[发明专利]一种复合型聚环氧氯丙烷碱性聚合物膜电极及其制备方法

权利要求书

1.一种复合型聚环氧氯丙烷碱性聚合物膜电极，该膜电极包含碱性阴离子交换膜、电极层，其特征在于：

所述碱性阴离子交换膜是通过聚环氧氯丙烷的氯原子与叔胺发生亲核取代反应，得到季胺化聚环氧氯丙烷，然后与多孔聚四氟乙烯膜复合而成；

所述电极层包含氢电极和氧电极，所述的氢电极包含气体扩散层及喷涂在该气体扩散层上的氢电极催化层，所述的氧电极包含气体扩散层及喷涂在该气体扩散层上的氧电极催化层；

所述膜电极是按照氢电极、碱性阴离子交换膜、氧电极的组合顺序一体化成型形成；

其中，所述的气体扩散层采用碳材料为基体，添加疏水性聚合物形成。

2.如权利要求1所述的复合型聚环氧氯丙烷碱性聚合物膜电极，其特征在于，所述的叔胺选择N,N,N`,N`-四甲基-1,6-甲二胺、N,N,N`,N`-四甲基-1,6-乙二胺、N,N,N`,N`-四甲基-1,6-丙二胺或N,N,N`,N`-四甲基-1,6-己二胺中的任意一种。

3.如权利要求1所述的复合型聚环氧氯丙烷碱性聚合物膜电极，其特征在于：

所述的氢电极催化层包含铂基催化剂和聚合物乳液；

所述的氧电极催化层包含铂基催化剂和聚合物乳液；或者，非铂基催化剂和聚合物乳液；

其中，所述铂基催化剂为Pt黑或40%Pt/C，所述非铂基催化剂为Ni、Ag、Co或其碳载型Ni、Ag、Co催化剂；所述聚合物乳液为聚全氟乙丙烯、Nafion或季胺化聚合物乳液中的一种或几种。

4.如权利要求1所述的复合型聚环氧氯丙烷碱性聚合物膜电极，其特征在于，所述的气体扩散层的基体采用的碳材料为碳纸或者碳布，添加聚四氟乙烯或聚全氟乙丙烯进行疏水处理。

5.一种根据权利要求1-4中任意一项所述的复合型聚环氧氯丙烷碱性聚合物膜电极的制备方法，其特征在于，该方法包含以下具体步骤：

步骤1，碱性阴离子交换膜制备：

步骤1.1，将聚环氧氯丙烷溶解在N,N-二甲基亚砜中，边搅拌边加热，至温度80-100℃；

步骤1.2，在惰性气氛下，向上述聚环氧氯丙烷溶液中，加入以聚环氧氯丙烷的重量计为30wt%-85wt%的叔胺，反应12-48小时，反应完成后移出溶液，过滤后备用，得到季胺化聚环氧氯丙烷；

步骤1.3，向上述步骤1.2所得的季胺化聚环氧氯丙烷均一溶液中加入乙醇和丙酮，搅拌0.5-2小时，形成10-20wt%的均匀成膜溶液；

步骤1.4，将上述成膜溶液浇铸到经过预处理的多孔聚四氟乙烯薄膜中，在60-80℃加热蒸发溶剂，在60-120℃真空热处理4-20小时，即得所需阴离子交换膜；

步骤2，电极层的制备：

步骤2.1，扩散层基底憎水处理：将扩散层基底材料碳纸或碳布用聚四氟乙烯或聚全氟乙丙烯乳液处理并进行烧结，先在120-130℃烧结15-30min，然后在280-350℃烧结15-30min；

步骤2.2，扩散层的制备：将碳粉和聚全氟乙丙烯乳液进行调和，制备气体扩散层浆料，然后，将该扩散层浆料喷涂到步骤2.1中憎水处理后的基底材料上，先在120-130℃烧结15-30min，然后在280-350℃烧结15-30min，并进行滚压整平，形成气体扩散层；

步骤2.3，催化层的制备：将催化剂浆料各组分均匀混合，喷涂到制备好的扩散层上，然后在50-80℃的烘箱中干燥，形成催化层；该扩散层及其上喷涂的催化层一起构成电极层，分别得到氢电极和氧电极；

步骤3，碱性聚合物膜电极组件制备

步骤3.1，将步骤1制得的阴离子交换膜浸渍在KOH溶液中，将Cl^－置换为OH^－，用去离子水反复冲洗后晾干备用；

步骤3.2，剪裁合适大小的氢电极和氧电极放置在碱性阴离子交换膜上下两侧，上下对齐、配合完好，通过压机热压处理，压机的压力为1-6MPa，热压温度为80-100℃，持续时间60-150s，打开压机，自然冷却后取出制得的膜电极。

6.如权利要求5所述的复合型聚环氧氯丙烷碱性聚合物膜电极的制备方法，其特征在于，步骤1.3中，所述的季胺化聚环氧氯丙烷在乙醇和丙酮的浓度为14wt%。