膜电极催化层的制备方法、催化浆料、膜电极及电解池与流程

本发明涉及燃料电池膜电极制备，具体涉及一种膜电极催化层的制备方法、催化浆料、膜电极及电解池。

背景技术：

1、质子交换膜电解水(pem)技术是一种高效的电解水制氢方法，其主要用于生成“绿氢”。该技术通过利用质子交换膜来实现水的电解，从而在不同电极间分离产生氢气和氧气，该技术可与可再生能源(如风能、太阳能)相结合，通过这些清洁能源所产生电力来实现水的电解，进而产生氢气。这一过程对于促进能源转型和减少对化石燃料的依赖具有重要意义。但目前pem电解水技术的应用受到了其高成本的限制，在电解水技术中质子交换膜的高电流密度特性是影响高产量的氢气生成的重要因素，为了实现高电流密度需要使用昂贵的贵金属(例如铂和铱)作为电解反应的催化剂，这些贵金属材料的高成本在很大程度上增加了整体设备的投资。为了成本效益最大化，需减少贵金属催化剂的使用。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种膜电极催化层的制备方法、催化浆料、膜电极及电解池，具体采用如下技术方案：

2、一种催化浆料，所述催化浆料包括氧化铱、离聚物及分散液，其中离聚物和氧化铱混合物的总固含量为0.1-1wt％，所述分散液包括去离子水和醇类溶剂，所述去离子水与醇类溶剂的比例为1:10。

3、可选的：所述醇类溶剂为乙醇、正丙醇或异丙醇的一种。

4、可选的：所述离聚物和氧化铱混合物的总固含量为0.1wt％。

5、可选的：所述离聚物和氧化铱混合物中离聚物含量为5wt％～25wt％。

6、可选的：所述离聚物和氧化铱混合物中离聚物含量为10wt％。

7、可选的：所述分散液中去离子水含量为5wt％～60wt％。

8、可选的：所述分散液中去离子水含量为10wt％。

9、本发明还公开有一种基于上述催化浆料的膜电极催化层制备方法，其包括如下步骤：

10、a.将质子交换膜在80℃的h2o2溶液进行煮沸一小时；

11、b.将步骤a处理后的质子交换膜转移至0.5m稀硫酸溶液，并在80℃煮沸一小时；

12、c.将步骤b处理后的质子交换膜放入去离子水内浸泡；

13、d.称取定量的离聚物与氧化铱，并将离聚物与氧化铱分散在去离子水与醇类溶剂的混合液内，所述离聚物与氧化铱的总固含量为0.1-1wt％，所述分散剂中的去离子水与醇类溶剂按照1：10比例进行混合；

14、e.配置好的催化浆料经超声破碎处理，持续时间10分钟；

15、f.高速搅拌经超声破碎处理的催化浆料并混匀过夜；

16、g.将配置好的催化浆料均匀喷涂至预处理好的质子交换膜获得膜电极；并通过热压处理将气体扩散层热压至膜电极上；

17、h.将制备好的膜电极装配至电解池内,并对电解池的电极施加1.6v恒压活化，持续10分钟。

18、本发明还公开一种膜电极，包括质子交换膜和位于质子交换膜表面的催化层，其中所述催化层采用如上述的催化浆料喷涂形成。

19、本发明进一步公开了一种电解池，其包括如上述的膜电极。

20、有益效果

21、本发明的技术方案获得了下列有益效果：

22、本发明通过优化膜电极催化层的催化浆料配方，平衡了催化浆料中贵金属含量与催化效率的问题，在保证贵金属含量降低前提下，提高催化浆料分散性能，以形成更加均匀稳定的催化层实现，提高了催化层的平面导电性和催化剂利用效率，显著提升了膜电极的电化学性能，增强了pem电解水装置的整体效率。

技术特征：

1.一种催化浆料，其特征在于，所述催化浆料包括氧化铱、离聚物及分散液，其中离聚物和氧化铱混合物的总固含量为0.1-1wt％，所述分散液包括去离子水和醇类溶剂，所述去离子水与醇类溶剂的比例为1:10。

2.根据权利要求1所述的催化浆料，其特征在于，所述醇类溶剂为乙醇、正丙醇或异丙醇的一种。

3.根据权利要求1所述的催化浆料，其特征在于，所述离聚物和氧化铱混合物的总固含量为0.1wt％。

4.根据权利要求1或3所述的催化浆料，其特征在于，所述离聚物和氧化铱混合物中离聚物含量为5wt％～25wt％。

5.根据权利要求3所述的催化浆料，其特征在于，所述离聚物和氧化铱混合物中离聚物含量为10wt％。

6.根据权利要求1或3所述的催化浆料，其特征在于，所述分散液中去离子水含量为5wt％～60wt％。

7.根据权利要求6所述的催化浆料，其特征在于，所述分散液中去离子水含量为10wt％。

8.一种基于权利要求1-7任一项所述催化浆料的膜电极催化层制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

9.一种膜电极，包括质子交换膜和位于质子交换膜表面的催化层，其特征在于，所述催化层采用如权利要求8所述的催化浆料喷涂形成。

10.一种电解池，其特征在于，包括如权利要求9所述的膜电极。

技术总结本发明涉及一种膜电极催化层的制备方法、催化浆料、膜电极及电解池，该催化浆料包括氧化铱、离聚物及分散液，其中离聚物和氧化铱混合物的总固含量为0.1‑1wt％，所述分散液包括去离子水和醇类溶剂，所述去离子水与醇类溶剂的比例为1:10，该方法通过优化膜电极催化层的催化浆料配方，平衡了催化浆料中贵金属含量与催化效率的问题，在保证贵金属含量降低前提下，提高催化浆料分散性能，以形成更加均匀稳定的催化层实现，提高了催化层的平面导电性和催化浆料利用效率，显著提升了膜电极的电化学性能，增强了PEM电解水装置的整体效率。技术研发人员：赵锋,刘建国,谭爱东,张毅鹏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：2024/6/11