[发明专利]一种抗压膜电极及其制备方法、含其的电化学氢泵

说明书

本发明公开了一种抗压膜电极及其制备方法、含其的电化学氢泵。该抗压膜电极依次包括第一支撑层、膜电极A和第二支撑层，所述膜电极A依次包括第一气体扩散层、第一催化剂层、离子交换膜层、第二催化剂层、第二气体扩散层；所述第一支撑层和所述第二支撑层具有微孔结构；所述第一支撑层中微孔结构的目数≥20目；所述第二支撑层中微孔结构的目数≥20目。本发明中的抗压膜电极电化学性能高，电流密度最高可达215mA cm^‑2；抗压能力强，可达几十MPa。

技术领域

本发明涉及一种抗压膜电极及其制备方法、含其的电化学氢泵。

背景技术

氢能是一种独特的二次能源，因其清洁、无污染的特点，越来越受到世界各国的重视。未来，除了氢的制备技术外，发展效率高、成本低、性能可靠以及可形成规模生产的氢气分离、提纯及压缩技术将会成为发展氢能经济的关键。

电化学氢泵(也可称之为电化学氢压缩机)是一种氢气分离提纯设备。它的结构类似于质子交换膜燃料电池，但采用电解模式，可以在阳极氧化氢气、再在阴极还原氢气。利用电化学氢泵可以实现氢气的压缩，其可能达到的最高输出压力可达几百个大气压。与传统的机械压缩手段相比，电化学氢泵具有很多优点，如结构简单、压缩效率高，能耗低；无机械磨损，操作安静无噪声；压缩后的氢气纯度高，不会被润滑油污染等。在氢气量有限的情况下，电化学氢泵的优势会更明显。

电化学氢泵的工作原理：利用氧化还原反应实现增压，低压氢气在阳极发生氧化反应生成质子，经隔膜传递至阴极后再还原为氢气，在外加电压驱动下，阴极氢气产生背压。氢气电化学压缩过程理论上能够在接近等温的条件下进行，因而有望实现更高效的氢气压缩。压缩过程也完全在静态条件下进行，是潜在的低成本、低功耗的氢气压缩方式，有望应用于35MPa/70MPa加氢站，提高氢能产业链的经济性。

与质子交换膜燃料电池相同，膜电极(Membrane Electrode Assembly，MEA)同样是质子交换膜电化学氢气压缩装置的核心部件，它是由质子交换膜、电催化剂以及气体扩散电极构成。膜电极实现了膜和电极之间的零距离接触，减少了电解液所带来的系统欧姆电阻损失，能够提高系统的能量转换效率。因为电化学反应过程中的阴极反应、阳极反应以及电子传导、离子传导都在膜电极上发生，所以膜电极的作用举足轻重。

然而，现有的电化学氢泵中所采用的膜电极抗压能力差，难以实现更高效的氢气压缩。因而，如何有效提升膜电极的抗压能力是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中膜电极抗压能力差的缺陷，而提供了一种抗压膜电极及其制备方法、含其的电化学氢泵。本发明中的抗压膜电极电化学性能高，抗压能力强，可达几十MPa。

本发明提供了一种抗压膜电极，所述的抗压膜电极依次包括第一支撑层、膜电极A和第二支撑层，所述膜电极A依次包括第一气体扩散层、第一催化剂层、离子交换膜层、第二催化剂层、第二气体扩散层；

所述第一支撑层和所述第二支撑层具有微孔结构；

所述第一支撑层中微孔结构的目数≥20目；

所述第二支撑层中微孔结构的目数≥20目。

本发明中，所述第一支撑层和所述第二支撑层的支撑层材料可以相同，也可以不同。

本发明中，所述第一支撑层和/或第二所述支撑层中的支撑材料可为本领域常规的支撑材料，例如金属，再例如钛和/或镍。

本发明中，所述第一支撑层和/或所述第二支撑层可为钛网和/或镍网，例如“镍网”或“钛网和镍网”。

本发明中，所述第一支撑层中微孔结构的目数可为20-200目，例如20目、40目、60目、80目、100目或200目。