[發明專利]一種水電解用膜電極及其制備方法與水電解池

在審

• 申請號: 202211542924.5
• 申請日: 2022-12-02
• 公開（公告）號: CN115786950A
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 尹征磊;汪瀛;袁中直;劉金成
• 申請（專利權）人: 惠州億緯燃料電池有限公司
• 主分類號: C25B9/23
• 分類號: C25B9/23;C25B13/08;C25B1/04
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 劉二艷

1.一種水電解用膜電極，其特征在于，所述水電解用膜電極包括層疊設置的陰極催化層和陰離子交換膜層；

所述陰離子交換膜層和陰極催化層中均包括AEM離聚物；

所述AEM離聚物的結構式為：

其中，Ar為芳香基團，R₁和R₂分別獨立地為烴基基團，X^-為一價陰離子。

2.根據權利要求1所述的水電解用膜電極，其特征在于，所述AEM離聚物的結構式中，Ar包括聯苯基、對三聯苯基或間三聯苯基中的任意一種或至少兩種的組合；

優選地，所述AEM離聚物的結構式中，R₁包括甲基和/或乙基；

優選地，所述AEM離聚物的結構式中，R₂包括甲基和/或乙基；

優選地，所述AEM離聚物的結構式中，X^-包括氫氧根離子、鹵素離子或碳酸氫根離子中的任意一種或至少兩種的組合。

3.根據權利要求1或2所述的水電解用膜電極，其特征在于，所述陰極催化層包括析氫催化劑和AEM離聚物；

優選地，所述陰極催化層中，AEM離聚物的質量為析氫催化劑的20-50wt％；

優選地，所述析氫催化劑的單位面積質量為0.5-5mg/cm²；

優選地，所述陰極催化層還包括添加劑；

優選地，所述添加劑包括聚四氟乙烯；

優選地，所述添加劑的質量為析氫催化劑與AEM離聚物的質量之和的0-15％但不包括0。

4.根據權利要求1-3任一項所述的水電解用膜電極，其特征在于，所述陰極催化劑層的厚度為1-10μm；

優選地，所述陰極催化層的載量為1～10mg/cm²；

優選地，所述陰離子交換膜層的厚度為30～100μm。

5.一種根據權利要求1-4任一項所述水電解用膜電極的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟：

(1)按配方量混合析氫催化劑、AEM離聚物、添加劑和溶劑，得到混合物；

(2)分散步驟(1)所得混合物，得到墨水漿料；

(3)將步驟(2)所得墨水漿料噴涂于所述陰離子交換膜，得到所述水電解用膜電極。

6.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述溶劑包括乙醇、正丙醇、異丙醇或水中的任意一種或至少兩種的組合；

優選地，步驟(1)所得混合物中析氫催化劑的濃度為3-10mg/mL；

優選地，步驟(2)所述分散包括剪切分散和/或超聲分散；

優選地，所述剪切分散的時間為1-10min；

優選地，所述超聲分散的時間為20-40min。

7.根據權利要求5或6所述的制備方法，其特征在于，進行步驟(3)所述噴涂前，平鋪并負壓固定所述陰離子交換膜，進行控溫處理；

優選地，所述控溫處理的溫度為60-85℃。

8.根據權利要求5-7任一項所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)所述噴涂包括壓縮空氣噴涂；

優選地，步驟(3)所述噴涂使用的噴頭處包括超聲發生裝置。

9.根據權利要求5-8任一項所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟：

(1)按配方量混合析氫催化劑、AEM離聚物、添加劑和溶劑，得到混合物；

(2)對步驟(1)所得混合物進行1-10min剪切分散和20-40min超聲分散后，得到墨水漿料；

(3)陰離子交換膜平鋪并負壓固定，進行60-85℃控溫處理，將步驟(2)所得墨水漿料以壓縮空氣噴涂的方式噴涂于陰離子交換膜，噴頭處包括超聲發生裝置，得到所述水電解用膜電極。

10.一種水電解池，其特征在于，所述水電解池含有根據權利要求1-4任一項所述水電解用膜電極。