氢能专利库

本发明公开了一种PEM电解水制氢膜电极浆料的制备方法，膜电极浆料的主要成分为MXene材料、无机纳米材料、粘结剂、催化剂和溶剂。本发明将MXene作为膜电极浆料的主要成分，利用其表面丰富且分布均匀的末端基团支撑形成高度有序的二维层状纳米通道，有助于质子和电子的传输；且封端基团的‑OH、‑O等更是加速了质子和电子的传输，因此在减少膜电极催化剂用量的前提下，还能提高催化层的性能；使用亲水性溶液作为粘结剂，有助于催化剂和膜电极底膜的粘结，减少界面电阻，提高催化剂的导电性能，从而大幅提高膜电极的使用性能。

本发明公开了一种PEM电解水制氢用催化剂浆料的制备方法及其膜电极的制备方法。将质子‑电子导体、粘结剂、铂质量浓度为20%～60%Pt/C粉末和溶剂混合，并在超声下分散均匀而制得阴极催化剂浆料；将质子‑电子导体、粘结剂、二氧化铱粉末或二氧化铱/炭黑混合物和溶剂混合，并在超声下分散均匀而制得阳极催化剂浆料。引入的质子‑电子导体增加了电解水制氢反应中质子传输的位点，加速质子和电子的传输，在减少催化层催化剂用量的前提下，还能提高催化层的性能。本发明还使用气枪喷涂、旋涂机旋涂或玻璃棒刮涂的方式将催化剂浆料均匀涂覆在膜电极的底膜上，工艺简单，易于操作。

本发明公开了一种高比表面积质子交换膜电极，具体公开了所述质子交换膜电极包括具有微/纳米尺度凹坑结构的质子交换膜、在所述微/纳米尺度凹坑表面沉积的催化剂层及其在所述催化剂层表面涂覆的聚合物保护层。所述膜电极制备方法如下：首先在基材表面负载微/纳米颗粒层，然后在所述微/纳米颗粒层表面涂覆铸膜液，固化后除去微/纳米颗粒形成表面含有微/纳米尺度凹坑的质子交换膜；在凹坑内沉积金属催化剂层，最后在膜表面沉积超薄聚合物保护层。本发明的质子交换膜电极具有较高的表面积，大大提高了催化效率，同时在微/纳米凹坑和聚合物保护层的“锁扣”结构保护下不易脱落，大大延长了使用寿命。

本发明公开了一种静电纺丝法制备PEM电解水制氢用膜电极的方法。具体公开了采用静电纺丝法将催化剂浆料均匀地纺制在膜电极底膜上，纺制出的催化剂层蓬松多孔，为反应物水顺利地传递到催化剂颗粒的反应位点处提供通道，从而大幅提高膜电极的性能；纺制的催化剂层中含有大量的‑OH、‑NH2等基团，这些基团形成的亲水区域可加速质子的传导，提高膜电极的性能；本发明采用静电纺丝法制备PEM电解水制氢用膜电极的工艺线路简单，原料便宜易得，可实现连续化生产，该技术是未来PEM电解水制氢用膜电极的发展方向。