一种SPE膜电极的制作方法

本实用新型涉及SPE电解水制氢领域，特别涉及一种SPE膜电极。

背景技术：

氢能是未来最理想的能源。电解水制氢有着广泛的发展前景，SPE电解水制氢，即Solid Polymer Electrolyte电解水制氢，全称为固体聚合物电解质电解水制氢技术，该技术的核心是固体聚合物电解质电解池，如附图4所示，SPE电解池一般由包括膜电极100、双极板200、端板300和密封垫400等组成，膜电极100的左右两侧均设置有双极板200，膜电极100与双极板200通过紧固件等方式固定连接，其中，膜电极100是SPE电解池的核心部件之一，决定着SPE电解池的性能。

膜电极100就是在固体聚合物电解质膜两侧嵌入活性电极，使膜与电极成为一个整体，水的电化学反应就在其中进行，相当于隔膜和电极的作用。固体聚合物电解质膜，通常是质子交换膜，其全称为全氟磺酸质子交换膜，是一种坚韧、柔软的全氟化磺酸基聚合物薄片，对氢离子有高导通性；活性电极即固体催化剂，一般为铂系金属及其氧化物，且质子交换膜的相对面上分别嵌入阴极氧化剂和阳极氧化剂，阴极氧化剂和阳极氧化剂的成分不同。膜电极100的典型结构如图5所示，包括质子交换膜10，催化剂20；催化剂20被制作调配成悬浊液，通过机械手等设备直接喷涂在质子交换膜中部，催化剂20所在区域形成催化有效区11、质子交换膜10上未覆盖催化剂的区域形成留白区12，留白区12的外周形状和大小与双极板200相适应，外周向内延伸，使留白区12具有一定的宽度，从而在其上布置紧固件，与双极板200进行连接。如上所述的膜电极100只有质子交换膜的中间部分成为有效催化区，有效催化区外大片留白仅仅为了与双极板进行连接，质子交换膜的利用率较低，用量大，膜电极生产效率低，产量低，严重制约了SPE电解池的整体产出效率，成为SPE电解池制作的一大痛点和瓶颈。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种SPE电解水技术膜电极，能够克服现有技术的不足之处，不仅显著提高质子交换膜利用率，减少质子交换膜的使用量，也降低了膜电极成本，并保证并提高了膜电极与双极板的连接强度。

本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种SPE膜电极，安装于包括有所述膜电极、双极板、端板、密封垫的SPE电解池内，所述膜电极包括质子交换膜，嵌入所述质子交换膜的催化剂，包围所述质子交换膜外表边缘并负责与所述双极板连接的聚酯边框。

质子交换膜在外侧边缘仅留白很窄一部分，用于与聚酯边框的结合，使得质子交换膜的绝大部分面积都用于嵌入催化剂，单个膜电极中质子交换膜的使用面积大大减小，利用率大大提高，而将膜电极与双极板的连接任务交给更廉价，硬度更高的聚酯边框，而不是在昂贵的质子交换膜上留出大片区域用于机械连接，从而在保证催化剂有效面积相同的情况下大大降低了膜电极的制作成本，并且连接强度更高。

作为优选，所述质子交换膜包括用于嵌入所述催化剂的上料区，位于所述上料区边缘的用于与所述聚酯边框进行连接的未上料区。

上料区用于嵌入催化剂，作为催化有效区域，未上料区未嵌入催化剂，作为留白用于与聚酯边框结合，结合方式可以是热压。

作为优选，所述聚酯边框包括边缘与所述双极板的形状和尺寸相适应的聚酯边框基体，开于所述聚酯边框基体中部的用于放置所述质子交换膜的内框，开于所述内框中部的用于使所述催化剂裸露在外的通腔。

内框的深度与所述未上料区的厚度的一半相适应，使两片聚酯边框贴合在一起后的内框形成完整的适应未上料区厚度容纳区域，内框中未开所述通腔的区域用于与未上料区进行物理接触，其宽度与未上料区的形状、大小一致。

作为优选，所述聚酯边框的数量为两个，两片所述聚酯边框镜像对称的贴合在一起，并将所述质子交换膜容纳在内。

两片酯边框贴合在一起时，各自的内框也相互接合形成容纳完整质子交换膜的空间。

作为优选，所述催化剂外表面与所述质子交换膜中心的距离小于贴合在一起后的相同侧的所述聚酯边框的外表面与所述质子交换膜中心的距离。

由此，在聚酯边框与质子交换膜结合后，膜电极最厚的地方是聚酯边框区域，催化有效区域的表面在聚酯边框内，从而，在进行后期处理，包装，部件安装的时候更好的保护催化有效区域的表面。

作为优选，所述质子交换膜与所述聚酯边框的结合部分的宽度为5mm。

使质子交换膜中的留白部分远远小于现有技术中用于连接双极板的留白部分，大大提高质子交换膜利用率。

作为优选，所述聚酯边框的端面高出所述催化剂的高度为0.05mm。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：

一种SPE膜电极，将嵌入有催化剂的质子交换膜通过聚酯边框进行封边连接，即使用聚酯边框代替现有技术中大片的质子交换膜上的留白区域，来连接电解池中的双极板，聚酯边框强度大，价格低，质子交换膜上的留白部分极大的缩小，在保证膜电极整体尺寸和原有催化有效面积的前提下，大大减小了单块膜电极中价格昂贵的质子交换膜的用量，显著提高了质子交换膜的利用率，并且使膜电极与双极板的连接更坚固牢靠，从而大大降低了膜电极的生产成本。

附图说明

图1为本实用新型SPE膜电极的结构示意图；

图2为本实用新型质子交换膜的结构示意图；

图3为聚酯边框的结构示意图；

图4为电解池的结构示意图；

图5为现有技术中膜电极的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及优选的方案对本实用新型做进一步详细的说明。

本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。

实施例1：如图1-3所示，一种SPE膜电极，安装于包括有膜电极100、双极板200、端板300、密封垫400的SPE电解池内，膜电极100包括质子交换膜10，嵌入质子交换膜10的催化剂20，包围质子交换膜10外表边缘并负责与双极板200连接的聚酯边框30。

质子交换膜10包括用于嵌入催化剂20的上料区13，位于上料区13边缘的用于与聚酯边框30进行连接的未上料区14。

聚酯边框30包括边缘与双极板200的形状和尺寸相适应的聚酯边框基体31，开于聚酯边框基体31中部的用于放置质子交换膜10的内框32，开于内框32中部的用于使催化剂20裸露在外的通腔33。

聚酯边框30的数量为两个，两片聚酯边框30镜像对称的贴合在一起，并将质子交换膜10容纳在内。

催化剂20外表面与质子交换膜10中心的距离小于贴合在一起后的相同侧的聚酯边框30的外表面与质子交换膜10中心的距离。

所述质子交换膜与所述聚酯边框的结合部分的宽度为5mm。

所述聚酯边框的端面高出所述催化剂的高度为0.05mm。