质子交换膜电解槽阴极双极板及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种质子交换膜电解槽阴极双极板及其制备方法

【技术实现步骤摘要】
质子交换膜电解槽阴极双极板及其制备方法


[0001]本专利技术涉及质子交换膜电解槽
，具体而言，涉及一种质子交换膜电解槽阴极双极板及其制备方法
。

技术介绍

[0002]质子交换膜
(PEM)
电解槽阴极双极板发挥支撑扩散层
、
传输氢气
、
排出从阳极电渗拖曳到阴极的水和传导电子的作用，是
PEM
电解槽的关键组件之一
。
阴极氢脆的出现是由于质子从阳极通过质子交换膜到阴极与电路上的电子结合，生成大量的氢气，这些氢气在高压下可能转化为氢原子侵入双极板而使得双极板的力学性能改变
。
现有的阴极双极板和阳极双极板为一体结构，且材质为纯钛，为了防止基底腐蚀和氢脆现象，常常在阴极双极板的表面制备一层涂层
。
[0003]目前常采用电镀工艺在阴极双极板的表面镀铂层，而铂为贵金属，这使得阴极双极板的制备成本过高
。
[0004]因此，研究并开发出一种制备成本低且同时具有优异的耐腐蚀性和缓解氢脆现象效果好的
PEM
电解槽阴极双极板对于降低成本
、
延长使用寿命及提高
PEM
电解槽的电解效率具有重要意义
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提供一种质子交换膜电解槽阴极双极板及其制备方法，以解决现有技术中质子交换膜
(PEM)
电解槽阴极双极板的制备成本高
、
耐腐蚀性差，且难以有效缓解氢脆现象，导致
PEM
电解槽在电解水时氢气的收率低的问题
。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种质子交换膜电解槽阴极双极板的制备方法，该质子交换膜电解槽阴极双极板的制备方法包括：步骤
S1
，将导电浆料涂覆在金属基材的一侧表面，得到含导电碳涂层的第一叠层结构；导电浆料包括导电碳材料；涂覆的过程采用丝网印刷法
、
喷涂法或转印法进行；步骤
S2
，对导电碳涂层进行疏水处理
。
[0007]进一步地，涂覆过程采用丝网印刷法进行时，涂覆过程包括：将丝印网放置于金属基材的一侧表面，采用导电浆料进行第一刮涂；剥离丝印网，对保留在金属基材表面的导电浆料进行第一固化，得到第一叠层结构；优选地，第一刮涂采用第一刮板进行，第一刮板所在平面与金属基材层之间的夹角为
20
～
80
°
；优选地，导电浆料的单位面积涂布量为1～
10mg/cm2；优选地，第一固化处理的温度为
80
～
120℃
，时间为5～
60min。
[0008]进一步地，导电浆料包括导电碳材料
、
树脂和溶剂；优选地，导电浆料的固含量为6～
50wt
％；优选地，以占导电浆料的总重量计，导电碳材料
、
树脂及溶剂的重量百分含量依次为6～
50wt
％
、10
～
40wt
％和
10
～
84wt
％
。
[0009]进一步地，涂覆过程采用转印法进行时，涂覆过程包括：采用导电浆料对聚合物膜的一侧进行第二刮涂，得到第二层叠结构；对第二层叠结构进行第二固化，得到第三层叠结构；将第三层叠结构贴附于金属基材的表面，以使第三层叠结构中的导电碳涂层转印至金
属基材的表面，得到含导电碳涂层的第一叠层结构；优选地，贴附过程采用热压法进行；优选热压过程的压力为1～
10MPa
，温度为
80
～
140℃
，时间为5～
30min
；优选地，第二固化处理的温度为
100
～
250℃
，时间为5～
20min
；优选地，第二刮涂采用第二刮板进行，第二刮板所在平面与聚合物膜之间的夹角为
20
～
80
°
；优选地，导电浆料的单位面积涂布量为1～
10mg/cm2；优选地，聚合物膜的厚度为
100
～
500
μ
m
，聚合物膜选自
PTFE
膜
、PET
膜
、PEN
膜或
PI
膜
。
[0010]进一步地，导电浆料的配制过程包括：将导电碳材料
、
质量浓度为5～
10wt
％的粘结剂与第一溶剂混合，得到第一混合体系，再将第一混合体系与第二溶剂混合，超声处理后得到导电浆料；优选地，粘结剂为
Nafion
溶液，优选导电碳材料
、
粘结剂与第一溶剂的重量比为
1:(5
～
10):(1
～
2)
；优选地，第二溶剂与第一混合体系的重量比为
(0.2
～
5):1
；优选地，第一溶剂和第二溶剂各自独立地选自醇类溶剂；优选地，超声处理的时间为5～
30min。
[0011]进一步地，涂覆过程采用喷涂法进行时，涂覆过程包括：对金属基材进行预热，采用喷涂设备将导电浆料喷涂在金属基材的一侧表面，经第三固化后得到第一叠层结构；优选地，预热过程的温度为
60
～
90℃
；优选地，喷涂过程中，喷涂间距为
0.2
～
10cm
，喷涂设备的压力为
0.1
～
0.5MPa
，喷涂设备平行于金属基材所在平面进行移动，且移动速率为8～
30mm/s
，喷涂设备中喷射口的温度为
20
～
30℃
；优选地，第三固化处理的温度为
70
～
120℃
，时间为5～
20min。
[0012]进一步地，导电浆料的配制过程包括：将导电碳材料
、
质量浓度为5～
10wt
％的疏水剂与第一溶剂混合，得到第一混合体系，再将第一混合体系与第二溶剂混合，超声处理后得到导电浆料；优选地，疏水剂为聚四氟乙烯乳液，优选导电碳材料与疏水剂的重量比为
20:(1
～
6)
；优选地，导电浆料还包括水，优选水的重量与第一溶剂及第二溶剂的重量之和的比值为
7:(3
～
7)
；优选地，导电浆料的固含量为
0.5
～5％；优选地，第一溶剂和第二溶剂各自独立地选自醇类溶剂；优选地，超声处理的时间为5～
30min。
[0013]进一步地，导电碳材料选自石墨化碳
、
碳纳米管和碳纤维组成的组中的一种或多种，优选为平均粒度为<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种质子交换膜电解槽阴极双极板的制备方法，其特征在于，所述质子交换膜电解槽阴极双极板的制备方法包括：步骤
S1
，将导电浆料涂覆在金属基材的一侧表面，得到含导电碳涂层的第一叠层结构；所述导电浆料包括导电碳材料；所述涂覆的过程采用丝网印刷法
、
喷涂法或转印法进行；步骤
S2
，对所述导电碳涂层进行疏水处理
。2.
根据权利要求1所述的质子交换膜电解槽阴极双极板的制备方法，其特征在于，所述涂覆过程采用所述丝网印刷法进行时，所述涂覆过程包括：将丝印网放置于所述金属基材的一侧表面，采用所述导电浆料进行第一刮涂；剥离所述丝印网，对保留在所述金属基材表面的导电浆料进行第一固化，得到所述第一叠层结构；优选地，所述第一刮涂采用第一刮板进行，所述第一刮板所在平面与所述金属基材层之间的夹角为
20
～
80
°
；优选地，所述导电浆料的单位面积涂布量为1～
10mg/cm2；优选地，所述第一固化处理的温度为
80
～
120℃
，时间为5～
60min。3.
根据权利要求2所述的质子交换膜电解槽阴极双极板的制备方法，其特征在于，所述导电浆料包括所述导电碳材料
、
树脂和溶剂；优选地，所述导电浆料的固含量为6～
50wt
％；优选地，以占所述导电浆料的总重量计，所述导电碳材料
、
所述树脂及所述溶剂的重量百分含量依次为6～
50wt
％
、10
～
40wt
％和
10
～
84wt
％
。4.
根据权利要求1所述的质子交换膜电解槽阴极双极板的制备方法，其特征在于，所述涂覆过程采用所述转印法进行时，所述涂覆过程包括：采用所述导电浆料对聚合物膜的一侧进行第二刮涂，得到第二层叠结构；对所述第二层叠结构进行第二固化，得到第三层叠结构；将所述第三层叠结构贴附于所述金属基材的表面，以使所述第三层叠结构中的导电碳涂层转印至所述金属基材的表面，得到所述含导电碳涂层的第一叠层结构；优选地，所述贴附过程采用热压法进行；优选所述热压过程的压力为1～
10MPa
，温度为
80
～
140℃
，时间为5～
30min
；优选地，所述第二固化处理的温度为
100
～
250℃
，时间为5～
20min
；优选地，所述第二刮涂采用第二刮板进行，所述第二刮板所在平面与所述聚合物膜之间的夹角为
20
～
80
°
；优选地，所述导电浆料的单位面积涂布量为1～
10mg/cm2；优选地，所述聚合物膜的厚度为
100
～
500
μ
m
，所述聚合物膜选自
PTFE
膜
、PET
膜
、PEN
膜或
PI
膜
。5.
根据权利要求4所述的质子交换膜电解槽阴极双极板的制备方法，其特征在于，所述导电浆料的配制过程包括：将所述导电碳材料
、
质量浓度为5～
10wt
％的粘结剂与第一溶剂混合，得到第一混合体系，再将所述第一混合体系与第二溶剂混合，超声处理后得到所述导电浆料；优选地，所述粘结剂为
Nafion
溶液，优选所述导电碳材料
、
所述粘结剂与所述第一溶剂的重量比为
1:(5
～
10):(1
...

【专利技术属性】
技术研发人员：晏伟，范芷萱，陈泽楷，宛雄标，孙亚浩，王园，魏广科，
申请(专利权)人：阳光氢能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：