【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于气体调节，具体涉及一种用于氧还原反应的膜电极及其制备方法与应用。
技术介绍
1、家用制氧机、冰箱保鲜、空调产品等通过搭载制氧模块，可以将局部空间内的氧气浓度进行定量调节，以达到降低氧气浓度或升高氧气浓度的作用，从而实现产品保鲜或者向使用者提供高浓度氧气的目的。目前，通过变压吸附或者膜分离手段实现氧气浓度的调节已经实现了商业化应用。
2、随着技术的进步，通过化学手段，特别是电化学技术调节氧气由于具有高效、静音、结构简单等特点而获得了关注，通过复合质子交换膜，并采用贵金属氧还原催化剂制备的膜电极集合体能够可控的调节局部空间氧气浓度。但是现有技术大量的使用了贵金属催化剂，成本较高，市场推广难度高，同时生产工艺要求较高，制作难度较大。
3、同时，现有的空气电极制作过程中，一般通过加入以无机盐及金属粉末为主的造孔剂，但存在无机盐及金属粉颗粒大小分布不均且难以彻底去除的弊端。例如，日本专利jph10189005a和jp3613654b2分别公开了一种造孔剂的添加和去除方法，将zn烧结粉碎制成造孔剂，均匀分散到原料中，制成空气电极并加热干燥，然后将电极在稀硫酸中煮沸，使造孔剂溶出。由于无机盐、金属粉末的微粒大小分布不均匀，因此制作的空气电极微孔存在尺寸大小不一、分布不均匀等问题，从而影响空气电极的性能。另外，对生产工艺要求较高，制作难度较大，难以商业化应用。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供一种用于氧还原反应的膜电极及其制备方法与应用，该
2、为了实现本专利技术目的，具体采用如下技术方案：
3、一种用于氧还原反应的膜电极的制备方法，包括：
4、将第一防水透气膜、金属集流网、第二防水透气膜、催化膜依次层叠，通过热复合的方式连接在一起，然后经过烧结成型，即得；
5、其中，所述催化膜的制备方法包括以下步骤：
6、a1、将氧还原催化剂(粉末)、乙炔黑(粉末)、聚四氟乙烯混合均匀，将得到的混合物用对辊炼胶机进行压片；所述氧还原催化剂为活性炭或者活性炭载体催化剂；
7、a2、将所得压片对折一次得到折叠体，将所述折叠体继续用对辊炼胶机进行压片；
8、a3、重复步骤a2，直至所得压片的膜层达到2000层以上，即得(每对折压片一次，膜层数量翻倍)。
9、本专利技术提供的膜电极的制备方法，采用热复合的方式将已经成型的第一防水透气膜、金属集流网、第二防水透气膜、催化膜组装起来，可以实现快速批量生产，工艺简单。其中：
10、第一防水透气膜和第二防水透气膜主要用于密封液体电解质，阻绝电解质体相物质溢出电解槽，同时防水透气膜内含较高密度的透气孔道，使得电解槽外部空气可有效通过；此外，防水透气膜具有一定的导电性，能够及时将外部电路电子输送到催化膜，以开展氧还原反应；
11、所述金属集流网具有较高的导电子能力，其嵌入到两层防水透气膜中间，可以及时将外部电路的电子均匀的传导至防水透气膜，同时金属集流网具有一定密度的网孔，以供气体通过；
12、所述催化膜提供了气液固三相反应界面，由于氧还原反应涉及了气体、固体、液体三种状态的物质的同时反应，催化膜不仅能够被电解质有效润湿、还具有气体透过能力，同时，催化膜中的活性材料具有较高的电催化性能，能够有效降低氧还原反应的过电位。
13、本专利技术所述催化膜中，活性炭或者活性炭载体催化剂作为核心材料，乙炔黑作为导电剂，聚四氟乙烯作为粘结剂，通过将上述原料混合均匀后采用对辊炼胶机压膜，反复折叠炼胶制成催化膜，膜层达到2000层以上，能使膜片中各种成分更好的混合均匀，减少原料浪费，提高催化膜的可塑性和抗拉伸能力，使得膜电极具有较高的结构强度和氧还原性能。
14、本专利技术中，当所述氧还原催化剂为活性炭载体催化剂时，所述催化剂包括但不限于碳载银、碳载铂、碳载铱、碳载二氧化锰等。
15、本专利技术中，原料的混合方式包括但不限于机械搅拌、超声分散等。
16、本专利技术中，金属集流网为金属编织网或金属冲压网，所用金属材料为不锈钢、铜、镍、银或者钛。
17、本专利技术中，所述热复合的方式包括但不限于对辊热复合以及热压热复合，对辊热复合控制成型厚度，膜电极厚度为1～10mm，热压热复合控制压机压力3～10mpa。
18、作为优选，步骤a1中，氧还原催化剂、乙炔黑、聚四氟乙烯的质量比为20～30：15～25：45～65。
19、作为优选，步骤a1中，所述聚四氟乙烯以聚四氟乙烯乳液的形式添加(但计算原料质量比时是以纯的聚四氟乙烯为基准计算)，所述聚四氟乙烯乳液的溶剂为去离子水。
20、作为优选，步骤a3中，重复步骤a2，直至所得压片的膜层达到3500～5500层。
21、作为优选，所述第一防水透气膜和第二防水透气膜的制备方法各自独立地包括以下步骤：
22、b1、将活性炭、导电炭黑、聚四氟乙烯乳液混合均匀，将得到的混合物用对辊炼胶机进行压片；
23、b2、将所得压片对折一次得到折叠体，将所述折叠体继续用对辊炼胶机进行压片；
24、b3、重复步骤b2，直至所得压片的膜层达到2000层以上，即得(每对折压片一次，膜层数量翻倍)。
25、本专利技术所述防水透气膜中，活性炭作为催化剂载体，导电炭黑作为导电剂，聚四氟乙烯作为粘结剂，通过将上述原料混合均匀后采用对辊炼胶机压膜，反复折叠炼胶制成催化膜，膜层达到2000层以上，能使膜片中各种成分更好的混合均匀，减少原料浪费，提高防水透气膜的可塑性和抗拉伸能力，使得膜电极具有较高的结构强度。
26、作为优选，步骤b1中，活性炭、导电炭黑、聚四氟乙烯的质量比为20～30：15～25：45～65。
27、作为优选，步骤b1中，所述聚四氟乙烯以聚四氟乙烯乳液的形式添加(但计算原料质量比时是以纯的聚四氟乙烯为基准计算)，所述聚四氟乙烯乳液的溶剂为去离子水。
28、作为优选，步骤b3中，重复步骤b2，直至所得压片的膜层达到3500～5500层。
29、作为优选，所述金属集流网的网孔密度为3～20目。
30、作为优选，所述催化膜的厚度为0.2～0.6mm；
31、所述第一防水透气膜和第二防水透气膜的厚度各自独立地为0.5～2mm；
32、当所述金属集流网为金属编织网时，金属编织网的金属丝丝径(相当于金属编织网的厚度)为0.1～0.5mm；当所述金属集流网为金属冲压网时，金属冲压网的网板厚度0.1～1mm，金属集流网使得膜电极具有较好的自支撑性，方便嵌件注塑，同时经济实惠且具有较好的导电性和耐腐蚀性。
33、作为优选，所述膜电极的一端，第一防水透气膜的一端、第二防水透气膜的一端和催化本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于氧还原反应的膜电极的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的膜电极的制备方法，其特征在于，步骤A1中，氧还原催化剂、乙炔黑、聚四氟乙烯的质量比为20～30：15～25：45～65。
3.根据权利要求1所述的膜电极的制备方法，其特征在于，步骤A3中，重复步骤A2，直至所得压片的膜层达到3500～5500层。
4.根据权利要求1-3任一项所述的膜电极的制备方法，其特征在于，所述第一防水透气膜和第二防水透气膜的制备方法各自独立地包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的膜电极的制备方法，其特征在于，步骤B1中，活性炭、导电炭黑、聚四氟乙烯的质量比为20～30：15～25：45～65。
6.根据权利要求4所述的膜电极的制备方法，其特征在于，步骤B3中，重复步骤B2，直至所得压片的膜层达到3500～5500层。
7.根据权利要求1-3任一项所述的膜电极的制备方法，其特征在于，所述催化膜的厚度为0.2～0.6mm；
8.根据权利要求1-3任一项所述的膜电极的制备方法，其特征在于，所述烧
9.一种用于氧还原反应的膜电极，其特征在于，通过权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到。
10.权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到的膜电极或权利要求9所述的膜电极在局部空间的氧气浓度定量调节中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种用于氧还原反应的膜电极的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的膜电极的制备方法，其特征在于，步骤a1中，氧还原催化剂、乙炔黑、聚四氟乙烯的质量比为20～30：15～25：45～65。
3.根据权利要求1所述的膜电极的制备方法，其特征在于，步骤a3中，重复步骤a2，直至所得压片的膜层达到3500～5500层。
4.根据权利要求1-3任一项所述的膜电极的制备方法，其特征在于，所述第一防水透气膜和第二防水透气膜的制备方法各自独立地包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的膜电极的制备方法，其特征在于，步骤b1中，活性炭、导电炭黑、聚四氟乙烯的质量比为20～30：...
【专利技术属性】
技术研发人员：张华成，陈发旺，王力，齐宇，
申请(专利权)人：邯郸派瑞电器有限公司，
类型：发明
国别省市：
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