[发明专利]一体化膜电极及其制备方法和应用

权利要求书

1.一体化膜电极的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

S1配制复合膜料和催化剂浆料：将无机物粉体、聚砜和第一溶剂混合均匀，经过滤、脱泡后得到均一的复合膜料；将催化剂、聚砜、离子交换树脂和第二溶剂混合均匀，经过滤、脱泡后得到均一的催化剂浆料；

所述复合膜料中无机物粉体和聚砜的总质量与第一溶剂的质量比为0.6:1-1.8:1，其中无机物粉体与聚砜的质量比为2:1-9:1；

所述催化剂浆料中催化剂、聚砜和离子交换树脂的总质量与第二溶剂的质量比为0.5:1-1.6:1，其中聚砜和离子交换树脂的总质量与催化剂的质量比为1:15-1:2，离子交换树脂与聚砜的质量比为0.5:1-1:1；

所述第一溶剂和第二溶剂选自N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜中的任一种；

S2制备膜电极坯体：将复合膜料与支撑体复合制备得到液复合膜坯体，然后将催化剂浆料涂覆在液复合膜坯体的一面或两面，得到液膜电极坯体；

S3固化成膜电极：将液膜电极坯体进行凝固浴处理，固化成膜后取出，得到所述一体化膜电极；

所述无机物粉体选自Zr、Sb、Ce、Ti的氧化物、碳化物、氮化物或氢氧化物粉体中的任一种；

所述聚砜选自聚芳砜、聚醚砜、聚亚苯基砜和双酚A型聚砜中的任一种；

所述催化剂为电解水制氢催化剂或电催化CO₂制CO催化剂；

所述支撑体填充在多孔复合膜的表面或内部，所述支撑体包括增强纤维网布；

所述一体化膜电极包括多孔复合膜和与所述多孔复合膜复合的多孔催化层，其中所述多孔复合膜含有无机物粉体、聚砜和支撑体，所述多孔催化层含有聚砜和催化剂。

2.根据权利要求1所述的一体化膜电极的制备方法，其特征在于，所述增强纤维选自聚丙烯、聚四氟乙烯、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物、三氟氯乙烯-乙烯共聚物和偏二氟乙烯聚合物、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚苯硫醚、聚醚醚酮纤维中的任一种。

3.根据权利要求1所述的一体化膜电极的制备方法，其特征在于，所述多孔复合膜的平均厚度为200-900μm；所述多孔催化层的平均厚度为50-300μm。

4.权利要求1~3任一项所述一体化膜电极的制备方法得到的一体化膜电极的应用，其特征在于，包括将其作为隔膜应用于电解水制氢领域或二氧化碳电转化领域的电解池中。

5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，当所述一体化膜电极用于电解水制氢领域时，所述膜电极上的多孔催化层为阳极催化层或阴极催化层；

当所述膜电极上的多孔催化层为阳极催化层时，催化剂活性组分选自Ir、Pt、Ru、Ni、Ti、Co、Sn、Fe、Sb金属单质及其氧化物的任一种或任意两组分的合金或氧化物固溶体中的任一种；

当所述膜电极上的多孔催化层为阴极催化层时，催化剂活性组分选自Ni、Ti、Co、Mo中任一种单质或任意两组分的合金中的任一种，或选自Ni、Ti、Co、Mo中任一单质或任意两组分的合金与P、S组成的磷化物或硫化物中的任一种。

6.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，当所述一体化膜电极用于二氧化碳电转化领域时，所述膜电极上的多孔催化层为阳极催化层或阴极催化层；

当所述膜电极上的多孔催化层为阳极催化层时，所述催化剂选自Ir、Ta、Ru、Pt、Ti中单质及其氧化物的任一种，或任意两种或多种组分的合金或氧化物固溶体中的任一种；

当所述膜电极上的多孔催化层为阴极催化层时，所述催化剂选自Ag、Au、Sn、Bi、Cu、Co、Zn、In、Ni、Bi中单质及其氧化物的任一种，或任意两种或多种组分的合金或氧化物固溶体中的任一种。