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专利号: 2022109555838
申请人: 杭州元氢新能源科技有限公司
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-09-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种固体聚合物膜电解槽用膜电极,包括质子交换膜、阳极催化层、阴极催化层,其特征在于:还包括阳极多孔传输层、阴极多孔传输层,所述阳极多孔传输层、阴极多孔传输层分别设置在阳极催化层、阴极催化层远离质子交换膜的一侧,所述质子交换膜的两侧分别与阳极催化层、阴极催化层的一侧原位一体化连接,所述阳极催化层采用多子集层结构,各子集层均含有复合催化剂和全氟磺酸树脂且各子集层中复合催化剂和全氟磺酸树脂的配比不同,复合催化剂由贵金属催化剂和导电载体构成,各子集层中全氟磺酸树脂的用量自内向外沿远离质子交换膜方向梯度减小,各子集层中导电载体占复合催化剂的比重自内向外沿远离质子交换膜方向梯度减少,各子集层中贵金属催化剂占复合催化剂的比重自内向外沿远离质子交换膜方向梯度增加,使得各子集层中贵金属催化剂的担载量相同。

2.如权利要求1所述的固体聚合物膜电解槽用膜电极,其特征在于:所述阳极催化层自内向外沿远离质子交换膜方向由第一子集层、第二子集层、第三子集层依次连接而成。

3.如权利要求2所述的固体聚合物膜电解槽用膜电极,其特征在于:所述贵金属催化剂为含Ir的金属化合物或金属氧化物,所述复合催化剂中贵金属催化剂的质量分数为40~

80%。

4.如权利要求3所述的固体聚合物膜电解槽用膜电极,其特征在于:所述第一子集层、‑2

第二子集层、第三子集层中Ir担载量相同且均为0.1~0.3mgIr cm ,所述第一子集层、第二子集层、第三子集层的复合催化剂中贵金属催化剂所占比重分别为40%、60%、80%。

5.如权利要求4所述的固体聚合物膜电解槽用膜电极,其特征在于:所述第一子集层、第二子集层、第三子集层中全氟磺酸树脂担载量分别为Ir担载量的30~45%、15~30%和1~15%。

6.如权利要求1所述的固体聚合物膜电解槽用膜电极,其特征在于:所述导电载体包括TiN和TiO2中的至少一种。

7.如权利要求1所述的固体聚合物膜电解槽用膜电极,其特征在于:所述阳极多孔传输层为孔隙率30~60%的多孔钛板,所述阴极多孔传输层为含微孔层的碳纸或多孔钛板。

8.一种如权利要求1至7中任一项所述固体聚合物膜电解槽用膜电极的制备方法,其特征在于,包括以下几个步骤:

阴极催化剂浆料的制备与喷涂:将铂碳催化剂加入去离子水和低沸点纯溶剂混合液中,冰水浴超声处理,加入全氟磺酸树脂,再次进行冰水浴超声处理获得阴极催化剂浆料,按喷涂法将阴极催化剂浆料喷涂在阴极多孔传输层的一侧形成含阴极催化层的阴极多孔传输层;

阳极催化剂浆料的制备与喷涂:将复合催化剂加入去离子水和低沸点纯溶剂的混合液中,加入全氟磺酸树脂,进行冰水浴超声处理获得阳极催化剂浆料,阳极催化剂浆料包括多种子集层浆料,多种子集层浆料中全氟磺酸树脂与复合催化剂的质量比重自内而外依次减小,且多种子集层浆料自内向外依次喷涂连接在一起,位于最外侧的子集层浆料通过喷涂法喷涂在阳极多孔传输层的一侧形成含阳极催化层的阳极多孔传输层;

膜电极的制备:将含阴极催化层的阴极多孔传输层、含阳极催化层的阳极多孔传输层分别放入两块玻璃板的凹槽内,且阴极催化层、阳极催化层的一面朝上,将10~20wt%的Nafion膜溶液分别加入两个凹槽中并置于60~80℃烘箱中使得阴极催化层、阳极催化层表面分别形成半凝固态的质子交换膜层,将两个质子交换膜层相互贴合并置于100~120℃烘箱中实现原位成膜一体化连接,最终获得固体聚合物膜电解槽膜电极;

其中,所述阴极催化剂浆料中铂碳催化剂质量占比为0.1~0.5%,所述阳极催化剂浆料中总的复合催化剂的质量占比为0.1~0.6%。

9.如权利要求8所述的固体聚合物膜电解槽用膜电极的制备方法,其特征在于:所述低沸点纯溶剂为异丙醇、正丙醇、乙醇、甲醇中至少一种,所述全氟磺酸树脂的当量质量为700~2100g/mol。

10.如权利要求8所述的固体聚合物膜电解槽用膜电极的制备方法,其特征在于:所述喷涂法喷涂过程中喷涂流速为1~5ml/min,热台温度70~100℃,所述固体聚合物膜电解槽膜电极中质子交换膜的厚度为10~185μm。