[发明专利]一种PEM水电解阴极多孔传输层及制备方法

权利要求书

1.一种PEM水电解阴极多孔传输层，其特征在于，包括碳支撑层，所述碳支撑层的孔径内嵌入有非贵金属间化合物粒子，所述非贵金属间化合物粒子在碳支撑层上形成导电孔道结构。

2.如权利要求1所述的PEM水电解阴极多孔传输层，其特征在于，所述碳支撑层为碳毡、碳布、碳纸中的任一种，孔隙率为60-85％，孔径为100-200μm；所述非贵金属间化合物为Mg₂Si、A1Sb、MgSe中的任一种。

3.一种PEM水电解阴极多孔传输层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：采用高压蒸汽进入碳支撑层，打开碳支撑层微孔结构，得到孔径撑大的碳支撑层，高压蒸汽温度为460-540℃，压力为6Mpa-14Mpa；

步骤二：配置非贵金属间化合物溶液，并加热非贵金属间化合物溶液，使其形成非贵金属间化合物蒸汽；

步骤三：将非贵金属间化合物蒸汽间断式与孔径撑大的碳支撑层接触，使得非贵金属间化合物蒸汽在孔径撑大的碳支撑层上间断式沉积，在非贵金属间化合物蒸汽与孔径撑大的碳支撑层停止接触的时间内，对孔径撑大的碳支撑层进行激光照射，最终得到阴极多孔传输层。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤一和步骤三均采用汽化沉积装置实现，所述汽化沉积装置包括陶瓷加热器(1)、气体沉积炉(2)以及连接陶瓷加热器(1)和气体沉积炉(2)的连接管道(3)，所述陶瓷加热器(1)与气体传输泵(4)连接，所述气体沉积炉(2)内设有供碳支撑层卷绕的转筒(5)以及对转筒(5)处照射的激光照射机构(6)，所述气体沉积炉(2)通过管道与高低温循环控温系统连接，所述连接管道(3)上设有与PLC系统电路信号连接的电磁开关阀(7)、电磁流量调节阀(8)，PLC系统还能够控制所述转筒(5)、气体传输泵(4)、激光照射机构(6)的开闭和开闭顺序。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤一具体为：将碳支撑层卷绕在转筒(5)上，在陶瓷加热器(1)中加入去离子水，对去离子水烹煮后，打开气体传输泵(4)和电磁开关阀(7)，水蒸气通过连接管道(3)进入碳支撑层，打开碳支撑层微孔结构，得到孔径撑大的碳支撑层；

步骤二具体为：配置非贵金属间化合物溶液，将配置好的非贵金属间化合物溶液加入到汽化沉积装置中的陶瓷加热器(1)内进行加热，使其形成非贵金属间化合物蒸汽；

步骤三具体为：通过PLC系统调控连接管道(3)上的电磁开关阀(7)，实现电磁开关阀(7)的间断式开闭，当电磁开关阀(7)开启时，非贵金属间化合物蒸汽进入到气体沉积炉(2)内与转筒(5)上的孔径撑大的碳支撑层接触，进行在孔径撑大的碳支撑层上的沉积；当电磁开关阀(7)关闭时，非贵金属间化合物蒸汽停止进入到气体沉积炉(2)，过20-40s后，非贵金属间化合物蒸汽与孔径撑大的碳支撑层停止接触，激光照射机构(6)对孔径撑大的碳支撑层进行激光照射；当电磁开关阀(7)再次开启时，非贵金属间化合物蒸汽再次进入到气体沉积炉(2)内，此时激光照射机构(6)停止对孔径撑大的碳支撑层进行激光照射，最终得到阴极多孔传输层。

6.如权利要求3或5所述的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述碳支撑层为碳毡、碳布、碳纸中的任一种，孔隙率为60-85％，孔径为100-200μm，高压蒸汽介质为去离子水，孔径撑大的碳支撑层的孔径为240-280μm。

7.如权利要求3或5所述的制备方法，其特征在于，步骤二中，非贵金属间化合物溶液的配置方式为：将非贵金属间化合物溶于乙醇中，分散搅拌溶解；其中，所述非贵金属间化合物溶液的质量浓度为3-7wt.％；非贵金属间化合物溶液的加热汽化温度为2400-2600℃。

8.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤三中，非贵金属间化合物蒸汽与孔径撑大的碳支撑层接触、停止接触过程或者电磁开关阀(7)的打开、关闭过程为一个工作循环，工作循环的循环次数为5-7次；最终制得的PEM水电解阴极多孔传输层上非贵金属间化合物的厚度为3-5nm，多孔传输层的孔隙率为50-60％。