[发明专利]一种阳极催化层

说明书

为克服现有技术中PEM电解水阳极催化层的成本过高的问题，本发明提供了一种阳极催化层，包括阳极催化剂和离子树脂，所述阳极催化剂包括有载非晶态氧化铱和晶态金红石相氧化铱，所述有载非晶态氧化铱和所述晶态金红石相氧化铱与所述离子树脂混合形成阳极催化层。本发明提供的阳极催化层在所述有载非晶态氧化铱的基础上引入一定量晶态金红石相无载氧化铱共同形成阳极催化剂，通过晶态金红石相无载氧化铱的高电导率以及其达到一定比例后构建的相互连接的导通网络结构，有效促进了有载非晶态氧化铱催化反应的电子传输，进而激活有载非晶态氧化铱的高催化效应，提高了催化效率，降低了PEM电解水的成本。

技术领域

本发明属于质子交换膜水电解制氢技术领域，具体涉及一种阳极催化层及其制备方法。

背景技术

目前常规的质子交换膜(PEM)电解水燃料电池芯片(CCM)的阳极采用无载氧化铱做阳极析氧(OER)催化剂。氧化铱与一定比例的离子树脂以及溶剂经混合制成阳极催化剂浆料，然后直接涂布于质子交换膜上，或涂布于介质材料(如PTFE膜)上，而后经热转印附着于PEM上，形成PEM电解水的阳极催化层。

由于无载氧化铱易于团聚，为了达到一定的活性表面，现有常规的PEM电解水阳极OER催化剂氧化铱的载量一般较高，为2.5mg/cm²左右(高于PEM燃料电池中的铂载量，约为其6倍)；同时由于铱资源较为稀缺，目前市场上氧化铱的价格远高于铂，因此PEM电解水阳极催化层的成本极高，过高的成本极大地制约了PEM电解水的产业化发展。

发明内容

针对现有技术中PEM电解水阳极催化层的成本过高的问题，提供一种阳极催化层。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

提供一种阳极催化层，包括阳极催化剂和离子树脂，所述阳极催化剂包括有载非晶态氧化铱和晶态金红石相氧化铱，所述有载非晶态氧化铱和所述晶态金红石相氧化铱与所述离子树脂混合形成阳极催化层。

可选的，所述晶态金红石性氧化铱由非晶态无载水合氧化铱热处理后所形成，所述晶态金红石相氧化铱热处理气氛为氮气、氩气中的一种或多种。

可选的，所述有载非晶态氧化铱载体为TiO₂、Ta₂O₅、ZrO₂和Nb₂O₅中的一种或多种。

可选的，所述有载非晶态氧化铱颗粒10nm。

可选的，所述晶态红石相氧化铱与所述有载非晶态氧化铱的质量比例范围为0.2-0.8。

可选的，所述离子树脂为全氟磺酸离子树脂，所述离子树脂与所述阳极催化剂的质量比值范围为0.05-0.55。

一方面，本发明提供一种阳极催化层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、阳极催化剂浆料的制备：

有载非晶态氧化铱以及晶态金红石相氧化铱与离子树脂以及溶剂混合匀浆后制备成阳极催化剂浆料。

步骤二、CCM的制备：

上述制备的阳极催化剂浆料涂布于PTFE膜表面形成阳极催化层，然后与涂布在PTFE膜上的阴极Pt/C催化层一起转移到Nafion115质子交换膜上，热转印形成CCM。

步骤三、膜电极活化与测试：

制备完成的所述CCM封装后与阳极的钛毡多孔传输层(PTL)以及阴极的钛毡或碳纸多孔传输层组装成电解槽，在1A/cm²恒电流密度下活化2h，然后逐步提升电流密度至2A/cm²，活化完成后进行极化曲线及阻抗测试。