[发明专利]一种用于水电解制氢的催化剂浆料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种用于水电解制氢的催化剂浆料及其制备方法，属于氢能技术领域。本发明提供的用于水电解制氢的催化剂浆料，利于氧化物催化剂的分散，并降低可燃性。浆料以铱、铂等为催化剂组分、含氟树脂为粘结剂、去离子水为溶剂、非离子表面活性剂为分散剂；通过控制粘结剂和分散剂比例，获得了均匀分散的催化剂浆料。将本发明的催化剂浆料喷涂为催化层之后，通过三维分析仪，测试催化层表面的粗糙度。进一步的，将催化层与质子交换膜热压复合，制备水电解膜电极装配体。将膜电极置于水电解测试装置中，测试水电解极化曲线。结果表明，水性浆料喷涂的催化层表面粗糙度在1～2μm，水电解制氢的电压在1.9～2.0V@2A/cm²。

技术领域

本发明属于氢能技术领域，具体涉及一种用于水电解制氢的催化剂浆料及其制备方法。

背景技术

水电解制氢技术是一种绿色清洁的能源转换方式，可将风光等波动性能源转换为氢气存储，其中，基于质子交换膜水电解制氢装置是一种常用的形式，催化剂浆料涂覆是制备水电解制氢装置的一个技术环节。

催化剂浆料涂覆的具体过程是将催化剂与粘结剂充分混合，再由溶剂将混合物分散，通过喷涂或刮涂等方式，将催化剂和粘结剂涂覆在基底膜上，形成催化层，用于后续的工艺环节。

催化剂浆料制备方法主要指浆料各部分的种类、配比和混合方法。如公布号为CN114050277A的中国专利公开了一种用于燃料电池的铂碳催化剂的制备方法，该方法同属氢能技术领域，使用乙醇、异丙醇等作为溶剂。但是，水电解装置中的氧化铱催化剂在醇类溶剂中不易分散，而且醇类溶剂容易造成污染和燃烧等问题。

发明内容

本发明要解决现有技术中的技术问题，提供一种用于水电解制氢的催化剂浆料及其制备方法。本发明的催化剂浆料是基于铂基、铱基催化剂的分散浆料，氧化物类催化剂可快速有效分散、纯水溶剂不存在易燃问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

本发明提供一种用于水电解制氢的催化剂浆料，包括：催化剂组分、粘结剂组分、分散剂组分和溶剂；

所述溶剂与所述分散剂组分的质量配比为1:0.001～1:0.005；

所述溶剂与所述催化剂组分的质量配比为1:0.005～1:0.01；

所述催化剂组分与所述粘结剂组分的质量配比为1:0.25～1:1；

所述催化剂组分为铂碳催化剂、氧化铱催化剂和铱催化剂中的一种或多种；

所述粘结剂组分为含氟树脂；

所述分散剂组分为非离子型表面活性剂；

所述溶剂为去离子水。

在上述技术方案中，所述粘结剂组分为全氟磺酸树脂(商品名杜邦公司Nafion)、聚四氟乙烯和聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物中的一种或多种。

在上述技术方案中，所述分散剂组分为聚乙二醇辛基苯基醚(商品名曲拉通Triton X-100)。

本发明还提供一种用于水电解制氢的催化剂浆料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将溶剂和分散剂组分按照质量配比1:0.001～1:0.005混合，得到混合液A，将混合液A在室温下搅拌均匀；

步骤2、将混合液A与催化剂组分混合，按照溶剂与催化剂组分质量配比1:0.005～1:0.01混合，得到悬浊液B，将悬浊液B在室温下超声；

步骤3、将悬浊液B与粘结剂组分混合，按照催化剂组分与粘结剂组分质量比为1:0.25～1:1混合，在室温下搅拌均匀，得到催化剂浆料。

在上述技术方案中，步骤1中室温下搅拌的时间为2小时。