一种SPEWE膜电极及其制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114540854A(43)申请公布日2022.05.27(21)申请号202210267702.0C25B11/075(2021.01)(22)申请日2022.03.18(71)申请人中国科学院长春应用化学研究所地址130000吉林省长春市朝阳区人民大街5625号(72)发明人邢巍金钊刘长鹏梁亮李晨阳葛君杰刘世伟(74)专利代理机构长春众邦菁华知识产权代理有限公司22214专利代理师李外(51)Int.Cl.C25B9/23(2021.01)C25B1/04(2021.01)C25B11/053(2021.01)C25B11/081(2021.01)权利要求书1页说明书5页附图1页(54)发明名称一种SPEWE膜电极及其制备方法(57)摘要本发明提供一种SPEWE膜电极及其制备方法，属于膜电极制备技术领域。该方法先将Nafion溶液加入到溶剂中混合均匀；将阳极催化剂加入上述溶液中，超声分散；再加入异丙醇，继续超声至分散均匀，得到阳极催化剂浆料；通过超声喷涂，将阴极催化剂浆料和阳极催化剂浆料先后喷涂在固体质子交换膜的两侧，得到膜电极；最后膜电极在水溶液中加热浸泡，洗净残留溶剂后，得到SPEWE膜电极。本发明通过溶剂调控Nafion构象，拓展了催化剂与Naion构建的三相界面，提高了催化剂的利用率。CN114540854ACN114540854A权利要求书1/1页1.一种SPEWE膜电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：将Nafion溶液加入到溶剂中混合均匀；步骤二：将阳极催化剂加入步骤一的溶液中，超声分散；步骤三：在步骤二的溶液中加入异丙醇，继续超声至分散均匀，得到阳极催化剂浆料；步骤四：将Pt/C催化剂、水、异丙醇和Nafion混合后超声，分散均匀，得到阴极催化剂浆料；步骤五：通过超声喷涂，将阴极催化剂浆料和阳极催化剂浆料先后喷涂在固体质子交换膜的两侧，得到膜电极；步骤六：将步骤五得到的膜电极在水溶液中加热浸泡，洗净残留溶剂后，得到SPEWE膜电极。2.根据权利要求1所述的一种SPEWE膜电极的制备方法，其特征在于，所述的步骤一的溶剂包括氮‑甲基吡咯烷酮、氮，氮‑二甲基甲酰胺、氮，氮‑二甲基乙酰胺、二甲亚砜或丙三醇。3.根据权利要求1所述的一种SPEWE膜电极的制备方法，其特征在于，所述的步骤二阳极催化剂包括Ir黑或IrO2催化剂。4.根据权利要求1所述的一种SPEWE膜电极的制备方法，其特征在于，所述的步骤三阳极催化剂浆料中，阳极催化剂与溶剂总质量比为1:5‑1:100。5.根据权利要求1所述的一种SPEWE膜电极的制备方法，其特征在于，所述的Nafion含量在阳极催化层固态物中质量分数范围为10％‑50％。6.根据权利要求1所述的一种SPEWE膜电极的制备方法，其特征在于，所述的步骤四超声时间为30‑60min。7.根据权利要求1所述的一种SPEWE膜电极的制备方法，其特征在于，所述的步骤六加热浸泡的温度为60‑70℃，浸泡时间为1‑2h。8.权利要求1‑7任何一项所述的制备方法得到的SPEWE膜电极。2CN114540854A说明书1/5页一种SPEWE膜电极及其制备方法技术领域[0001]本发明属于膜电极制备技术领域，尤其涉及一种SPEWE膜电极及其制备方法。背景技术[0002]质子交换膜电解水技术具有电解效率高，产物纯度高，响应迅速，启动快，适合波动电流等特点，可以与再生能源耦合提高可再生能源的高效利用，被认为是最具发展前景的电解水技术。目前，阳极需要较高的贵金属载量以便在服役态下提供大电密并降低过电位，这导致了目前质子交换膜水电解槽面临着成本居高不下的严重问题，其进一步商业化应用也受到了极大限制。因此，如何降SPEWE膜电极贵金属载量成为该领域亟待解决的一项关键问题。[0003]膜电极中由催化剂及离聚物构成的，能够为催化活性位点提供良好质子、电子以及反应物传输能力的理想三相界面对于电极反应的进行具有决定性影响，因此，尽可能拓展的理想三相界面对于提高催化剂利用率十分重要。其中Nafion溶液相构型对三相界面的建立影响很大。[0004]Nafion团簇与催化剂团簇之间的相互作用对后续多孔网络结构的演化与各界面相互作用的产生具有重要影响作用。现阶段Nafion团簇与催化剂团簇之间主要通过随机吸附发生相互作用，这就导致了三相界面建立的不确定性及不均匀性。研究显示催化剂团簇只有部分表面能够被质子电解质聚合物覆盖，而占催化剂总量约30％‑50％的团簇内部的铂基催化剂因无法与Nafion接触形成三相界面而无法得以利用，造成了催化剂的极大浪费。如何调节、优化三相界面结构对于提高催化剂利用率，降低催化剂载量具有积极意义。[0005]CN112981449A