[发明专利]一种用于SPE水电解池外加参比电极的方法

说明书

技术领域

本发明涉及固体聚合物电解质(SPE)水电解领域，具体为一种用于在线测量SPE水电解池阴阳极电极电势的外加参比电极的方法。

背景技术

SPE水电解是以固体聚合物为电解质的水电解技术，其工作电流密度可以高达1～3Acm^-2，并且具有电解效率高、装置体积小、生成氢气纯度高(99.999％)及对环境无污染等优点，被认为是最有发展前景的水电解技术。

在研究SPE水电解池时，尤其是研究性能衰减机理和催化剂性能时，往往需要将阴阳极电极电势分开测量。文献报道中使用可逆氢电极(RHE)、微管氢电极或动态氢电极(DHE)等参比电极将阴阳极电极电势分开测量。RHE的制备是将膜电极MEA中质子交换膜延长，并在延长的质子交换膜顶端喷涂Pt黑催化剂。测试时向Pt黑催化剂处通入氢气构成RHE参比电极。微管氢电极包括微管、Pt黑催化剂和铂丝。聚合物电解质做成微管，将Pt黑催化剂和Nafion的混合物注入微管中，铂丝放入微管作为集流体，向微管中通入氢气可作为微管氢电极参比电极。DHE的制备较为复杂。首先取两根铂丝，每根铂丝两端露出1mm其余部分用PTFE包覆。将铂黑、Nafion溶液和异丙醇混合物涂在两根铂丝的一端。室温晾干后，将两根铂丝涂有混合物的一端相距1mm热压在两片Nafion膜中间。两根铂丝一根作为析氢电极一根作为对电极。此外，在使用时还需要恒流电源(9V干电池)和可调式电阻器(0-1MΩ)使恒定电流(μA级)通过DHE，以保证析出的氢气覆盖析氢电极。以上几种参比电极存在制备较为复杂，成本较高，以及操作不方便等问题。

发明内容

为了克服SPE水电解池参比电极结构复杂，成本较高，使用铂丝和氢气，以及操作不方便等问题，本发明的目的在于针对测量SPE水电解池阴阳极电极电势而提供一种制备简单，操作方便的外加参比电极制备方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种用于SPE水电解池外加参比电极的方法，包括SPE水电解池，SPE水电解池包括覆膜催化层(CCM)、阴阳极扩散层和端板，CCM中的质子交换膜的一端延伸出端板外侧，延长出来的质子交换膜伸入到一电解质溶液储槽内，质子交换膜浸入到电解质溶液中，于储槽内的电解质溶液中设置有参比电极，参比电极浸入电解质溶液中通过质子交换膜与SPE水电解池阴阳极连通，构成外加参比电极。

所述SPE水电解池CCM中质子交换膜延长至端板外侧，处于电解池外的质子交换膜两侧均无催化层，为固体聚合物电解质膜。

所述电解质溶液为酸性溶液，如0.1-2M的H₂SO₄溶液；

所述参比电极为甘汞电极、汞-硫酸亚汞电极或银-氯化银电极。

参比电极和SPE水电解池中CCM的质子交换膜通过电解质溶液连通，构成三电极体系，从而对阴阳极电极电势进行测定。

本发明具有以下特点：

(1)本发明结构简单，操作方便，减少贵金属使用，成本低。

(2)本发明能够快速、准确地测量SPE水电解池阴阳极电势，可以实时测量到电解池运行过程中阴阳极电势。

(3)本发明将CCM中质子交换膜延长至SPE水电解池外，电解过程和测量过程不会造成相互干扰。

本发明测量精度高，稳定性好。在SPE水电解池运行过程中采用此种外加参比电极，可实现电解池阴阳极电势变化的实时监测，为探讨SPE水电解池性能衰减机理提供重要的在线依据。

附图说明

图1中a为水电解池CCM示意图，b为外加参比电极示意图。(1)质子交换膜，(2)催化层，(3)SPE水电解池，(4)参比电极，(5)电解质溶液。

图2为参比电极稳定性。

图3为SPE水电解池、阴阳极极化曲线。

图4为0.002M Na⁺离子污染溶液对SPE水电解池影响。

图5为不同浓度Na⁺离子污染对SPE水电解池影响。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

本发明所述CCM由催化层和质子交换膜组成，如图1a所示质子交换膜1是将CCM中质子交换膜延长，在组装电解池时使质子交换膜1延伸至电解池3的端板外，且质子交换膜1两侧均无催化剂。