本發(fā)明公開了一種靜電紡絲法制備PEM電解水制氫用膜電極的方法。具體公開了采用靜電紡絲法將催化劑漿料均勻地紡制在膜電極底膜上，紡制出的催化劑層蓬松多孔，為反應(yīng)物水順利地傳遞到催化劑顆粒的反應(yīng)位點(diǎn)處提供通道，從而大幅提高膜電極的性能；紡制的催化劑層中含有大量的?OH、?NH₂等基團(tuán)，這些基團(tuán)形成的親水區(qū)域可加速質(zhì)子的傳導(dǎo)，提高膜電極的性能；本發(fā)明采用靜電紡絲法制備PEM電解水制氫用膜電極的工藝線路簡單，原料便宜易得，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，該技術(shù)是未來PEM電解水制氫用膜電極的發(fā)展方向。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及膜電極制備領(lǐng)域，特別涉及一種靜電紡絲法制備PEM電解水制氫用膜電極的方法。

背景技術(shù)

隨著社會的發(fā)展，能源危機(jī)已經(jīng)成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)。因此當(dāng)務(wù)之急是發(fā)展一種新型的能源，但由于風(fēng)能、太陽能和核能的運(yùn)輸和儲存非常不易，需要尋找一種可再生、環(huán)境友好的新型能源，氫能由于效率高、無污染和可簡單制取等特點(diǎn)被認(rèn)為是將來最理想、最有潛力的能源載體。氫的制備方法有甲醇分解制取氫、氨分解制氫、生物制氫、太陽能制氫、化石燃料制氫和電解水制氫。其中，電解水制氫由于簡單、污染小、效率高等優(yōu)點(diǎn)成為研究的重點(diǎn)。

電解水制氫的技術(shù)發(fā)展至今，產(chǎn)生了3種不同類型的電解槽：堿性電解槽、固體聚合物電解槽和固體氧化物電解槽。其中，固體聚合物電解槽（PEM）以其高效、無污染、安全等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為各國科學(xué)家研究的重點(diǎn)。

PEM主要是由集流板、墊片和膜電極組成。膜電極是PEM水電解槽的核心部件，是PEM水電解槽發(fā)生反應(yīng)的場所。其通常是通過將陰、陽極催化劑涂覆在質(zhì)子交換膜兩側(cè)而制得。而由催化劑形成的催化層是PEM水電解槽膜電極中發(fā)生反應(yīng)的真正場所，即電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在催化劑表面。因此，研究膜電極的制備方法，特別是催化劑漿料如何合理地負(fù)載到質(zhì)子交換膜上，將直接影響最終膜電極的性能。

傳統(tǒng)地催化層制備方法有噴涂法、卷對卷涂覆法、轉(zhuǎn)印法。噴涂法是利用噴槍的高壓將液體催化劑漿料打散成霧狀之后噴涂在質(zhì)子交換膜上。具有噴涂的液量易于控制，重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，但其產(chǎn)量低，成本高。卷對卷涂覆法可通過大幅度提高產(chǎn)量來降低膜電極的生產(chǎn)成本，還可在其生產(chǎn)線上配備連續(xù)質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，節(jié)省離線質(zhì)量檢測所需的時(shí)間和成本。但采用該種方法涂覆時(shí)，質(zhì)子交換膜會發(fā)生一定程度的溶脹，可能對張力和卷筒控制帶來一定的挑戰(zhàn)。轉(zhuǎn)印法是將催化劑漿料置于襯底之上，然后通過熱壓將催化劑從襯底轉(zhuǎn)移到質(zhì)子交換膜上。使用該法制備的膜電極能夠使得催化層與質(zhì)子交換膜接觸更加緊密，降低接觸電阻；且由于轉(zhuǎn)印過程中需要一定的機(jī)械壓力，使得層與層相對變得更薄，降低氣體和液體在催化層中的傳質(zhì)阻力等。但是該法需要借助轉(zhuǎn)印襯底，增加了膜電極的制備成本。

靜電紡絲法是一種操作簡便、可以一步成型，能夠直接、連續(xù)地制備比表面積大、均一性好并且粗細(xì)可調(diào)節(jié)的納米纖維的加工工藝。其可以通過納米纖維的粗細(xì)來調(diào)控纖維間的孔隙達(dá)到應(yīng)用要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有膜電極制備技術(shù)的不足，提供一種靜電紡絲法制備PEM電解水制氫用膜電極的方法，該方法對設(shè)備要求低，工藝簡單，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的一種靜電紡絲法制備PEM電解水制氫用膜電極的方法，包括以下步驟：

S1 制備陰極催化劑漿料：將鉑含量為20%～60% Pt/C粉末與溶劑混合，在超聲下分散均勻成溶液；向該溶液中加入助紡劑，并在超聲下分散均勻而制得陰極催化劑漿料；

S2制備陽極催化劑漿料：將二氧化銥粉末或二氧化銥/炭黑混合物與溶劑混合，在超聲下分散均勻成溶液；向該溶液中加入助紡劑，并在超聲下分散均勻而制得陽極催化劑漿料；

S3 將商業(yè)Nafion膜或質(zhì)子交換膜預(yù)處理制得膜電極的底膜，并將所述底膜平整地固定在靜電紡絲裝置的收集板上；

S4 將所述陰極催化劑漿料吸入注射器針管后安裝在靜電紡絲裝置上；開啟靜電紡絲裝置電源，將所述陰極催化劑漿料均勻地紡制在所述底膜上；