CN114220978A - 一种用于水电解制氢的ccm制备方法、ccm及膜电极 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃料电池制备技术领域，更具体地，涉及一种用于水电解制氢的CCM制备方法、CCM及膜电极，所述制备方法为对厚度较大的质子交换膜进行超声雾化处理后，用张力固定所述质子交换膜，然后在加热条件下于所述质子交换膜两侧表面分别涂布催化剂浆料并烘干，以在所述质子交换膜两侧表面形成催化层。本发明可避免涂布过程中质子交换膜溶胀变形，使用普通狭缝涂布设备就可以进行规模化制备用于水电解制氢的CCM，大幅降低生产成本的同时保证了产品质量。

Description

一种用于水电解制氢的CCM制备方法、CCM及膜电极
技术领域
本发明涉及燃料电池制备技术领域，更具体地，涉及一种用于水电解制氢的CCM制备方法、CCM及膜电极。
背景技术
氢能作为一种来源广、零污染、零碳排的绿色能源，是推动传统化石能源清洁利用和促进可再生能源规模发展的理想能源。在未来一段时间内，氢能将会在我国工业领域减碳进程中扮演重要角色。
根据制氢方法的不同，氢气可为灰氢、蓝氢和绿氢。其中，灰氢是指通过煤炭等碳基能源制备的氢，制备过程会排放二氧化碳；蓝氢是指在灰氢制备过程中采用如捕捉二氧化碳等“无碳”技术手段；绿氢是在制备过程中真正实现零碳排放的氢。基于氢能产业的发展初衷为零碳或低碳排放，绿氢将成为未来能源产业的发展方向。绿氢制氢方法主要为太阳能光催化分解水制氢和电解水制氢，而质子交换膜电解水制氢技术由于具有能效高、产氢纯度高、高压耐受性好、结构紧凑以及输入电力波动适应性强等优点，尤其适用于可再生能源电力电解制氢，被认为非常适合作为下一代大规模制氢技术方向。现阶段该领域也获得了长足发展，市场需求爆发式增长。
目前，国内质子交换膜水电解制氢技术还处于发展初期，存在着关键材料制备规模小、单位成本高、电解槽寿命不够长等制约其应用和发展的问题。因此，开展低成本电解水制氢用关键材料设计并进行批量化制备技术研究，对于电解水制氢的产业化发展及推广有非常重要的意义。
在常规燃料电池CCM中，使用的质子交换膜均是超薄的增强型质子交换膜，其厚度一般仅为8～15μm，且增强材料可以缓解涂布浆料时溶剂对质子交换膜表面造成的溶胀，而目前水电解制氢CCM使用的质子交换膜厚度都较大，浆料直接涂布在质子交换膜表面时，溶剂会令质子交换膜发生溶胀而出现皱褶或蜷曲，导致制备的膜电极性能下降。当皱褶或蜷曲程度高时，甚至无法制成膜电极。因此目前制备水电解制氢用CCM，一般均采用如电化学沉积法、超声喷涂或转印法等避免催化剂浆料大量直接接触质子交换膜的方法，然而这些方案操作复杂，制备时间长，成本较高。
发明内容
本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种用于水电解制氢的CCM制备方法、CCM及膜电极，可避免涂布过程中质子交换膜溶胀变形，使用普通狭缝涂布设备就可以进行规模化制备用于水电解制氢的CCM，大幅降低生产成本的同时保证了产品质量。
本发明采取的技术方案是，一种用于水电解制氢的CCM制备方法，对厚度较大的质子交换膜进行超声雾化处理后，用张力固定所述质子交换膜，然后在加热条件下于所述质子交换膜两侧表面分别涂布催化剂浆料并烘干，以在所述质子交换膜两侧表面形成催化层。
由于催化剂浆料中含有有机溶剂，有机溶剂与质子交换膜表面接触时质子交换膜容易发生溶胀，出现明显褶皱，影响制备CCM的形貌和性能。在本技术方案中，先对质子交换膜进行超声雾化处理，以降低质子交换膜在后续涂布过程中的溶胀程度，避免质子交换膜产生褶皱，超声雾化处理后在涂布过程中持续加热质子交换膜，以使质子交换膜表面浆料的溶剂挥发，减少与质子交换膜表面的接触，从而降低溶胀程度，采用张力固定质子交换膜可使质子交换膜发生溶胀时受力均匀，通过多种处理方法配合后，可使用狭缝涂布将浆料直涂于质子交换膜表面，设备要求更低、成品率更高、制造速度更快、成本更低。
进一步地，所述制备方法具体包括如下步骤：
S1超声雾化处理：在加热条件下用水向所述质子交换膜表面进行超声雾化喷涂处理；
S2制备阳极催化层：配制阳极催化剂浆料，使用一定张力固定步骤S1处理后的所述质子交换膜后，在加热状态下将所述阳极催化剂浆料涂布于所述质子交换膜的一侧表面，烘干后形成阳极催化层；
S3制备阴极催化层：配制阴极催化剂浆料，使用一定张力固定步骤S2处理后的所述质子交换膜后，在加热状态下将所述阴极催化剂浆料涂布所述质子交换膜的另一侧表面，烘干后形成阴极催化层，制得所述用于水电解制氢的CCM；
其中，步骤S2和步骤S3的顺序可调换。
优选地，在步骤S1中，所述加热温度为80～120℃。
在本技术方案中，在步骤S1中通过加热和超声雾化喷涂水以使质子交换膜预膨胀，使质子交换膜在涂布过程中溶胀程度下降，同时通过水对质子交换膜表面进行雾化处理，可以改善质子交换膜的表面性质，改善催化剂浆料与质子交换膜的相互作用，进一步避免质子交换膜过分溶胀产生褶皱。
优选地，所述质子交换膜为增强型或者非增强型质子交换膜，其厚度为50～200μm。
应用于电解水的质子交换膜基本都为厚度较大质子交换膜，目前使用的一般都是非增强型质子交换膜，而增强型质子交换膜尚未推广使用，增强型质子交换膜虽然添加了增强材料，但是由于厚度较大，实际上在直接涂布时催化剂浆料也会造成其表面溶胀。因此，在本技术方案中对厚度较大的增强型或者非增强型质子交换膜进行超声雾化预处理，并配合涂布时加热和固定处理，可进一步缓解甚至可避免其溶胀现象，使其可直接适用于双面直接涂布。
更优选地，所述质子交换膜为非增强型质子交换膜，其厚度为125～175μm。
更优选地，所述质子交换膜为质子交换膜Nafion 117膜或Nafion 115膜。
优选地，在步骤S2、步骤S3中，所述加热条件的温度为70-90℃，所述张力为0.01MPa～0.05MPa。
在本技术方案中，质子交换膜与催化剂浆料接触时，溶剂容易使质子交换膜发生溶胀，因此在涂布过程中持续加热质子交换膜至一定温度，以使质子交换膜表面浆料的溶剂快速挥发，减少与质子交换膜表面的接触，从而降低溶胀程度，同时，在涂布过程中若固定张力过小，涂布过程中质子交换膜会移动，无法涂布，若固定张力过大则直接导致质子交换膜被拉伸，使膜的厚度和机械性能发生改变，甚至可能令质子交换膜破裂，因此使用了一定张力固定质子交换膜，使其在发生溶胀时受力均匀，防止质子交换膜在直涂时因溶胀而产生褶皱或蜷曲的同时，质子交换膜不会变形导致性能下降，采用直接涂布的方式也能令制备的CCM表面平整，提高了成品率和产品质量。
再进一步地，在步骤S2中，所述阳极催化剂浆料的制备方法为，将阳极催化剂、树脂溶液、醇溶剂和水混合并分散均匀；在步骤S3中，所述阴极催化剂浆料的制备方法为，将阴极催化剂、树脂溶液、醇溶剂和水混合并分散均匀。
优选地，所述阳极催化剂中活性组分载量为0.3～2.0mg/cm2，所述阳极催化剂为如下至少一种：a.Ir、IrO2或RuO2；b.负载型IrO2，所述金属载量以Ir计，其中，所述载体为氧化钛、五氧化二钽、二氧化锡或氧化铌的一种或多种混合物；c.Mn、Fe或Co的氧化物；d.所述钙钛矿类金属氧化物为AxA’1-xByB’1-yO3，其中，A和A’为Sm、Ba、Sr、Co、La、Bi、Ce中的一种，A和A’为相同或者不同，B和B’为Co、Ni、Fe中的一种，B和B’为相同或者不同；和/或，所述阴极催化剂中贵金属载量为0.05～0.6mg/cm2，所述阴极催化剂为Pt/C。
在本技术方案中，由于阳极处于强氧化性环境中，其更容易极化，因此选用抗氧化、耐腐蚀的Ir其氧化物、Ru作为催化剂，使阳极更加稳定，且Pt用量减少，降低成本；使用载体或使用非贵金属催化剂可减少贵金属用量，增加催化剂活性比表面积，可提高催化剂的机械强度和化学稳定性。
更优选地，在所述阳极催化剂浆料的制备方法中，所述醇溶剂为异丙醇；在所述阴极催化剂浆料的制备方法中，所述醇溶剂为异丙醇。
更优选地，所述树脂溶液为Nafion溶液，具体为科慕公司的全氟磺酸树脂溶液。
更优选地，所述阳极催化剂、树脂溶液、醇溶剂和水的重量比为(7～9):(1～3):(3～54):(6～72)，和/或，所述阴极催化剂、树脂溶液、醇溶剂和水的重量比为(2.5～6):(4～7.5):(6～54):(12～72)。
在本技术方案中，使用了极易挥发的溶剂，在涂布过程中溶剂可在较高温度下快速挥发，且对浆料的配方进行调整，使浆料各组分配比更适合用于厚度较大的质子交换膜的涂布，从而减少催化剂浆料对其的溶胀作用，使质子交换膜可以直接采用如狭缝涂布等直涂方式涂布浆料而不会产生褶皱。
本发明还提供了一种用于水电解制氢的CCM，通过上述用于水电解制氢的CCM制备方法制备得到。
本方明还提供了一种膜电极，包括依次层叠的阳极扩散层、上述用于水电解制氢的CCM和阴极扩散层，所述阳极扩散层与所述阳极催化层相对，所述阴极扩散层与所述阴极催化层相对。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明在涂布前对质子交换膜进行超声雾化处理，在涂布过程中加热并以一定张力固定质子交换膜，并调整了浆料的组分配比，通过多种技术手段配合有效降低质子交换膜在涂布过程中的溶胀程度，避免厚度较大的质子交换膜产生褶皱或发生蜷曲，提高了生产速度和成品率，降低了成本；
(2)质子交换膜涂布过程中溶胀程度低、变形量小，可采用如狭缝涂布等方式直接涂布催化剂浆料，涂布方式简单，设备要求低，操作步骤简便，且有效提高了催化剂的利用率，提高了膜电极的性能，水电解效率更高。
附图说明
图1为实施例1的催化层表面的照片。
图2为对比例1的催化层表面的照片。
图3为对比例2的催化层表面的照片。
图4为对比例3的催化层表面的照片。
图5为对比例4的催化层表面的照片。
图6为对比例5的催化层表面的照片。
图7为本发明的膜电极的结构示意图。
图8为实施例1和对比例7的性能测试曲线。
附图中标记为：1-质子交换膜；2-阳极催化层；3-阴极催化层；4-阳极扩散层；5-阴极扩散层。
具体实施方式
水电解制氢是指水分子在直流电作用下被解离生成氧气和氢气，分别从电解槽阳极和阴极析出。根据电解槽隔膜材料的不同，通常将水电解制氢分为碱性水电解(AE)、质子交换膜(PEM)水电解以及高温固体氧化物水电解(SOEC)。质子交换膜水电解制氢选用全氟磺酸质子交换膜，与其他方法相比，其具有良好化学稳定性、质子传导性和气体分离性，是极具发展前景的水电解制氢技术。
质子交换膜水电解槽的核心组件是催化剂膜(CCM)，其低成本产业化研究具有重大的意义。已经被广泛认可的可规模化的CCM制备工艺主要有三种：电化学沉积法、超声喷涂法和转印法。其中，电化学沉积法具有催化层与质子交换膜结合牢固、界面电阻低，贵金属载量低等优点，但催化剂沉积的颗粒大小不一，粒径大且分布不均匀，水电解效率较低；超声喷涂法可以很好地解决这一问题，且可以节省催化剂，但该法能耗较高；转印法最大的优势是可避免质子交换膜的溶胀褶皱等问题，但是催化剂利用率较低。这些方法都各有缺点，而且操作繁杂，制备时间长，导致生产效率低，成本较高。
目前，燃料电池CCM广泛使用阴阳极双面直涂，采用如狭缝涂布等方式将浆料直接涂布在质子交换膜表面即制备完成，其具有较高生产效率，生产成本大幅降低。然而，这种双面直涂的工艺目前还不能应用于水电解制氢的催化膜中，原因在于水电解制氢使用的质子交换膜厚度较大，浆料直接涂布在质子交换膜表面时，溶剂会令质子交换膜发生溶胀而出现皱褶或蜷曲，导致制备的膜电极性能下降，当皱褶或蜷曲程度高时，甚至无法制成膜电极，因此若简单将双面直涂工艺用于水电解制氢的催化膜，制备时间反而会更长，成品率也会更低。
为克服上述技术问题，本发明选择对质子交换膜进行超声雾化处理，且配合涂布过程中温度、固定张力以及经调整的催化剂浆料配方，以降低质子交换膜的溶胀程度，使其可适用于双面直涂工艺，提高生产效率和成品率，降低成本。
对于在涂布过程中对质子交换膜的处理，中国专利CN101276919A公开了将质子交换膜置于担载板上加热后喷涂催化剂浆料，但由于仅对质子交换膜加热，质子交换膜依然会发生一定程度溶胀，因此仍然需要使用喷涂的方法控制催化剂浆料用量，生产效率依然未得到提高。
本发明的制备方法通过多种手段配合，使双面直涂工艺可应用于较厚的增强或非增强质子交换膜，使用普通狭缝涂布工艺即可完成涂布，生产效率可以得到提高，在实际狭缝涂布生产涂布CCM中，目前最大生产速度可达到3米/分钟，在此过程中质子交换膜溶胀程度极低，产品质量得到提高，成品率大于90％，可有效降低成本。
为了让本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。在以下实施例中，采用的方法如无特别说明，均为现有技术；采用的材料如无特别说明，均为本领域人员所熟知的商用材料。
实施例1
本实施例提供一种用于水电解制氢的CCM，采用Nafion 117质子交换膜，具体通过下述制备方法制得，包括如下步骤：
S1超声雾化处理：将所述质子交换膜加热至90℃，并将水超声雾化后喷涂于所述质子交换膜表面；
S2制备阳极催化层：将10g IrO2阳极催化剂、15g 20％D2020 Nafion溶液、11g异丙醇和17g水混合后，使用高速剪切分散机分散均匀，经脱泡处理制得阳极催化剂浆料；将所述步骤S1处理后的所述质子交换膜加热至90℃并使用0.02MPa的张力固定后，在加热状态下将所述阳极催化剂浆料直接涂布于其一侧表面，在90℃下烘干，即在质子交换膜一侧形成阳极催化层；
S3制备阴极催化层：将10g Pt/C阴极催化剂、18g 20％D2020 Nafion溶液、10g正丙醇和54g水混合后，使用超声破碎机分散，经脱泡处理制得阴极催化剂浆料；将所述步骤S1处理后的所述质子交换膜加热至90℃并使用0.02MPa的张力固定后，在加热状态下将所述阴极催化剂浆料直接涂布于步骤S2处理后的所述质子交换膜另一侧表面，在90℃下烘干，即在质子交换膜一侧形成阴极催化层，制得所述用于水电解制氢的CCM；
其中，步骤S2和步骤S3的顺序可调换。
在本实施例中，通过质子交换膜超声雾化处理、浆料配方调整、涂布时质子交换膜温度和固定张力多种方式配合，制备的CCM表面如图1所示，由图可见，即使采用双面直涂的方式在厚度较大的非增强膜表面涂布，质子交换膜的溶胀程度也较低，CCM表面平整，未见褶皱、蜷曲，质量较佳。
如图7所示，所述CCM可进一步制成膜电极，所述膜电极包括依次层叠的阳极扩散层、本实施例制备的所述CCM和阴极扩散层，所述阳极扩散层与所述阳极催化层相对，所述阴极扩散层与所述阴极催化层相对，在本实施例中，所述阳极扩散层为钛毡，所述阴极扩散层为碳纸。
所述膜电极的制备方法为：将阳极扩散层置于所述CCM阳极催化层的一侧，将阴极扩散层置于所述CCM阴极催化层的一侧后，通过机械压合将其压合，即得到所述膜电极。
对比例1
本对比例提供一种CCM，采用Nafion 117质子交换膜，其与实施例1基本相同，区别在于未对质子交换膜作超声雾化处理，且在涂布过程中未加热。具体通过下述制备方法制得，包括如下步骤：
S1制备阳极催化层：将10g IrO2阳极催化剂、15g 20％D2020 Nafion溶液、11g异丙醇和17g水混合后，使用高速剪切分散机分散均匀，经脱泡处理制得阳极催化剂浆料；将所述质子交换膜使用0.01MPa的张力固定后，直接将所述阳极催化剂浆料涂布于其一侧表面，在90℃下烘干，即在质子交换膜一侧形成阳极催化层；
在本对比例中，由于未对Nafion 117质子交换膜作超声雾化处理，质子交换膜在涂布阳极催化剂浆料时则发生严重溶胀，如图2所示，涂布后的质子交换膜表面出现明显褶皱蜷曲，无法进行下一步涂布制备CCM。
对比例2
本对比例提供一种CCM，采用Nafion 117质子交换膜，其与实施例1基本相同，区别在于未对质子交换膜作超声雾化处理，且在涂布过程中未加热。具体通过下述制备方法制得，包括如下步骤：
S1制备阳极催化层：将10g IrO2阳极催化剂、15g 20％D2020 Nafion溶液、11g异丙醇和17g水混合后，使用高速剪切分散机分散均匀，经脱泡处理制得阳极催化剂浆料；将所述质子交换膜使用0.02MPa的张力固定后，直接将所述阳极催化剂浆料涂布于其一侧表面，在90℃下烘干，即在质子交换膜一侧形成阳极催化层；
在本对比例中，虽然在涂布过程中采用了一定张力固定质子交换膜，但是其未作超声雾化处理，且在涂布过程中也未加热，催化剂浆料的溶剂无法快速挥发，仅通过固定张力也无法缓解质子交换膜在涂布阳极催化剂浆料时严重的溶胀，如图3所示，涂布后的质子交换膜表面依然发生溶胀，出现了大量褶皱蜷曲，无法进行下一步涂布制备CCM。
对比例3
本对比例提供一种CCM，采用Nafion 117质子交换膜，其与实施例1基本相同，区别在于在涂布过程中固定张力较小。具体通过下述制备方法制得，包括如下步骤：
S1超声雾化处理：将所述质子交换膜加热至90℃，并将水超声雾化后喷涂于所述质子交换膜表面；
S2制备阳极催化层：将10g IrO2阳极催化剂、15g 20％D2020 Nafion溶液、11g异丙醇和17g水混合后，使用高速剪切分散机分散均匀，经脱泡处理制得阳极催化剂浆料；将所述步骤S1处理后的所述质子交换膜加热至90℃并使用0.005MPa的张力固定后，在加热状态下将所述阳极催化剂浆料直接涂布于其一侧表面，在90℃下烘干，即在质子交换膜一侧形成阳极催化层。
在本对比例中，质子交换膜经过超声雾化处理，且在涂布过程中也对其进行加热，然而在涂布过程中固定张力较小，质子交换膜开始溶胀时，其内部受力不均，因此依然发生了较严重的溶胀现象，如图4所示，涂布后的质子交换膜出现了大量褶皱蜷曲，无法进行下一步涂布制备CCM。
对比例4
本对比例提供一种CCM，采用Nafion 117质子交换膜，其与实施例1基本相同，区别在于未对质子交换膜作超声雾化处理。具体通过下述制备方法制得，包括如下步骤：
S1制备阳极催化层：将10g IrO2阳极催化剂、15g 20％D2020 Nafion溶液、11g异丙醇和17g水混合后，使用高速剪切分散机分散均匀，经脱泡处理制得阳极催化剂浆料；将所述质子交换膜加热至90℃并使用0.02MPa的张力固定后，在加热状态下将所述阳极催化剂浆料直接涂布于其一侧表面，在90℃下烘干，即在质子交换膜一侧形成阳极催化层。
在本对比例中，质子交换膜未作超声雾化处理，因此，虽然在涂布过程中加热并使用一定张力固定质子交换膜，但是质子交换膜此时的溶胀度仍较高，与催化剂浆料接触时依然会快速发生溶胀，如图5所示，涂布后的质子交换膜仍然存在一定程度的溶胀，具有明显的褶皱蜷曲，无法进行下一步涂布制备CCM。
对比例5
本对比例提供一种CCM，采用Nafion 117质子交换膜，其与实施例1基本相同，区别在于在涂布过程中未加热。具体通过下述制备方法制得，包括如下步骤：
S1超声雾化处理：将所述质子交换膜加热至90℃，并将水超声雾化后喷涂于所述质子交换膜表面；
S2制备阳极催化层：将10g IrO2阳极催化剂、15g 20％D2020 Nafion溶液、11g异丙醇和17g水混合后，使用高速剪切分散机分散均匀，经脱泡处理制得阳极催化剂浆料；将所述步骤S1处理后的所述质子交换膜使用0.01MPa的张力固定后，将所述阳极催化剂浆料直接涂布于其一侧表面，在90℃下烘干，即在质子交换膜一侧形成阳极催化层。
在本对比例中，质子交换膜经过了超声雾化处理，减少了其在涂布过程中的溶胀度，继而降低溶胀程度，配合一定固定张力平衡质子交换膜的受力，可进一步缓解溶胀，然而，本对比例未在涂布过程中加热质子交换膜，催化剂浆料内的醇溶剂长时间与质子交换膜表面接触，则加剧了溶胀。如图6所示，本对比例涂布后的质子交换膜由于仍然存在一定程度的溶胀，具有明显的褶皱蜷曲，无法进行下一步涂布制备CCM。
对比例6
本对比例提供一种CCM，采用Nafion 117质子交换膜，其与实施例1基本相同，区别在于在涂布过程中固定张力较大。具体通过下述制备方法制得，包括如下步骤：
S1超声雾化处理：将所述质子交换膜加热至90℃，并将水超声雾化后喷涂于所述质子交换膜表面；
S2制备阳极催化层：将10g IrO2阳极催化剂、15g 20％D2020 Nafion溶液、11g异丙醇和17g水混合后，使用高速剪切分散机分散均匀，经脱泡处理制得阳极催化剂浆料；将所述步骤S1处理后的所述质子交换膜加热至90℃并使用0.08MPa的张力固定后，在加热状态下将所述阳极催化剂浆料直接涂布于其一侧表面，在90℃下烘干，即在质子交换膜一侧形成阳极催化层。
在本对比例中，质子交换膜经过了超声雾化处理，但在涂布时固定的张力较大，使质子膜发生了明显变形，无法进行下一步涂布制备CCM。
对比例7
本对比例提供一种CCM，采用Nafion 117质子交换膜，其与实施例1基本相同，区别在于使用转印法制备。具体通过下述制备方法制得，包括如下步骤：
S1制备阳极催化层：将10g IrO2阳极催化剂、15g 20％D2020 Nafion溶液、11g异丙醇和17g水混合后，使用高速剪切分散机分散均匀，经脱泡处理制得阳极催化剂浆料；将所述阳极催化剂浆料涂布于PTFE转印膜上，在90℃下烘干，即在PTFE转印膜表面形成阳极催化层；
S2制备阴极催化层：将10g Pt/C阴极催化剂、18g 20％D2020 Nafion溶液、10g正丙醇和54g水混合后，使用超声破碎机分散，经脱泡处理制得阴极催化剂浆料；将所述阴极催化剂浆料涂布于PTFE转印膜上，在90℃下烘干，即在PTFE转印膜表面形成阴极催化层；
S3将步骤S1制备的所述阳极催化层和步骤S2制备的所述阴极催化层分别通过热压转印到所述质子交换膜两侧表面，制得所述用于水电解制氢的CCM；
其中，步骤S1和步骤S2的顺序可调换。
本对比例使用了转印法，质子交换膜不会出现溶胀褶皱的问题，然而操作步骤繁杂，生产效率低，目前其最大生产速度仅可达到1米/分钟，且需要使用多片PTFE转印膜，导致单个CCM成本较高。
所述CCM可进一步制成膜电极，所述膜电极包括依次层叠的阳极扩散层、本实施例制备的所述CCM和阴极扩散层，所述阳极扩散层与所述阳极催化层相对，所述阴极扩散层与所述阴极催化层相对，在本对比例中，所述阳极扩散层为钛毡，所述阴极扩散层为碳纸。
所述膜电极的制备方法为：将阳极扩散层置于所述CCM阳极催化层的一侧，将阴极扩散层置于所述CCM阴极催化层的一侧后，通过机械压合将其压合，即得到所述膜电极。
将实施例1和对比例7制得的膜电极分别使用钛网支撑后，将其与阴、阳极极板和阴、阳极端板装配在一起，组装成电解槽，将所述电解槽升温至80℃，对膜电极活化后，进行极化曲线测试，具体为在不同电流密度下测试并记录电解槽的电压后，绘制电流密度-电压曲线。测试结果如图8，可见实施例1的膜电极与对比例6的膜电极性能相差不大，由此可知本发明的制备方法可使用普通直涂设备快速涂布，有效避免质子交换膜溶胀，简化了制备步骤，显著提高制造速度的同时，可保证CCM的质量、性能，进而大大降低制造成本。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于水电解制氢的CCM制备方法，其特征在于，对厚度较大的质子交换膜进行超声雾化处理后，用张力固定所述质子交换膜，然后在加热条件下于所述质子交换膜两侧表面分别涂布催化剂浆料并烘干，以在所述质子交换膜两侧表面形成催化层。
2.根据权利要求1所述用于水电解制氢的CCM制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括如下步骤：
S1超声雾化处理：在加热条件下用水向所述质子交换膜表面超声雾化喷涂处理；
S2制备阳极催化层：配制阳极催化剂浆料，使用一定张力固定步骤S1处理后的所述质子交换膜后，在加热状态下将所述阳极催化剂浆料涂布于所述质子交换膜的一侧表面，烘干后形成阳极催化层；
S3制备阴极催化层：配制阴极催化剂浆料，使用一定张力固定步骤S2处理后的所述质子交换膜后，在加热状态下将所述阴极催化剂浆料涂布所述质子交换膜的另一侧表面，烘干后形成阴极催化层，制得所述用于水电解制氢的CCM；
其中，步骤S2和步骤S3的顺序可调换。
3.根据权利要求2所述用于水电解制氢的CCM制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述加热温度为80～120℃。
4.根据权利要求2所述用于水电解制氢的CCM制备方法，其特征在于，所述质子交换膜为增强型或者非增强型质子交换膜，其厚度为50～200μm。
5.根据权利要求2所述用于水电解制氢的CCM制备方法，其特征在于，在步骤S2、步骤S3中，所述加热条件的温度为70～90℃，所述张力为0.01MPa～0.05MPa。
6.根据权利要求2所述用于水电解制氢的CCM制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述阳极催化剂浆料的制备方法为，将阳极催化剂、树脂溶液、醇溶剂和水混合并分散均匀；在步骤S3中，所述阴极催化剂浆料的制备方法为，将阴极催化剂、树脂溶液、醇溶剂和水混合并分散均匀。
7.根据权利要求6所述用于水电解制氢的CCM制备方法，其特征在于，所述阳极催化剂中活性组分载量为0.3～2.0mg/cm2，所述阳极催化剂为如下至少一种：
a.Ir、IrO2或RuO2；
b.负载型IrO2，所述金属载量以Ir计，其中，所述载体为氧化钛、五氧化二钽、二氧化锡或氧化铌中的至少一种；
c.Mn、Fe或Co的氧化物；
d.钙钛矿类金属氧化物固溶体，所述钙钛矿类金属氧化物为AxA’1-xByB’1-yO3，其中，A和A’为Sm、Ba、Sr、Co、La、Bi、Ce中的一种，A和A’为相同或者不同，B和B’为Co、Ni、Fe中的一种，B和B’为相同或者不同；
和/或，所述阴极催化剂中贵金属载量为0.05～0.6mg/cm2，所述阴极催化剂为Pt/C。
8.根据权利要求6所述用于水电解制氢的CCM制备方法，其特征在于，所述阳极催化剂、树脂溶液、醇溶剂和水的重量比为(7～9):(1～3):(3～54):(6～72)，和/或，所述阴极催化剂、树脂溶液、醇溶剂和水的重量比为(2.5～6):(4～7.5):(6～54):(12～72)。
9.一种用于水电解制氢的CCM，其特征在于，通过如权利要求1至8任一项所述用于水电解制氢的CCM制备方法制备得到。
10.一种膜电极，其特征在于，包括依次层叠的阳极扩散层、如权利要求9所述用于水电解制氢的CCM和阴极扩散层，所述阳极扩散层与所述阳极催化层相对，所述阴极扩散层与所述阴极催化层相对。
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