[發明專利]膜電極組與電解產氫的方法

在審

• 申請號: 201910103234.1
• 申請日: 2019-02-01
• 公開（公告）號: CN111254459A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 林國興;蔡麗端;林有銘;趙文軒;黃秋萍;楊秉興;黃筱君;林俊男
• 申請（專利權）人: 財團法人工業技術研究院
• 主分類號: C25B11/06
• 分類號: C25B11/06;C25B9/10;C25B1/04
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 陳小雯

本發明公開一種膜電極組與電解產氫的方法，該電解產氫的方法包括：將膜電極組浸置于堿性水溶液中，其中膜電極組包括：陽極，包括第一催化劑層于第一氣液擴散層上；陰極，包括第二催化劑層于第二氣液擴散層上；以及陰離子交換膜，夾設于陽極的第一催化劑層與陰極的第二催化劑層之間，其中第一催化劑層、第二催化劑層、或上述兩者的化學結構為M_xRu_yN₂，其中M為Ni、Co、Fe、Mn、Cr、V、Ti、Cu、或Zn，0x1.3，0.7y2，且x+y＝2，其中M_xRu_yN₂為立方晶系或非晶；以及施加電位至陽極與陰極以電解堿性水溶液，使陰極產生氫氣，并使陽極產生氧氣。

技術領域

本發明是關于膜電極組，以及采用膜電解組的電解產氫的方法。

背景技術

在能源短缺的現今，尋求替代能源勢在必行，而氫能為最佳的替代能源。由于環境保護的觀念，使用氫氣作為燃料符合環保期待，電解水是制造氫氣與氧氣的最簡單方式。盡管利用電解水產氫具有相當多的優點，但是在大量產氫的過程卻具有致命的缺點，即耗費相當多的能量導致不符成本。能量消耗多與過電位過大有關，而過電位與電極、電解液、及反應生成物有關。為提升電解水效率，電極扮演重要角色。降低活化能及增加反應的界面為電解水效率的重要因素。活化能降低是受電極表面催化的影響，其取決于電極材料本身催化特性。雖然貴金屬Pt一直是最具催化效果的電極材料之一，但其價格相當昂貴。為減低成本，必須采用其他材料取代Pt。

綜上所述，目前需要新的催化劑(catalyst)組成進一步提升產氫反應(HER)與產氧反應(OER)的活性，以兼顧催化劑活性與降低成本的目的。

發明內容

為達上述目的，本發明提供的膜電極組，包括：陽極，包括第一催化劑層于第一氣液擴散層上；陰極，包括第二催化劑層于第二氣液擴散層上；以及陰離子交換膜，夾設于陽極的第一催化劑層與陰極的第二催化劑層之間，其中第一催化劑層、第二催化劑層、或上述兩者的化學結構為M_xRu_yN₂，其中M為Ni、Co、Fe、Mn、Cr、V、Ti、Cu、或Zn，0x1.3，0.7y2，且x+y＝2，其中M_xRu_yN₂為立方晶系或非晶。

在一實施例中，上述膜電極組浸置于堿性水溶液中。

在一實施例中，M為Ni，0.069x1.086，且0.914y1.931。

在一實施例中，M為Mn，0.01x0.8，且1.2y1.99。

在一實施例中，M_xRu_yN₂的表面形貌為三角錐與四角錐。

在一實施例中，第一催化劑層的化學結構為M_xRu_yN₂，第二催化劑層的化學結構為M_xRu_y，且M_xRu_y為立方晶系。

在一實施例中，第一氣液擴散層與第二氣液擴散層各自包括多孔導電層。

在一實施例中，第一氣液擴散層的孔徑介于40微米至150微米之間，而第二氣液擴散層的孔徑介于0.5微米至5微米之間。