[发明专利]一种酸性阳离子交换膜膜电极组件及应用

权利要求书

1.一种酸性阳离子交换膜膜电极组件，其特征在于，包括阴极催化电极、阳极催化剂电极、阳离子交换膜、酸性电解液、膜电极组件；所述阴极催化电极包括气体扩散层、阴极催化剂、阴离子离聚物；阳极催化剂电极包括气体扩散层、阳极催化剂和负载阳极催化剂的基底，或者阳极催化剂电极包括阳极催化剂和负载阳极催化剂的基底；所述阴极催化电极和阳极催化电极由阳离子交换膜隔开；所述酸性电解液为含有不同阳离子的pH7的酸性溶液；所述膜电极组件包括阳极组件、阴极组件；所述膜电极组件由盖板、集流体和流场组成，流场四周有密封垫圈。

2.根据权利要求1所述酸性阳离子交换膜膜电极组件，其特征在于，所述酸性阳离子交换膜膜电极组件的组装过程为：首先，在阴极组件上放置阴极催化电极，阴极催化剂向上；而后，将阳离子交换膜置于阴极催化剂上；然后，将阳极催化电极置于阳离子交换膜上；最后加上阳极组件，施力密封，完成酸性阳离子交换膜膜电极组件的组装。

3.根据权利要求1所述酸性阳离子交换膜膜电极组件，其特征在于，气体扩散层为碳纸、碳布、PTFE复合膜或者PTFE多孔膜；PTFE复合膜含有5%～50%质量分数的聚四氟乙烯，其余为碳纸、碳布或多孔金属；阴极催化剂包括以下材料中的一种或多种：金属或其氧化物、氢氧化物、氮化物、碳化物、硫化物、磷化物、合金；金属包括金、银、铜、铋、铟、钯、铅、锡、锌、铁、钴、镍中的一种或几种；阴极催化电极的阴极催化剂的负载量为0.1～5 mg/cm²。

4.根据权利要求1所述酸性阳离子交换膜膜电极组件，其特征在于，所述阴离子离聚物包含以下成分的一种或多种：XA-9、XB7、XC-1、XC-2，Pention-D18、D35、D72，Orion TM1，聚(芳基哌啶)树脂，季铵聚（N-甲基-哌啶-共-对三联苯），Fumion FAA-3-SOLUT-10。

5.根据权利要求1所述酸性阳离子交换膜膜电极组件，其特征在于，阴极催化剂可经由以下方法中的一种或多种沉积于气体扩散层表面：喷涂、流延涂敷、旋转涂布、磁控溅射、原子层沉积、真空蒸镀或电子束蒸发；阴离子离聚物经由喷涂、流延涂敷或旋转涂布方法中的一种或多种，与阴极催化剂共同沉积于气体扩散层表面；或阴离子离聚物经由喷涂、流延涂敷或旋转涂布方法中的一种或多种，单独沉积于阴极催化剂表面。

6.根据权利要求1所述酸性阳离子交换膜膜电极组件，其特征在于，阳极催化剂为含有铱或钌的金属，或者所述金属与氮、氧、碳、硫或磷原子配位的材料；负载阳极催化剂的基底包括多孔钛板或网、多孔石墨基底；阳极催化电极的阳极催化剂的负载量为0.1～5 mg/cm²；阳极催化剂经由以下方法中的一种或多种沉积于负载阳极催化剂的基底或者气体扩散层表面，包括浸渍煅烧、喷涂、流延涂敷、旋转涂布、磁控溅射、原子层沉积、真空蒸镀或电子束蒸发。

7.根据权利要求1所述酸性阳离子交换膜膜电极组件，其特征在于，所述阳离子交换膜包括：Nafion 117、115、N212、N324、N211、XL、Fumasep FKB-PK-130、F-10120-PK、FKL-PK-130、FKS-PET-130、F-930或者F-950；所述酸性电解液包括H₂SO₄和Cs₂SO₄混合溶液、H₂SO₄和K₂SO₄混合溶液、H₂SO₄和Na₂SO₄混合溶液、H₂SO₄和Li₂SO₄混合溶液、碳酸和碳酸盐混合溶液、磷酸和磷酸盐缓冲溶液混合溶液、高氯酸和高氯酸盐混合溶液或者硼酸和硼酸盐缓冲溶液。