[发明专利]一种高传质PEM水电解用膜电极批量制备方法

权利要求书

1.一种PEM水电解CCM的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)配置浆料：所述浆料包括催化剂浆料I、催化剂浆料II、粘结剂浆料、功能纳米粒子浆料；所述粘结剂浆料的溶质为短侧链全氟磺酸树脂，所述短侧链全氟磺酸树脂的侧链分子结构为-OCF₂CF₂SO₃H、-OCF₂CF₂CF₂SO₃H、-OCF₂SO₃H；所述功能纳米粒子为纳米级磷酸化二氧化铈、磺酸化二氧化铈、磺酸化二氧化锰中的一种或多种；

(2)将催化剂浆料I、粘结剂浆料、功能纳米粒子浆料分开上料同时在质子交换膜正面喷涂，烘干后完成对质子交换膜正面的喷涂上料；

(3)将催化剂浆料II、粘结剂浆料、功能纳米粒子浆料分开上料同时在质子交换膜背面喷涂，烘干后得到CCM。

2.根据权利要求1所述的一种PEM水电解CCM的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，催化剂浆料I配置方式为：将催化剂I加入醇类溶剂中，室温超声搅拌后得到催化剂浆料I；催化剂浆料II配置方式为：将催化剂II加入醇类溶剂中，室温超声搅拌后得到催化剂浆料II；催化剂浆料I和催化剂浆料II中，醇类溶剂各自独立地选择乙醇、正丙醇、异丙醇、甲醇、正丁醇中的一种或多种，室温超声搅拌时间均为1-10小时。

3.根据权利要求1所述的一种PEM水电解CCM的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，催化剂浆料I中的催化剂为铂基催化剂，所述铂基催化剂包括Pt/C、Pt黑、Pt纳米粉末一种或多种的混合物，催化剂浆料II中的催化剂为铱基催化剂，所述铱基催化剂包括铱/C、铱黑、铱纳米粉末的一种或多种的混合物；催化剂浆料I和催化剂浆料II中的固含量均为0.1-5wt.％，催化剂担载量均为10-100wt.％。

4.根据权利要求1所述的一种PEM水电解CCM的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，粘结剂浆料配置方式为：将短侧链全氟磺酸树脂溶液加入溶剂中稀释分散、室温超声搅拌后得到粘结剂浆料；粘结剂浆料的浓度为0.5-15wt％，溶剂为去离子水或醇水混合物，所用的短侧链全氟磺酸树脂溶液的质量浓度为20％，其中，短侧链全氟磺酸树脂以纳米分散颗粒的形式存在，所述纳米分散颗粒的粒径为20-200nm。

5.根据权利要求1所述的一种PEM水电解CCM的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，功能纳米粒子浆料的配置方式为；将所述功能纳米粒子加入溶剂中分散、室温超声搅拌后得到功能纳米粒子浆料，所述功能纳米粒子的粒径为1-10nm，功能纳米粒子浆料的浓度为0.1-3wt.％，所述溶剂为去 离子水、乙醇、异丙醇、正丁醇的一种或多种。

6.根据权利要求3所述的一种PEM水电解CCM的制备方法，其特征在于：CCM各组分担量分别为：铂基催化剂0.3-1.2mg/cm²，铱基催化剂0.5-1.5mg/cm²，短侧链全氟磺酸树脂0.2-0.8mg/cm²，功能纳米粒子0.05-0.3mg/cm²。

7.根据权利要求1所述的一种PEM水电解CCM的制备方法，其特征在于：

步骤(2)和(3)中，喷涂任一浆料期间，质子交换膜始终处于被加热状态；质子交换膜的加热温度为50-100℃，通过吸附式加热台进行加热，吸附式加热台的真空度为-0.04至-0.2MPa；喷头的喷涂方式均为线性喷涂，喷涂间隙为0.5-5cm，喷涂速度为100-400mm/s，喷头的超声频率为48-80Hz；

步骤(2)中，各浆料的喷涂流量分别为：催化剂浆料I为0.5-20mL/min、粘结剂浆料为1-10mL/min、功能纳米粒子浆料为0.2-5mL/min；喷涂次数为重复1-10次；

步骤(3)中，各浆料的喷涂流量分别为：催化剂浆料II为0.5-15mL/min、粘结剂浆料为1-10mL/min、功能纳米粒子浆料为0.2-5mL/min；喷涂次数为重复1-10次。