[发明专利]一种电解水膜电极的制造方法

说明书

本发明提供一种电解水膜电极，电解水膜电极总厚度在1mm以内，氧电极，氢电极之间的距离控制在0.3mm以内，一种电解水膜电极的氧电极、氢电极内含有催化剂，催化剂可以加速水分解为氢气与氧气，提高电解水膜电极在消耗同等功率的条件下，单位时间内产生氢气的速度；在一种电解水膜电极中，氢电极与氧电极紧贴在隔膜的两侧，氢电极与氧电极通过刷涂或者压制的工艺与隔膜连接在一起，隔膜的这种结构形式，可以将氢电极与氧电极之间的距离控制在最小的范围以内，减少氢电极与氧电极的之间离子传导的距离，从而降低离子传导的电阻。

技术领域

本发明涉及一种电解水膜电极制造技术，主要应用于直流电解水制造氢气、氧气的的设备。

背景技术

直流电解水制氢技术的发展已经有很多年了，目前碱性制氢、质子交换膜制氢技术已经比较成熟，尤其是碱性电解水制氢技术已经广泛应用于工业化制氢，质子交换膜制氢也已经应用于对价格不太敏感的家庭电解水机，以上两种制氢设备均已工业化生产。众所周知，直流电解制氢的核心部件是氧电极和氢电极，氧电极，氢电极的性能直接决定碱性制氢、质子交换膜制氢的效率，即：单位时间内电极氢气，氧气的产生量，氢气纯度、生产成本等，碱性制氢的氧电极使用的是不锈钢，氢电极使用的是不锈钢镀镍，氧电极，氢电极之间有一定的距离，这种结构就造成氧电极和氢电极之间电阻增大，氢气产气率很低，氧电极和氢电极过电压比较高，槽电压一般在2.1-2.5v之间，而水的理论分解电压为1.24v，这就说明电解电压很大一部分被氧电极和氢电极之间的电阻消耗，产生热量，使电解制氢能耗增加，这就造成能源的浪费，制造氢气、氧气的成本过高；质子交换膜制氢是在质子交换膜两侧涂刷或者压制贵金属催化剂，贵金属包含铂、钯、钌等，质子交换膜除了价格很高(8000-10000元/m³)，质子交换膜生产技术还被美国杜邦公司垄断，虽然质子交换膜电极制造氢气的效率比较高，但是由于质子交换膜做为制造质子交换膜电极的基本材料，这就使制造氧电极和氢电极成本过于昂贵，目前无法应用于工业化制氢领域。

发明内容

为了克服现有电解水制氢所存在的上述问题，本发明提供一种电解水膜电极的制造方法，电解水膜电极总厚度在≤0.8mm，氧电极，氢电极之间的距离≤0.3mm，一种电解水膜电极主要由隔膜、氧电极，氢电极、氧电极集流体、氢电极集流体组成，隔膜主体采用聚合物滤布，聚合物滤布经过经过化学处理以后，就具备离子导通的功能，再加上聚合物滤布具有均匀分布的微孔，微孔的存在有利于离子的导通，可以降低氧电极与氢电极之间的电阻，降低氧电极与氢电极之间的过电位；氢电极与氧电极通过刷涂或者压制的工艺与隔膜连接在一起，隔膜的这种加工形式，可以将氢电极与氧电极之间的距离控制在最小的范围以内，减少氢电极与氧电极之间离子传导的距离，从而降低离子传导的电阻；氧电极，氢电极是由粘接剂与催化剂、导电剂组成，催化剂可以加速水分子分解为氧气、氢气，导电剂可以降低氧电极、氢电极的电阻，降低氧电极和氢电极的过电位，增加电解效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种电解水膜电极主要由隔膜、氢电极、氧电极、氧电极集流体、氢电极集流体组成，隔膜主体采用聚合物滤布，聚合物滤布分别经过KOH水溶液浸泡、聚乙烯醇水溶液浸泡、聚合物滤布化学交联、聚合物滤布的微孔中嵌入KOH离子几个步骤加工；氢电极、氧电极由锰系氧化物、导电剂与粘接剂混合组成，氢电极、氧电极与隔膜通过粘接，加热加压的方式紧密连接，氧电极集流体与氧电极、氢电极集流体与氢电极通过机械的方法紧密连接；具体实施步骤为：

隔膜加工工艺：隔膜主体采用聚合物滤布，聚合物滤布经过如下步骤的加工：

1.聚合物滤布的选择：聚合物滤布为多孔结构，孔径控制范围：80---300目，聚合物滤布厚度在0.1-0.3mm之间。聚合物滤布可以采用聚丙烯滤布， 涤纶滤布，锦纶滤布，聚苯乙烯滤布、尼龙滤布、尼龙无纺布等聚合物滤布。

2.聚合物滤布预处理：聚合物滤布预先用浓度为20-40％(重量百分比)的KOH水溶液浸泡15-30小时，浸泡完成后，用清水冲洗，直至清洗水PH值显示中性为止，然后将处理好的聚合物滤布干燥。