)子交換膜吸附在真空加熱板上，再將催化劑涂覆在質(zhì)子交換膜兩面的方法，但這樣極易造成膜電極的污染。

發(fā)明內(nèi)容???

為了解決以上熱壓法制備膜電極起皺、催化層涂覆不均勻和膜電極易受污染和膜電極電解效率不高、使用壽命短的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種使用轉(zhuǎn)印模板進(jìn)行轉(zhuǎn)印的制備催化層與離子膜結(jié)合牢固、催化劑利用率高、膜電極使用壽命長(zhǎng)的純水電解離子膜電極的制備方法。

本發(fā)明是通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)的：

采用化學(xué)物理方法前期將成品離子膜處理為容易與催化層緊密結(jié)合的結(jié)構(gòu)，采用轉(zhuǎn)印模板法將優(yōu)化配比和組成的陰陽(yáng)極催化劑結(jié)合在離子膜兩側(cè)，形成具有夾心結(jié)構(gòu)的膜電極。

一種純水電解離子膜電極的制備方法，包括以下步驟：

（1）將陰極催化劑和陽(yáng)極催化劑與Nafion溶液、異丙醇、丙三醇和蒸餾水分別配置成陰極催化劑溶液和陽(yáng)極催化劑溶液；將陰極催化劑溶液和陽(yáng)極催化劑溶液分別涂在轉(zhuǎn)印模板上，80-130℃真空烘干；

（2）將烘干的兩塊轉(zhuǎn)印模板固定于離子膜兩側(cè)，在130-190℃溫度、6MPa壓力下處理2-5min，保壓6MPa冷卻至常溫，揭下轉(zhuǎn)印模板，置于烘箱中真空70-110℃處理1h，得到純水電解離子膜電極。

所述陰極催化劑采用Pt/C合金，Pt含量為20-100wt%，陽(yáng)極催化劑采用Ir/Pt合金,?Pt含量為30-70wt%。

優(yōu)選陰極催化劑中Pt含量為40wt%，陽(yáng)極催化劑中Pt含量為50wt%。

優(yōu)選陰極催化劑溶液或陽(yáng)極催化劑溶液中陰極催化劑或陽(yáng)極催化劑與Nafion溶液、異丙醇、丙三醇和蒸餾水的重量比為1:5-10:15-25:2-8:15-25，Nafion溶液的濃度為5wt%。

優(yōu)選陰極催化劑溶液或陽(yáng)極催化劑溶液中陰極催化劑或陽(yáng)極催化劑與Nafion溶液、異丙醇、丙三醇和蒸餾水的重量比為1:7:20:5:20。

優(yōu)選離子膜為全氟磺酸離子膜，離子膜與轉(zhuǎn)印模板固定前，浸沒于沸H₂O₂溶液中，煮30-60min，然后浸于沸NaOH溶液中，煮30-60min。

優(yōu)選離子膜浸于H₂O₂溶液之前，在沸蒸餾水中煮30-60min，然后對(duì)離子膜表面進(jìn)行粗糙處理。

優(yōu)選陰極催化劑溶液的涂刷量為1.45±0.50mg/cm²、陽(yáng)極催化劑溶液的涂刷量為4.2±1.0mg/cm²。

優(yōu)選兩塊轉(zhuǎn)印模板材質(zhì)分別為聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯或錫箔；轉(zhuǎn)印模板厚度為3-5mm，長(zhǎng)和寬分別比離子膜的長(zhǎng)和寬大1-3cm，轉(zhuǎn)印模板在涂刷陰極催化劑溶液或陽(yáng)極催化劑溶液之前使用異丙醇、乙醇或丙酮清洗烘干。

優(yōu)選全氟磺酸離子膜厚度為0.17mm，對(duì)離子膜表面進(jìn)行粗糙處理優(yōu)選用砂紙打磨。