[发明专利]一种气体扩散电极的制备方法

说明书

本发明公开一种气体扩散电极的制备方法，该气体扩散电极用于二氧化碳电还原反应中。该制备方法包括以下步骤：S10、将碳材料粉碎过500～4000目筛，得到碳材料粉末，将碳材料粉末与溶剂在8000～12000rpm下混合打浆，以得到粒径小于15μm的碳材料浆料；S20、向碳材料浆料中加入疏水聚合物和造孔剂，然后在16000～22000rpm下打浆3～5h，以得到粒径小于15μm的微孔层涂料；S30、将微孔层涂料涂设于基底层上，得到微孔层；S40、在微孔层的上表面设置催化层，得到气体扩散电极。本发明通过对微孔层的制备步骤的优化，使制得的气体扩散电极具有优异的气体传输速率，将其用于二氧化碳电还原反应时，二氧化碳在气体扩散电极中的扩散传输快，减小了浓差极化，从而提高了二氧化碳的转化率。

技术领域

本发明涉及二氧化碳电还原技术领域，特别涉及一种气体扩散电极的制备方法。

背景技术

二氧化碳电还原技术通过消耗电能将二氧化碳转化为燃料或高附加值有机化学品，从而实现减少碳排放，并将二氧化碳转化利用，该技术在环境问题日趋严重的今日得到了愈加广泛的关注。为了提升二氧化碳电化学还原反应的转化速率，实现工业级电流密度的二氧化碳电还原，气体扩散电极必不可少。

气体扩散电极是提供“气-液-固”三相位点与相应的电子传输通道以促进电化学反应迅速进行的电极。通常用于二氧化碳电还原的气体扩散电极分为基底层、微孔层与催化层三层，基底层中存在电子传输与气体扩散的通道，并为整个电极提供刚性支撑；微孔层中需要具有大量彼此连通的微孔通道，以实现气体的高效传质并促进气相反应物在气体扩散电极中的均匀扩散；催化层则是电极反应的实际发生区域，需要存在大量高活性的“气-液-固”三相反应位点，以确保电化学反应在大电流密度下的顺利进行。

在二氧化碳电还原反应中，当电解池还原二氧化碳体系在大电流密度下运行时，气体反应物消耗量较大，而现有的气体扩散电极中气体传质在大电流密度条件下气体传输效率低，难以补足其消耗量，致使催化层和微孔层之间会存在浓差极化，从而导致反应过电位上升且二氧化碳的实际转化效率较为低下。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种气体扩散电极的制备方法，旨在解决现有气体扩散电极的气体传输效率较低的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种气体扩散电极的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

S10、将碳材料粉碎过500～4000目筛，得到碳材料粉末，将所述碳材料粉末与溶剂在8000～12000rpm下混合打浆，以得到粒径小于15μm的碳材料浆料；

S20、向所述碳材料浆料中加入疏水聚合物和造孔剂，然后在16000～22000rpm下打浆3～5h，以得到粒径小于15μm的微孔层涂料；

S30、将所述微孔层涂料涂设于基底层上，干燥，得到微孔层；

S40、在所述微孔层的上表面设置催化层，得到气体扩散电极。

可选地，步骤S10中：

所述碳材料包括Vulcan XC-72碳粉、BP-2000碳粉、Ketjen-Black碳粉、碳纳米管和乙炔黑中的至少一种；和/或，

所述溶剂包括水、无水乙醇、正丙醇、异丙醇和叔丁醇中的至少一种；和/或，

所述混合打浆的时间为30～60min。

可选地，步骤S20中：

所述疏水聚合物的添加量为所述碳材料质量的30～60％；和/或，

所述造孔剂的添加量为所述碳材料质量的10～35％；和/或，

所述疏水聚合物包括聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚三氟苯乙烯和四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物中的任意一种；和/或，