专利名称：一种纯水电解离子膜电极的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电解水制氢技术领域，特别涉及一种纯水电解离子膜电极。
背景技术：
随着世界化石能源的供应危机加剧以及各国对于环境保护要求越来越高，开发新型清洁能源、高效利用能源成为世界各国政府和企业研发机构的研究热点。氢能作为一种清洁、高效能源载体，被寄予厚望，而电解碱液制氢技术比较成熟，曾经是世界各国大型制氢设备的主流技术，但是其电解质溶液容易发生流失、腐蚀，使用的石棉隔膜会污染环境， 随着世界各国对环境保护的呼声日益增多，西方国家已经淘汰该技术。而固体聚合物电解技术(Solid Polymer Electrolyte, SPE)，由于具有环境友好、制备氢气纯度高、能量效率高等优点，成为研究热点。纯水电解的核心部件是由固体聚合物电解离子膜和催化层组成的膜电极，具体说是通过物理或化学方法在离子膜的两侧加设阴阳极催化剂层。纯水电解的特殊环境要求制备的膜电极的催化层与离子膜结合紧密、催化剂在膜表面分布均勻，从而达到降低能耗、提高能量转化率并提高寿命的目的。目前制备膜电极的方法主要有热压法、电化学沉积法、化学沉积法、浸渍还原法和真空溅射法。采用热压法制备的膜电极会造成离子膜的起皱和催化层涂覆不均勻，影响电解效率和使用寿命，专利号为200710151086. 8，名称为“用于电解水的质子交换膜电极制备方法”的中国专利公开了一种用于电解水的质子交换膜电极，它是通过将质子交换膜吸附在真空加热板上，再将催化剂涂覆在质子交换膜两面的方法制成，但这样制作方法极易造成膜电极的污染。
发明内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种电解效率高、使用寿命长、生产成本低的纯水电解离子膜电极。为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为一种纯水电解离子膜电极，包括离子膜以及在离子膜两侧加设的阴极催化剂层和阳极催化剂层，所述阴极催化剂层和阳极催化剂层通过转印法印制在所述离子膜两侧。作为改进，所述阴极催化剂层和阳极催化剂层外表面设有保护膜。作为进一步改进，所述保护膜为Nafion膜。 优选的，所述Nafion膜厚度为0. 7-1. 2 μ m。 进一步优选的，所述Nafion膜厚度为l.Oym。[0013]作为改进，所述阴极催化剂层和阳极催化剂层的有效面积均为20cm2-30 cm2。作为改进，所述阴极催化剂层和阳极催化剂层的厚度均为0. 5-1 μ m。作为进一步改进，所述的纯水电解离子膜电极，其特征在于所述阴极催化剂层和阳极催化剂层的厚度均为0. 68 μ m。本实用新型是通过转印法将阴极催化剂层和阳极催化剂层印制在离子膜两侧以获得纯水电解离子膜电极。本实用新型和传统热压法制备的膜电极相比，本实用新型改善离子膜的表面结构，避免了采用热压法制备膜电极造成离子膜的起皱和催化层涂覆不均勻的问题，增加了离子膜和催化层的结合牢固程度，达到降低能耗(电解电压2. 0-2. 5V、电解电流30A以上)、电解效率的目的。另外，转印法能够在保证离子膜和催化剂层的结合牢固程度的前提下，减少对离子膜的直接损伤，从而延长膜电极的使用寿命，降低生产成本。以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
作进一步详细的说明
图1为本实用新型一种实施例的结构示意图。图2为本实用新型另一种实施例的结构示意图。图中1离子膜，2阴极催化剂层，3阳极催化剂层，4 Nafion膜。
具体实施方式
实施例1如
图1所示，一种纯水电解离子膜电极包括离子膜1以及在离子膜1两侧加设的阴极催化剂层2和阳极催化剂层3。阴极催化剂层2和阳极催化剂层3通过转印法印制在离子膜1两侧。阴极催化剂层2和阳极催化剂层3的有效面积为20cm2-30 cm2、厚度为 0. 5-1 μ m,优选的厚度为0. 68 μ m。将上述的膜电极安装于电解槽内，膜电极的电解效率为72%_80%，使用寿命为 11000h-12000h,成本是1. 4元/cm2-1. 5元/cm2。而采用常规的热压法制备的膜电极，在单位面积阴极催化剂或阳极催化剂的重量相同的情况下，安装于电解槽内，膜电极的电解效率为60%，使用寿命为8000h，成本是2元/cm2。实施例2如图2所示，一种纯水电解离子膜电极包括离子膜1以及在离子膜1两侧加设的阴极催化剂层2和阳极催化剂层3。阴极催化剂层2和阳极催化剂层3通过转印法印制在离子膜1两侧。阴极催化剂层2和阳极催化剂层3外表面设有Nafion膜4。阴极催化剂层 2和阳极催化剂层3的有效面积为20cm2-30 cm2、厚度为0. 5-1 μ m，优选的厚度为0. 68 μ m。 Nafion膜4厚度为0. 7-1. 2 μ m,优选的厚度为LOym0本实施例与实施例1相比，在阴极催化剂层2和阳极催化剂层3外表面增设有 Nafion膜4，这种结构增加膜电极的使用寿命。需要说明的是，本实用新型的保护范围并不仅限于所举实施例，本领域的技术人员可在了解本专利的精神与原则后对其进行变更或修改而达到等效目的，而此等效变更和修改，皆应涵盖于权利要求范围所界定范畴内。
权利要求1.一种纯水电解离子膜电极，包括离子膜以及在离子膜两侧加设的阴极催化剂层和阳极催化剂层，其特征在于所述阴极催化剂层和阳极催化剂层通过转印法印制在所述离子膜两侧。
2.根据权利要求1所述的纯水电解离子膜电极，其特征在于所述阴极催化剂层和阳极催化剂层外表面设有保护膜。
3.根据权利要求2所述的纯水电解离子膜电极，其特征在于所述保护膜为Nafion膜。
4.根据权利要求3所述的纯水电解离子膜电极，其特征在于所述Nafion膜厚度为0.7-1. 2μπι。
5.根据权利要求4所述的纯水电解离子膜电极，其特征在于所述Nafion膜厚度为1.O μ m。
6.根据权利要求1所述的纯水电解离子膜电极，其特征在于所述阴极催化剂层和阳极催化剂层的有效面积均为20cm2-30 cm2。
7.根据权利要求1所述的纯水电解离子膜电极，其特征在于所述阴极催化剂层和阳极催化剂层的厚度均为0. 5-1 μ m。
8.根据权利要求7所述的纯水电解离子膜电极，其特征在于所述阴极催化剂层和阳极催化剂层的厚度均为0. 68 μ m。
专利摘要本实用新型公开了一种电解效率高、使用寿命长、生产成本低的纯水电解离子膜电极，包括离子膜以及在离子膜两侧加设的阴极催化剂层和阳极催化剂层，所述阴极催化剂层和阳极催化剂层通过转印法印制在所述离子膜两侧。所述阴极催化剂层和阳极催化剂层外表面设有保护膜。所述保护膜为Nafion膜。所述Nafion膜厚度为0.7-1.2μm。所述Nafion膜厚度为1.0μm。所述阴极催化剂层和阳极催化剂层的有效面积均为20cm2-30cm2。所述阴极催化剂层和阳极催化剂层的厚度均为0.5-1μm。所述的纯水电解离子膜电极，其特征在于所述阴极催化剂层和阳极催化剂层的厚度均为0.68μm。
文档编号C25B11/02GK202323046SQ20112043508
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月7日 优先权日2011年7月21日
发明者丁孝涛, 吴修让, 李家喜, 杨希昌, 王寿荣 申请人:山东赛克赛斯氢能源有限公司