[发明专利]一种固体电解质水电解膜电极的制备方法有效
申请号: | 202111473177.X | 申请日: | 2021-12-03 |
公开(公告)号: | CN114164438B | 公开(公告)日: | 2023-04-28 |
发明(设计)人: | 张洪杰;郝金凯;邵志刚 | 申请(专利权)人: | 中国科学院大连化学物理研究所 |
主分类号: | C25B1/04 | 分类号: | C25B1/04;C25B9/23;C25B11/053;C25B11/081 |
代理公司: | 大连东方专利代理有限责任公司 21212 | 代理人: | 张玉莹;李馨 |
地址: | 116000 辽宁*** | 国省代码: | 辽宁;21 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 固体 电解质 水电 电极 制备 方法 | ||
1.一种固体电解质水电解CCM,其特征在于:所述CCM 从一侧至另一侧依次包括阴极催化剂层、质子交换膜、粘结剂层、阳极催化剂层一、阳极催化剂层二、阳极催化剂层三;所述阴极催化剂层为多孔结构;各催化剂层均含有催化剂和全氟磺酸树脂;所述阴极催化剂层中催化剂与全氟磺酸树脂的质量比为1:0.25-0.3;所述阳极催化剂层一中催化剂与全氟磺酸树脂的质量比为1:5-7.5;所述阳极催化剂层二中催化剂与全氟磺酸树脂的质量比为1:1-1.5;所述阳极催化剂层三中催化剂与全氟磺酸树脂的质量比为1:0.25-0.5;
所述固体电解质水电解CCM的制备方法,步骤如下:
(1)浆料配制:分别配置催化剂浆料1、催化剂浆料2、催化剂浆料3、催化剂浆料4和粘结剂浆料;
所述催化剂浆料1包括质量比为1:2-4.99:0.05-0.1:50-100的阴极催化剂、全氟磺酸树脂溶液、致孔剂和溶剂;催化剂浆料2包括质量比为1:50-100:40-60的阳极催化剂、全氟磺酸树脂溶液和溶剂;催化剂浆料3包括质量比为1:20-49.99:30-50的阳极催化剂、全氟磺酸树脂溶液和溶剂;催化剂浆料4包括质量比为1:5-10:30-60的阳极催化剂、全氟磺酸树脂溶液和溶剂;所述催化剂浆料1-4中,全氟磺酸树脂溶液的浓度均为5-15wt%;
(2)采用第一涂布工艺将催化剂浆料1涂布在带有保护膜的质子交换膜上,经过干燥A形成不完全干燥状态的含有多孔结构的阴极催化剂层;
(3)采用第二涂布工艺将催化剂浆料2涂布在支撑基膜上,经过干燥B形成不完全干燥状态的阳极催化剂层一,接着将催化剂浆料3采用第三涂布工艺涂布在阳极催化剂层一表面,经过干燥C形成不完全干燥状态的阳极催化剂层二,继续采用第四涂布工艺将催化剂浆料4涂布在阳极催化剂层二表面,经过干燥D形成不完全干燥状态的梯度式多层阳极催化剂层;
(4)将步骤(3)制备的梯度式多层阳极催化剂层从支撑基膜上剥离,并采用第五涂布工艺将粘结剂浆料涂布在剥离后的阳极催化剂层一反面,经过干燥E形成不完全干燥状态,接着将步骤(2)制备的阴极催化剂层的保护膜剥离,并将质子交换膜未涂有催化剂层的一侧和涂有粘结剂的阳极催化剂层一的表面贴合,辊压、干燥F,得到CCM;
步骤(2)-(4)中不完全干燥状态的溶剂含量为20-60wt%。
2.根据权利要求1所述的固体电解质水电解CCM,其特征在于:催化剂浆料1配置方法为:将阴极催化剂、全氟磺酸树脂溶液、致孔剂加入醇类溶剂中,室温超声搅拌后得到催化剂浆料1;
催化剂浆料2、催化剂浆料3和催化剂浆料4配置方法为;将阳极催化剂、全氟磺酸树脂溶液加入醇类溶剂,室温超声搅拌,并根据阳极催化剂和全氟磺酸树脂比例不同,分别得到催化剂浆料2、催化剂浆料3和催化剂浆料4;
催化剂浆料1-4中,所述醇类溶剂各自独立地选择乙醇、正丙醇、异丙醇、甲醇、正丁醇中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的固体电解质水电解CCM,其特征在于:所述阴极催化剂为纳米铂基催化剂,所述纳米铂基催化剂为Pt/C、Pt黑、Pt纳米粉末的一种或多种混合物;所述阳极催化剂为纳米铱基催化剂,所述纳米铱基催化剂为铱/C、铱黑、铱纳米粉末的一种或多种混合物。
4.根据权利要求1所述的固体电解质水电解CCM,其特征在于:粘结剂浆料配置方法为:将粘结剂溶液加入溶剂中稀释分散、室温超声搅拌后得到粘结剂浆料;
所述粘结剂浆料的质量浓度为0.5-5%,溶剂为去离子水或醇水混合物,所述粘结剂溶液为质量浓度10-20%的短侧链全氟磺酸树脂溶液,所述短侧链全氟磺酸树脂的侧链结构为-OCF2CF2SO3H、-OCF2CF2CF2SO3H、-OCF2SO3H中的一种或多种;所述短侧链全氟磺酸树脂的颗粒粒径为20-200nm。
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