质子交换膜电解水膜电极气泡管理优化装置及其制备方法与流程

本发明涉及质子交换膜电解水，尤其是一种质子交换膜电解水膜电极气泡管理优化装置及其制备方法。

背景技术：

1、2022年3月出台的《氢能产业发展中长期规划（2021-2035）》，明确氢能战略定位，强调发展氢能，必须坚持清洁低碳的原则，重点发展可再生能源制氢，严格控制化石能源制氢，绿氢已然成为我国发展氢能的必由之路。此外，绿氢技术中，pem电解水制氢技术具有瞬时响应、宽工作电压范围的优点，可以很好地与波动性较强的可再生能源相结合，解决可再生能源的消纳问题。

2、pem电解水膜电极在实际工作中跟pem燃料电池膜电极存在一样的问题，即大电流密度区域存在严重地传质极化问题，大幅度地降低了膜电极的性能，因此很有必要找到一种便于后期放大的技术，来改善或削弱传质极化。

技术实现思路

1、本发明的目的是在于克服、补充现有技术中存在的不足，提供一种质子交换膜电解水膜电极气泡管理优化装置及其制备方法，通过对阳极ptl进行造孔，有利于气泡的排出，加快了传质，使产氢效率大幅度提升。

2、本发明采用的技术方案是：

3、一种质子交换膜电解水膜电极气泡管理优化装置，其中：包括从下往上依次设置的阴极多孔传输层、热压封装组件、阳极多孔传输层；所述热压封装组件包括从下往上依次层叠设置的阴极边框、催化剂涂覆膜、阳极边框，所述阴极边框设置在靠近阴极多孔传输层的一侧，所述阳极边框设置在靠近阳极多孔传输层的一侧，所述阳极多孔传输层上设置若干个通孔。

4、优选的是，所述的质子交换膜电解水膜电极气泡管理优化装置，其中：通孔的孔径为0.05-5mm，通孔的数量为10-1000目每平方英寸。

5、一种质子交换膜电解水膜电极气泡管理优化装置的制备方法，其中：包括以下步骤：

6、步骤s1.提供工装，在两个工装之间从下往上依次层叠阴极边框、催化剂涂覆膜、阳极边框，形成层叠件一；

7、步骤s2.将层叠件一采用热压机热压封装，去掉工装形成热压封装组件；

8、步骤s3.提供阳极多孔传输层，并对阳极多孔传输层造孔形成若干个通孔；

9、步骤s4.在两个工装之间按从下往上依次层叠阴极多孔传输层、热压封装组件、阳极多孔传输层，形成层叠件二；

10、步骤s5.将层叠件二采用热压机热压粘合，去掉工装，得到质子交换膜电解水膜电极气泡管理优化装置。

11、优选的是，所述的制备方法，其中：工装包括金属压板、缓冲垫和保护膜，两个工装中的缓冲垫分别设置在阴极边框和阳极边框表面，所述缓冲垫远离阴极边框或阳极边框的一侧设置保护膜，所述保护膜远离缓冲垫的一侧设置金属压板。

12、优选的是，所述的制备方法，其中：金属压板选自不锈钢板或铝板，厚度为1mm-5mm；缓冲垫具有多孔微观结构，缓冲垫选自柔性石墨板或者带有夹层的硅胶板，厚度为1mm-5mm；保护膜选自ptfe膜、ptfe编织布和pi膜的一种，厚度为0.1-1mm。

13、优选的是，所述的制备方法，其中：阴极边框和阳极边框的材质均选自pen、pi或pps中的一种；步骤s1中阴极边框和阳极边框中设置热熔胶。

14、优选的是，所述的制备方法，其中：步骤s2中热压封装的温度为80-160℃，热压压力为5-150bar，热压时间为5-600秒。

15、优选的是，所述的制备方法，其中：步骤s3中阳极多孔传输层造孔为激光造孔、线切割造孔、蚀刻造孔或模压造孔中的一种或几种。

16、优选的是，所述的制备方法，其中：步骤s5中热压温度为40-80℃，热压压力为5-80bar，热压时间为5-180s。

17、本发明的优点：

18、本发明的质子交换膜电解水膜电极气泡管理优化装置及其制备方法，简单易行，工艺便于放大，即简单地通过对阳极ptl进行造孔，可实现气泡的快速排出，加快了传质，使产氢效率大幅度提升。

技术特征：

1.一种质子交换膜电解水膜电极气泡管理优化装置，其特征在于：包括从下往上依次设置的阴极多孔传输层（21）、热压封装组件（20）、阳极多孔传输层（22）；

2.根据权利要求1所述的质子交换膜电解水膜电极气泡管理优化装置，其特征在于：通孔（220）的孔径为0.05-5mm，通孔（220）的数量为10-1000目每平方英寸。

3.根据权利要求1-2任一项所述的质子交换膜电解水膜电极气泡管理优化装置的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：工装（100）包括金属压板（110）、缓冲垫（130）和保护膜（120），两个工装（100）中的缓冲垫（130）分别设置在阴极边框（11）和阳极边框（12）表面，所述缓冲垫（130）远离阴极边框（11）或阳极边框（12）的一侧设置保护膜（120），所述保护膜（120）远离缓冲垫（130）的一侧设置金属压板（110）。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：金属压板（110）选自不锈钢板或铝板，厚度为1mm-5mm；缓冲垫（130）具有多孔微观结构，缓冲垫（130）选自柔性石墨板或者带有夹层的硅胶板，厚度为1mm-5mm；保护膜（120）选自ptfe膜、ptfe编织布和pi膜的一种，厚度为0.1-1mm。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：阴极边框（11）和阳极边框（12）的材质均选自pen、pi或pps中的一种；步骤s1中阴极边框（11）和阳极边框（12）中均设置热熔胶。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤s2中热压封装的温度为80-160℃，热压压力为5-150bar，热压时间为5-600秒。

8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤s3中阳极多孔传输层（22）造孔为激光造孔、线切割造孔、蚀刻造孔或模压造孔中的一种或几种。

9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤s5中热压温度为40-80℃，热压压力为5-80bar，热压时间为5-180s。

技术总结本发明提供一种质子交换膜电解水膜电极气泡管理优化装置，包括从下往上依次设置的阴极多孔传输层、热压封装组件、阳极多孔传输层；热压封装组件包括从下往上依次层叠设置的阴极边框、催化剂涂覆膜、阳极边框，阳极边框设置在靠近阳极多孔传输层的一侧，阳极多孔传输层上设置若干个通孔。阳极多孔传输层上设置若干个通孔。本发明的质子交换膜电解水膜电极气泡管理优化装置及其制备方法，简单易行，工艺便于放大，即简单地通过对阳极PTL进行造孔，可实现气泡的快速排出，加快了传质，使产氢效率大幅度提升。技术研发人员：娄正,张义煌,刘敏,冯利军受保护的技术使用者：无锡威孚高科技集团股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/29