一种AEM电解水制氢膜电极及其制备方法与流程

本公开属于阴离子交换膜电解水制氢，具体涉及一种aem电解水制氢膜电极及其制备方法。

背景技术：

1、阴离子交换膜水电解(aemwe)技术是一种基于阴离子交换膜(aem)作为离子传导隔膜的新型电解水制氢技术，其通过整合碱性水电解(alkwe)的低成本优势与质子交换膜水电解(pemwe)的高电流密度、快速动态响应特性，在提升制氢效率与降低系统成本方面展现出显著潜力。作为aem电解槽的核心组件，aem电解水制氢膜电极(mea)采用三明治式层级结构，由气体扩散层(gdl)、催化层(cl)及阴离子交换膜(aem)构成，其中催化层作为电化学活性界面，直接主导析氢反应(her)与析氧反应(oer)的动力学过程。催化层的功能实现依赖于高活性催化剂组分的定向构筑，根据界面工程策略，催化层可通过两种工艺路径实现：其一为将催化剂浆料通过喷涂或刮涂工艺直接负载于气体扩散层表面，形成催化剂涂布气体扩散层(ccs)型膜电极；其二为将催化剂活性层涂覆于阴离子交换膜两侧，构建催化剂涂布膜(ccm)型复合结构。对于催化层设计来说，均需克服催化层脱落和催化剂颗粒会逐渐发生团聚，导致催化层有效活性面积减小，催化能力逐渐降低的难题。

2、目前，催化层多为催化剂与离聚物结合制备成混合催化浆料进行喷涂或刮涂，催化层会出现粘结不牢脱落的问题，同时，在催化层浆料制备过程中，容易出现催化层浆料分散不均匀，催化剂颗粒易团聚和沉降等问题。

技术实现思路

1、本公开旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种aem电解水制氢膜电极及其制备方法。

2、本公开的一方面，提供一种aem电解水制氢膜电极的制备方法，所述制备方法包括：

3、在催化剂粉末中加入分散剂进行预分散处理，之后加入阴离子树脂溶液进行高速分散处理，得到催化剂浆料；

4、将粘结剂与水-乙醇溶剂混合，形成表面防脱层浆料；

5、对气体扩散层待喷涂表面预处理，将所述催化剂浆料喷涂于所述气体扩散层的待喷涂表面，形成催化层；

6、将所述表面防脱落浆料喷涂于所述催化层，在所述催化层上形成防脱层。

7、可选地，所述催化剂粉末与所述阴离子离聚物含量的质量比例为1:(0.2～0.3)。

8、可选地，催化剂浆料中催化剂的浓度为15-25mg/ml。

9、可选地，所述粘结剂的质量占所述催化剂浆料质量的0.5～1％。

10、可选地，所述粘结剂为5wt.％的nafion115、甲基丙烯酸酯或丁苯橡胶乳液。

11、可选地，所述表面防脱层浆料中粘结剂的质量分数为4-6％。

12、可选地，将催化剂粉末中加入分散剂进行预分散处理的温度为0～5℃，时间为5-15min；和/或，

13、所述加入阴离子树脂溶液进行高速分散处理的温度为0～10℃，时间为5-8min，转速为9000-11000rpm。

14、可选地，所述将所述催化剂浆料喷涂于所述气体扩散层的待喷涂表面，形成催化层，包括：

15、对所述气体扩散层的待喷涂表面进行精准定位，将所述催化剂浆料装入连接注射泵中，在温度为75-85℃下，采用多次交叉喷涂模式，将催化剂浆料喷涂于气体扩散层表面，形成催化层。

16、可选地，所述将所述表面防脱落浆料喷涂于所述催化层，在所述催化层上形成防脱层，包括：

17、将所述表面防脱落浆料装入连接注射泵中，在温度为55-65℃下，采用多次交叉喷涂模式，将表面防脱落浆料喷涂于催化层表面，形成催化层。

18、本公开提出一种aem电解水制氢膜电极，所述aem电解水制氢膜电极采用前文记载的所述制备方法制得。

19、本公开提出一种aem电解水制氢膜电极及其制备方法。其中，制备方法包括：在催化剂粉末中加入分散剂进行预分散处理，之后加入阴离子树脂溶液进行高速分散处理，得到催化剂浆料；将粘结剂与水-乙醇溶剂混合，形成表面防脱层浆料；对气体扩散层待喷涂表面预处理，将所述催化剂浆料喷涂于所述气体扩散层的待喷涂表面，形成催化层；将所述表面防脱落浆料喷涂于所述催化层，在所述催化层上形成防脱层。本公开通过喷涂的方式在催化层表面增加一层表面防脱层，能增强催化剂层在气体扩散层上的粘结力，预防催化层脱落；且本公开的方法所制备的催化剂浆料混合更均匀，更不易团聚。

1.一种aem电解水制氢膜电极的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述催化剂粉末与所述阴离子离聚物含量的质量比例为1:(0.2～0.3)。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，催化剂浆料中催化剂的浓度为15-25mg/ml。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂的质量占所述催化剂浆料质量的0.5～1％。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为5wt.％的nafion115、甲基丙烯酸酯或丁苯橡胶乳液。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述表面防脱层浆料中粘结剂的质量分数为4-6％。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将催化剂粉末中加入分散剂进行预分散处理的温度为0～5℃，时间为5-15min；和/或，

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述将所述催化剂浆料喷涂于所述气体扩散层的待喷涂表面，形成催化层，包括：

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述将所述表面防脱落浆料喷涂于所述催化层，在所述催化层上形成防脱层，包括：

10.一种aem电解水制氢膜电极，其特征在于，所述aem电解水制氢膜电极采用权利要求1至9任一项所述的制备方法制得。