[發明專利]固體電解質電解用膜電極的熱壓組裝方法及膜電極和應用

在審

• 申請號: 201610861749.4
• 申請日: 2016-09-29
• 公開（公告）號: CN107887625A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 俞紅梅;遲軍;賈佳;高學強;覃博文;邵志剛
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M8/1004
• 分類號: H01M8/1004
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司21002
• 代理人: 馬馳

1.一種固體電解質電解用膜電極的熱壓組裝方法，其特征在于：該熱壓組裝方法將夾層結構的膜電極置于油壓機下熱壓；

夾層結構的膜電極包括依次層疊的陰極氣體擴散層、陰極催化層、質子交換膜、陽極催化層、以及陽極氣體擴散層；

所述膜電極的熱壓組裝方法制備遵循以下步驟：

(1)將含有陰極催化劑和Nafion的陰極催化劑漿料、含有陽極催化劑和Nafion的陽極催化劑漿料分別噴涂于質子交換膜兩側制得催化劑覆膜電極；

(2)用中空的、環形的兩片封閉材料將步驟(1)中制得的催化劑覆膜電極的四周邊緣夾住，使步驟(1)中制得的催化劑覆膜電極處于兩片封閉材料之間，且催化劑覆膜電極的四周邊緣均被兩片封閉材料夾持固定，并在封閉材料陰極催化層一側的中空部位的陰極催化層上放置碳紙氣體擴散層，碳紙氣體擴散層與封閉材料的中空環形區域厚度相同、面積相等、形狀相同、即規格一致；在封閉材料陽極催化層一側的中空部位的陽極催化層上放置一片與封閉材料中空區域厚度相同、面積相等、形狀相同、即規格一致的聚四氟乙烯薄片；

(3)將被兩片封閉材料夾持的催化劑覆膜電極用兩片聚四氟乙烯薄膜夾住，使兩片封閉材料及它們中的催化劑覆膜電極處于兩片聚四氟乙烯薄膜之間，并將夾住催化劑覆膜電極的兩片聚四氟乙烯薄膜放置于兩片金屬夾板之間；將金屬夾板置于100～140℃的油壓機之中熱壓0.5～5min；熱壓完畢后取下金屬夾板、聚四氟乙烯薄片、聚四氟乙烯薄膜，在封閉材料陽極催化層一側的中空部位的陽極催化層上放置與封閉材料中空區域厚度相同、面積相等、形狀相同、即規格一致的多孔鈦板，即可獲得膜電極組件。

2.按照權利要求1所述的膜電極制備方法，其特征在于：制備的夾層結構膜電極包括質子交換膜、陰/陽極催化層，以及位于膜兩側的陰/陽極氣體擴散層。

3.按照權利要求1所述的膜電極制備方法，其特征在于：步驟(2)中兩片封閉材料中空區域內框大小和/或形狀不同，其是為了避免在油壓機上進行熱壓時封閉材料內框邊緣產生過大的剪切應力將膜撕裂。

4.按照權利要求1所述的膜電極制備方法，其特征在于：

選用的封閉材料可以是聚酯框或橡膠框等密封材料；

選用的質子交換膜是以Nafion膜為代表的質子交換膜，如Nafion 117或Nafion 211等；

所選用的陰極氣體擴散層為厚度0.2～0.3mm的增水化處理的碳紙；陽極氣體擴散層為厚度0.7～0.8mm的鍍鉑多孔鈦板。

5.按照權利要求1所述的膜電極制備方法，其特征在于：步驟(3)所述熱壓過程使用的壓強為0.1～0.5MPa，熱壓溫度為100～140℃，熱壓時間為0.5～3min。

6.一種權利要求1-5任一所述制備方法制備的膜電極。

7.一種權利要求6所述膜電極的應用，，其特征在于：制備得到的所述膜電極可應用于RFC、光電催化、PEM水電解池或酸性水電解氫氣發生器中。