【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于pem制氢膜电极领域，具体地，本专利技术涉及一种离聚物结构连续递变的pem制氢膜电极及其制备方法。
技术介绍
1、质子交换膜电解水制氢(pem制氢)技术具有对绿电波动适应性好，电解效率高，响应速度快，氢氧互渗率低等优点，是极具潜力的水电解制氢技术，但pem制氢的成本和稳定性仍然是限制其大规模商业化的关键问题，降低电解能耗，提升电化学性能是目前亟待解决的问题。膜电极(mea)是pem制氢设备的关键部件，直接关系到电解设备的制氢效率和制氢成本。膜电极的欧姆极化、活化极化、传质极化三项极化指标对整个电解槽的电解效率至关重要，极化越高则电解过电位越高，能耗越高，越不利于制氢效率和成本。因此，要提高电解槽的电解性能，需要降低三项极化指标。膜电极催化层的导电性不仅直接关乎欧姆极化，还影响到活化极化，其结构设计需要同时考虑提升催化剂利用率，降低欧姆阻抗，以及增强传质等问题。
2、成本和稳定性仍然是限制pemwe大规模商业化的关键问题，需要进一步优化电化学反应三相界面结构，降低电解能耗，提升电化学性能，降低昂贵催化剂载量，目前采取的主要方法是制备高性能催化剂或者通过优化膜电极(mea)催化层(cl)设计，提高催化剂有效利用率，目前大部分三电极体系中性能优异的催化剂在mea中却未呈现出等效的性能提升。优化mea阳极催化层结构以充分利用现有催化剂性能，是实现提升水电解性能及降低催化剂载量简单有效的方法。
3、专利申请us20120121994a1公开了一种膜电极组件，在膜的近边界层中嵌入一层电催化剂颗粒以获得膜
4、专利申请cn117535710a公开了一种pem电解槽膜电极，其通过在制备过程中使用具有凸出形状的压辊来对催化层进行辊压，控制压辊凸出的深度<5um，宽度<50um，间距<50um，最终获得的阴极催化层和阳极催化层具有凸出的均匀形状，提高阴极催化层和阳极催化层的接触活性面积，然而该专利申请并未关注催化层的催化活性。
5、专利申请cn111740122a公开一种有序化膜电极，利用电化学沉积的外场推动力，使得活性组分在气体扩散层表面发生氧化还原反应，使得催化剂原位生长在气体扩散层表面，得到具有三维多级结构的催化层，三维多级结构的催化层具有较高的活性面积，该专利申请对于催化层的欧姆极化特性提升有限。
6、专利cn106684395b公开了一种具有梯度孔隙率的阴极催化层及其制备方法，在铂担载量不变的前提下，通过催化剂浆料成分的控制及喷涂过程铂担载量的梯度变化控制，优化催化层孔结构，从质子交换膜侧到气体扩散层侧，催化层孔隙率逐渐增大，这种孔隙率梯度结构的催化层，在兼顾质子传导能力的同时，扩大了气/固/液三相界面。该专利在催化层中存在梯度孔隙率结构，但对于膜电极的极化特性提升有限。
7、由此可见，目前已有多项关于膜电极方面的专利，但这些专利主要集中在提高膜电极水气传输特性或提高活性面积，也存在少量的孔隙率梯度结构，较少关注膜电极极化特性的提升。
技术实现思路
1、基于此，本专利技术在于克服现有技术的至少一种缺陷，提供一种离聚物结构连续递变的pem制氢膜电极及其制备方法。
2、第一方面，本专利技术涉及一种pem制氢膜电极，所述膜电极包括质子交换膜和催化层，所述催化层包括催化剂和离聚物，从近膜侧至远膜侧，离聚物含量在催化层中连续递减。
3、第二方面，本专利技术涉及一种pem制氢膜电极的制备方法，在质子交换膜上面涂覆催化剂层，其中在所述涂覆过程中通过控制干燥温度以调控离聚物的流动性，使离聚物在干燥过程中形成合适距离的自然下沉。
4、由此，本专利技术的有益效果在于：本专利技术所述的pem制氢膜电极通过离聚物含量从远膜侧向近膜侧方向上连续变高，构建高效的质子传导通道，在近膜侧方向上质子的传导密度连续增大，同时在远膜侧方向上电子的传导密度连续增大，既充分提高质子传导的同时，又最大限度地降低了离聚物对电子传导的负面影响，整体降低了质子和电子传导引起的欧姆过电位，提高了电解性能，降低了能耗。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种PEM制氢膜电极，其特征在于，所述膜电极包括质子交换膜和催化层，所述催化层包括催化剂和离聚物，从近膜侧至远膜侧，离聚物含量在催化层中连续递减。
2.根据权利要求1所述的PEM制氢膜电极，其特征在于，所述连续递减为非分层梯度的连续递减结构。
3.根据权利要求2所述的PEM制氢膜电极，其特征在于，所述离聚物与所述催化剂质量比为0.05％-20％。
4.根据权利要求1-3任一项所述的PEM制氢膜电极，其特征在于，所述的离聚物为具有质子传输能力的聚合物。
5.根据权利要求1-3任一项所述的PEM制氢膜电极，其特征在于，所述离聚物为全氟磺酸类聚合物、全氟羧酸类聚合物或聚苯乙烯磺酸盐类聚合物中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的PEM制氢膜电极，其特征在于，所述的全氟磺酸类聚合物为式1、式2、式3或式4中的一种或两种以上，所述聚苯乙烯磺酸盐为式5的聚苯乙烯磺酸钠，
7.一种PEM制氢膜电极的制备方法，其特征在于，所述膜电极包括质子交换膜和催化层，所述催化层包括催化剂和离聚物，从近膜侧至远膜侧，离聚物含量在催化
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在所述涂覆过程中涂覆温度程序化降低；和/或，所述涂覆温度范围为130℃-20℃。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，和/或，所述涂覆为喷涂、刮涂、狭缝涂布、卷对卷涂布或微凹涂布中的至少一种。
10.根据权利要求7所述的PEM制氢膜电极的制备方法，其特征在于，涂覆所用浆料中，离聚物的添加量按照离聚物干重与催化剂质量比确定，离聚物干重与催化剂质量比为0.05％-20％。
...【技术特征摘要】
1.一种pem制氢膜电极，其特征在于，所述膜电极包括质子交换膜和催化层，所述催化层包括催化剂和离聚物，从近膜侧至远膜侧，离聚物含量在催化层中连续递减。
2.根据权利要求1所述的pem制氢膜电极，其特征在于，所述连续递减为非分层梯度的连续递减结构。
3.根据权利要求2所述的pem制氢膜电极，其特征在于，所述离聚物与所述催化剂质量比为0.05％-20％。
4.根据权利要求1-3任一项所述的pem制氢膜电极，其特征在于，所述的离聚物为具有质子传输能力的聚合物。
5.根据权利要求1-3任一项所述的pem制氢膜电极，其特征在于，所述离聚物为全氟磺酸类聚合物、全氟羧酸类聚合物或聚苯乙烯磺酸盐类聚合物中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的pem制氢膜电极，其特征在于，所述的全氟...
【专利技术属性】
技术研发人员：邓占锋，宋小云，叶青，刘海，赵圣豪，金天旭，王元男，
申请(专利权)人：北京智慧能源研究院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。