[发明专利]优化的电解用含阴离子交换树脂过渡层的膜电极的制备方法

权利要求书

1.优化的电解用含阴离子交换树脂过渡层的膜电极的制备方法，其特征在于：所述膜电极为“七层”的夹层结构，包括阴极气体扩散层、阴离子交换膜、分别覆于膜两侧的阴/阳极树脂过渡层、阴极催化层和阳极催化层，以及阳极气体扩散层；所述膜电极的制备遵循以下步骤：

(1)将阴离子交换树脂与乙醇、异丙醇或正丙醇按照质量比1:5～1:8的比例混合，超声分散20～40min，分别喷涂于阴离子交换膜的两侧，在膜两侧获得阴/阳极树脂过渡层；

(2)将阴/阳极催化剂、阴离子交换树脂与乙醇、异丙醇或正丙醇混合，超声分散20～40min，制得均匀混合的阴/阳极催化剂浆料；将所述催化剂浆料分别喷涂于步骤(1)中制得的含树脂过渡层的膜两侧，制得含阴离子交换树脂过渡层的催化剂覆膜电极；

(3)用中空的、环形的两片封闭材料将步骤(2)中制得的催化剂覆膜电极的四周边缘夹住，使步骤(2)中制得的催化剂覆膜电极处于两片封闭材料之间，且催化剂覆膜电极的四周边缘均被两片封闭材料夹持固定，并在封闭材料阴极催化层一侧的中空部位的阴极催化层上放置碳纸气体扩散层，碳纸气体扩散层与封闭材料的中空环形区域面积等大且规格一致；在封闭材料阳极催化层一侧的中空部位的阳极催化层上放置一片与封闭材料中空区域等大且规格一致的聚四氟乙烯薄片；

将被两片封闭材料夹持的催化剂覆膜电极用两片聚四氟乙烯薄膜夹住，使两片封闭材料及它们中的催化剂覆膜电极处于两片聚四氟乙烯薄膜之间，并将夹住催化剂覆膜电极的两片聚四氟乙烯薄膜放置于两片金属夹板之间；将金属钛夹板置于40～100℃的油压机之中热压0.5～5min；热压完毕后取下金属夹板、聚四氟乙烯薄片，在封闭材料阳极催化层一侧的中空部位的阳极催化层上放置与封闭材料中空区域等大且规格一致的多孔钛板，即可获得膜电极组件；阳极气体扩散层为厚度0.7～0.8mm的镀铂多孔钛板。

2.按照权利要求1所述的膜电极制备方法，其特征在于：制备的膜电极分为“七层”夹层结构，包括阴离子交换膜、分别覆于膜两侧的阴/阳极树脂过渡层、阴/阳极催化层，以及位于膜两侧的阴/阳极气体扩散层。

3.按照权利要求1所述的膜电极制备方法，其特征在于：步骤(1)与(2)所述的喷涂操作均在热台上进行，热台温度维持恒定在40～80℃。

4.按照权利要求1所述的膜电极制备方法，其特征在于：步骤(2)所述阴/阳极催化剂选自贵金属Pt、Pd、Ru、Rh、Ir或非贵金属Ni、Co、Mo中的一种或二种以上的负载型或未负载的纯金属纳米颗粒中的一种或二种以上，所述催化剂担载量为0.5～3.0mg/cm²。

5.按照权利要求1所述的膜电极制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述催化剂与阴离子交换树脂的质量比为5:1～7:1，此时电极性能最优；催化剂与乙醇/异丙醇/正丙醇的质量比为1:20～1:50。

6.按照权利要求1所述的膜电极制备方法，其特征在于：

选用的封闭材料是聚酯框、橡胶框密封材料；

选用的阴离子交换膜是以季胺基为官能团的阴离子交换膜；

选用的阴离子交换树脂是以季胺基为官能团的阴离子交换树脂；

作为阴/阳极树脂过渡层：阴离子交换树脂于过渡层的担载量为0.075～0.6mg/cm²；

所选用的阴极气体扩散层为厚度0.2～0.3mm的憎水化处理的碳纸。

7.按照权利要求1所述的膜电极制备方法，其特征在于：步骤(3)所述热压过程使用的压强为0.1～0.5MPa，热压温度为45～75℃，热压时间为60～90s。

8.按照权利要求1所述的膜电极制备方法，其特征在于：步骤(1)和(2)所述喷涂操作所用喷枪气源为惰性气体，喷涂压强控制在0.05～0.2MPa。

9.按照权利要求8所述的膜电极制备方法，其特征在于：所述惰性气体为氮气或氩气。

10.按照权利要求1-9任一所述的膜电极制备方法，其特征在于：制备得到的所述膜电极可应用于RFC、光电催化、APE水电解池或碱性水电解氢气发生器中。