[發明專利]用于PEM水電解的陽極催化層及其制備方法、膜電極

在審

• 申請號: 202310338626.2
• 申請日: 2023-03-31
• 公開（公告）號: CN116397265A
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發明（設計）人: 程義;李金龍;吳夢婷;鄭和成
• 申請（專利權）人: 湖南中馳氫能科技有限公司
• 主分類號: C25B11/093
• 分類號: C25B11/093;C25B11/055;C25B11/02;C25B9/19;C25B9/60;C25B1/04
• 代理公司: 長沙辰齊知壹知識產權代理事務所(普通合伙) 43290
• 代理人: 朱偉雄

1.一種用于PEM水電解的陽極催化層的制備方法，其特征在于，包括：

S1、將陽極催化劑和質子導體分散于水和有機溶劑的混合溶液中，在冰水浴中分散均勻，得到陽極催化劑漿料；

S2、將添加劑和質子導體分散于水和有機溶劑的混合溶液中，在冰水浴中分散均勻，得到添加劑漿料；

S3、將陽極催化劑漿料和添加劑漿料分別加入至雙通道超聲噴涂的儲料罐A和儲料罐B，通過調控陽極催化劑漿料和添加劑漿料的固含量和兩個噴涂通道的進料速率以控制單層或多層催化層中每層的催化劑載量和添加劑的質量含量，在基底膜上進行超聲噴涂；

S4、待催化劑層的噴涂結束后，采用熱壓工藝將基底膜的催化劑轉印至質子交換膜表面，得到陽極催化層。

2.如權利要求1所述的用于PEM水電解的陽極催化層的制備方法，其特征在于，步驟S3中，每層催化層中添加劑的質量含量為1~20wt.%。

3.如權利要求1或2所述的用于PEM水電解的陽極催化層的制備方法，其特征在于，所述陽極催化層為梯度化陽極催化層；所述梯度化陽極催化層的層數為2~5層；

從質子交換膜表面側到梯度陽極催化層的方向上，梯度陽極催化層中的添加劑含量呈梯度降低；相鄰梯度化陽極催化層間的添加劑質量含量的差值不超過5wt.%。

4.如權利要求3所述的用于PEM水電解的陽極催化層的制備方法，其特征在于，從質子交換膜表面側到梯度陽極催化層的方向上，梯度陽極催化層中的催化劑載量呈梯度增加；

相鄰梯度化陽極催化層間的催化劑質量的比值為1.2~2，且相鄰梯度化陽極催化層的催化劑質量差值不超過0.1?mg?cm^-2。

5.如權利要求1所述的用于PEM水電解的陽極催化層的制備方法，其特征在于，所述陽極催化劑為Ir、IrO₂、RuO₂和IrRuO₂中的至少一種；

所述添加劑為磺化二氧化硅、磺化二氧化鈦、磺化二氧化錫中的至少一種；

所述質子導體為全氟磺酸；

所述基底膜為杜邦N117膜、杜邦N115膜、杜邦N212膜、杜邦N211膜、戈爾M765.08、戈爾M788.12、戈爾M820.15、科潤N-301X?PTFE、科潤N-41PTFE、科潤N-21和科潤N-11中的至少一種。

6.如權利要求1所述的用于PEM水電解的陽極催化層的制備方法，其特征在于，步驟S1和S2中，所述有機溶劑為甲醇、乙醇、異丙醇、正丙醇、叔丁醇、乙二醇和丙三醇中的一種或兩種以上的混合物；

步驟S1和S2中，所述水與有機溶劑的體積比為1~5:1~5。

7.如權利要求1所述的用于PEM水電解的陽極催化層的制備方法，其特征在于，所述陽極催化劑漿料的固含量為0.1~10wt.%；所述陽極催化劑漿料中，所述質子導體占陽極催化劑和質子導體總質量的5~20wt.%；

所述添加劑漿料的固含量為0.1~10wt.%；所述添加劑漿料中，質子導體占添加劑和質子導體總質量的5~20wt.%。

8.如權利要求1所述的用于PEM水電解的陽極催化層的制備方法，其特征在于，步驟S4中，熱壓工藝的熱壓溫度為100~160℃，保壓壓強為0.5~10MPa，保壓時間為1~15min。

9.如權利要求1-8任意一項所述的制備方法制備得到的用于PEM水電解的陽極催化層。

10.一種膜電極，其特征在于，包括如權利要求9所述的陽極催化層。