[发明专利]一种水电解CCM制备方法

说明书

本发明公开了一种水电解CCM制备方法，工艺包括如下步骤：通过纳米级铂基催化剂、铱基催化剂和全氟磺酸树脂溶液分别制备两种催化剂浆料；然后通过将全氟磺酸树脂溶解在醇和水的混合溶剂，得到全氟磺酸树脂铸膜液；其次将催化剂浆料涂布在基底膜上，并且在形成的催化剂层表面涂布制备质子交换膜，再涂布另一种催化剂浆料，形成未完全干燥的CCM；最后将制备的凝胶态催化剂层1、凝胶态层2和凝胶态催化剂层3的复合结构经过辊压处理，然后通过烘道D进行彻底干燥，得到CCM；通过催化剂层和质子交换膜的一体化制备技术，旨在解决CCM连续化制备过程中质子交换膜的溶胀和催化剂层的脱落问题。

技术领域

本发明涉及一种水电解CCM制备方法，属于水电解CCM领域。

背景技术

氢能是一种清洁、可再生的绿色能源，对氢能的研究受到了越来越多的关注。质子交换膜(Proton Exchange Membrane，PEM)水电解制氢是一种新兴的水电解制氢技术，该技术将质子交换膜作为固体电解质以代替碱性电解液和隔膜，并将纯水作为电解液，具有装置紧凑、制备的氢气纯度高、安全性高、不产生有害杂质、清洁环保等特点。在PEM水电解池中，由扩散层、催化层和质子交换膜组成的膜电极(Membrane Electrode Assembly，MEA)是电解池进行电化学反应的主要场所，是PEMWE的核心部件，其中，将燃料电池催化剂涂敷在质子交换膜两侧制备的催化剂/质子交换膜组件，简称CCM。

阴阳极催化层催化剂的脱落或流失引起膜电极性能降低，是水电解池性能衰减的主要原因之一。传统的膜电极制备工艺是将催化剂涂覆在气体扩散层上，制备气体扩散层电极。但气体扩散层电极与质子交换膜的表面接触并不紧密，从而会在两极之间产生较大的电压降，并且CCM在运行过程中由于各种机械应力变化导致催化剂层掉落等缺陷，造成电极性能欠佳。采用涂布或者诸如喷涂工艺中，由于催化剂浆料中的溶剂存在，不可避免的对质子交换膜造成溶胀，质子交换膜的溶胀缺陷进一步导致催化剂层发生皲裂和，催化剂层在膜电极运行过程中承受气体和水的双重压力影响，催化剂层上的裂纹进一步扩大，进而发生脱落，严重影响膜电极的电化学性能和使用寿命，并且对膜电极造成不可逆的伤害。

因此如何解决连续化涂布过程中质子交换膜的溶胀以及催化剂层结构稳定性成为当下产业化的关键问题，同时也为获得性能更为优异的催化剂涂覆技术奠定良好的发展基础。

发明内容

本发明的目的是提供一种涂布法制备水电解CCM的方法，通过催化剂层和质子交换膜的一体化制备技术，旨在解决CCM连续化制备过程中质子交换膜的溶胀和催化剂层的脱落问题。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种水电解CCM制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)浆料配制：分别配置阳极催化剂浆料、阴极催化剂浆料和全氟磺酸树脂铸膜液；

(2)将基底膜作为支撑体，采用第一涂布工艺将阴极催化剂浆料涂布在基底膜上，经过烘道A干燥，形成凝胶态催化剂层1，所述凝胶态催化剂层1的溶剂含量20-39.99％；

(3)采用第二涂布工艺将铸膜液涂布在催化剂层1表面，经过烘道B干燥形成凝胶态层2，所述凝胶态层2的溶剂含量1％-19.99％；

(4)采用第三涂布工艺将催化剂浆料2涂布在凝胶态层2表面，经过烘道 C干燥后形成凝胶态催化剂层3，所述凝胶态催化剂层3的溶剂含量40-60wt％；

(5)将制备的具有凝胶态催化剂层1、凝胶态层2和凝胶态催化剂层3的复合结构经过辊压处理，以及烘道D的再次干燥去除溶剂，得到CCM。