本技術(shù)涉及電解水制氫，具體涉及一種電解水制氫膜電極及其制備方法、電解槽。

背景技術(shù)：

1、隨著能源需求的不斷增長(zhǎng)以及對(duì)清潔能源的追求，電解水制氫技術(shù)日益受到關(guān)注。陰離子交換膜水電解(awmwe)作為一種新興的電解水技術(shù)，具有諸多優(yōu)勢(shì)，例如可使用非貴金屬催化劑、操作條件相對(duì)溫和等。然而，相關(guān)技術(shù)中，陰離子交換膜水電解系統(tǒng)中的膜電極通常由多個(gè)分離的部件組裝而成，各個(gè)部件之間界面接觸電阻較大，容易導(dǎo)致電解效率降低，并增加制造成本和組裝難度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)的實(shí)施例提供了一種電解水制氫膜電極及其制備方法、電解槽，能夠減少部件之間的接觸電阻，提高電解效率，同時(shí)降低成本和組裝難度。

2、第一方面，本技術(shù)的實(shí)施例提供了一種電解水制氫膜電極，包括：

3、復(fù)合陽(yáng)極層，復(fù)合陽(yáng)極層包括陽(yáng)極基底層、第一氣體擴(kuò)散層和陽(yáng)極催化層，第一氣體擴(kuò)散層設(shè)置于陽(yáng)極基底層的一側(cè)，陽(yáng)極催化層設(shè)置于第一氣體擴(kuò)散層背離陽(yáng)極基底層的一側(cè)；

4、陰離子交換膜，設(shè)置于復(fù)合陽(yáng)極層具有陽(yáng)極催化層的一側(cè)；

5、復(fù)合陰極層，設(shè)置于陰離子交換膜背離復(fù)合陽(yáng)極層的一側(cè)，復(fù)合陰極層包括陰極基底層、第二氣體擴(kuò)散層和陰極催化層，第二氣體擴(kuò)散層設(shè)置于陰極基底層的一側(cè)，陰極催化層設(shè)置于第二氣體擴(kuò)散層背離陽(yáng)極基底層的一側(cè)，且陰極催化層靠近陰離子交換膜設(shè)置。

6、在一些實(shí)施例中，陰離子交換膜的厚度為20μm-150μm。

7、在一些實(shí)施例中，陽(yáng)極基底層的材料包括泡沫鎳和鎳氈中的至少一種。

8、在一些實(shí)施例中，第一氣體擴(kuò)散層包括第一界面層、第一過渡層和第一功能層，陽(yáng)極基底層、第一界面層、第一過渡層、第一功能層和陽(yáng)極催化層沿陽(yáng)極基底層的厚度方向依次層疊設(shè)置；

9、第一界面層的孔隙率為p1，第一過渡層的孔隙率為p2，第一功能層的孔隙率為p3，滿足：p1＞p2＞p3。

10、在一些實(shí)施例中，第一界面層的孔隙率p1為70％-80％；

11、和/或，第一過渡層的孔隙率p2為50％-60％；

12、和/或，第一功能層的孔隙率p3為30％-40％。

13、在一些實(shí)施例中，第一界面層的厚度為100μm-300μm；

14、和/或，第一過渡層的厚度為50μm-150μm；

15、和/或，第一功能層的厚度為20μm-50μm。

16、在一些實(shí)施例中，陰極基底層的材料包括碳纖維材料、多孔陶瓷材料和碳納米管增強(qiáng)的碳纖維復(fù)合材料中的至少一種。

17、在一些實(shí)施例中，第二氣體擴(kuò)散層包括第二界面層、第二過渡層和第二功能層，陰極基底層、第二界面層、第二過渡層、第二功能層和陰極催化層沿陰極基底層的厚度方向依次層疊設(shè)置；

18、第二界面層的孔隙率為p4，第二過渡層的孔隙率為p5，第二功能層的孔隙率為p6，滿足：p4＞p5＞p6。

19、在一些實(shí)施例中，第二界面層的孔隙率p4為70％-80％；

20、和/或，第二過渡層的孔隙率p5為50％-60％；

21、和/或，第二功能層的孔隙率p6為30％-40％。

22、在一些實(shí)施例中，第二界面層的厚度為100μm-300μm；

23、和/或，第二過渡層的厚度為50μm-150μm；

24、和/或，第二功能層的厚度為20μm-50μm。

25、在一些實(shí)施例中，陽(yáng)極催化層包括第一陽(yáng)極催化子層、第二陽(yáng)極催化子層和第三陽(yáng)極催化子層；

26、第一氣體擴(kuò)散層、第一陽(yáng)極催化子層、第二陽(yáng)極催化子層、第三陽(yáng)極催化子層和陰離子交換膜沿陽(yáng)極基底層的厚度方向依次層疊設(shè)置；

27、第一陽(yáng)極催化子層中陽(yáng)極催化劑的質(zhì)量比為a1，第二陽(yáng)極催化子層中陽(yáng)極催化劑的質(zhì)量比為a2，第三陽(yáng)極催化子層中陽(yáng)極催化劑的質(zhì)量比為a3，a1＜a2＜a3；第一陽(yáng)極催化子層中粘接劑的質(zhì)量比為b1，第二陽(yáng)極催化子層中粘接劑的質(zhì)量比為b2，第三陽(yáng)極催化子層中粘接劑的質(zhì)量比為b3，b1＞b2＞b3。

28、在一些實(shí)施例中，第一陽(yáng)極催化子層中，陽(yáng)極催化劑的質(zhì)量比為30％-40％，粘接劑的質(zhì)量比為60％-70％；

29、和/或，第二陽(yáng)極催化子層中，陽(yáng)極催化劑的質(zhì)量比為40％-60％，粘接劑的質(zhì)量比為30％-55％，第一離聚物的質(zhì)量比為5％-10％；

30、和/或，第三陽(yáng)極催化子層中，陽(yáng)極催化劑的質(zhì)量比為80％-90％，第一離聚物的質(zhì)量比為10％-20％。

31、在一些實(shí)施例中，陰極催化層包括第一陰極催化子層、第二陰極催化子層和第三陰極催化子層；

32、第二氣體擴(kuò)散層、第一陰極催化子層、第二陰極催化子層、第三陰極催化子層和陰離子交換膜沿陰極基底層的厚度方向依次層疊設(shè)置；

33、第一陰極催化子層中陰極催化劑的質(zhì)量比為a4，第二陰極催化子層中陰極催化劑的質(zhì)量比為a5，第三陰極催化子層中陰極催化劑的質(zhì)量比為a6，a4＜a5＜a6；

34、第一陰極催化子層中第二粘接劑的質(zhì)量比為b4，第二陰極催化子層中第二粘接劑的質(zhì)量比為b5，第三陰極催化子層中第二粘接劑的質(zhì)量比為b6，b4＞b5＞b6。

35、在一些實(shí)施例中，第一陰極催化子層中，陰極催化劑的質(zhì)量比為30％-40％，第二粘接劑的質(zhì)量比為60％-70％；

36、和/或，第二陰極催化子層中，陰極催化劑的質(zhì)量比為40％-60％，第二粘接劑的質(zhì)量比為30％-55％，第二離聚物的質(zhì)量比為5％-10％；

37、和/或，第三陰極催化子層中，陰極催化劑的質(zhì)量比為80％-90％，第二離聚物的質(zhì)量比為10％-20％。

38、在一些實(shí)施例中，電解水制氫膜電極還包括陽(yáng)極保護(hù)層，陽(yáng)極保護(hù)層設(shè)置于復(fù)合陽(yáng)極層和陰離子交換膜之間，且陽(yáng)極保護(hù)層貼合設(shè)置于陰離子交換膜的表面；

39、和/或，電解水制氫膜電極還包括陰極保護(hù)層，陰極保護(hù)層設(shè)置于復(fù)合陰極層和陰離子交換膜之間，且陰極保護(hù)層貼合設(shè)置于陰離子交換膜的表面。

40、在一些實(shí)施例中，陽(yáng)極保護(hù)層的厚度為0.01mm-0.1mm；

41、和/或，陰極保護(hù)層的厚度為0.01mm-0.1mm。

42、在一些實(shí)施例中，陽(yáng)極保護(hù)層的材料包括氟化乙烯丙烯共聚物、聚四氟乙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亞胺和聚苯硫醚中的至少一種；

43、和/或，陰極保護(hù)層的材料包括氟化乙烯丙烯共聚物、聚四氟乙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亞胺和聚苯硫醚中的至少一種。

44、第二方面，本技術(shù)的實(shí)施例提供了一種電解水制氫膜電極的制備方法，包括：

45、在陽(yáng)極基底層的一側(cè)涂覆第一氣體擴(kuò)散層漿料，形成第一氣體擴(kuò)散層；

46、在第一氣體擴(kuò)散層背離陽(yáng)極基底層的一側(cè)涂覆陽(yáng)極催化劑漿料，形成陽(yáng)極催化層，得到復(fù)合陽(yáng)極層；

47、在陰極基底層的一側(cè)涂覆第二氣體擴(kuò)散層漿料，形成第二氣體擴(kuò)散層；

48、在第二氣體擴(kuò)散層背離陰極基底層的一側(cè)涂覆陰極催化劑漿料，形成陰極催化層，得到復(fù)合陰極層；

49、將復(fù)合陽(yáng)極層、陰離子交換膜和復(fù)合陰極層依次層疊設(shè)置，得到電解水制氫膜電極；

50、其中，陰離子交換膜設(shè)置于復(fù)合陽(yáng)極層具有陽(yáng)極催化層的一側(cè)，復(fù)合陰極層設(shè)置于陰離子交換膜背離復(fù)合陽(yáng)極層的一側(cè)，且陰極催化層靠近陰離子交換膜設(shè)置。

51、在一些實(shí)施例中，在陽(yáng)極基底層的一側(cè)涂覆第一氣體擴(kuò)散層漿料，包括：

52、將第一氣體擴(kuò)散層漿料噴涂在陽(yáng)極基底層的一側(cè)，噴涂壓力設(shè)置為0.3mpa-0.5mpa，漿料流量設(shè)置為50ml/min-100ml/min；

53、然后在溫度為100℃-200℃，壓力為5mpa-15mpa條件下熱壓成型10min-30min。

54、在一些實(shí)施例中，在得到復(fù)合陽(yáng)極層之后，還包括：

55、對(duì)復(fù)合陽(yáng)極層進(jìn)行活化處理。

56、第三方面，本技術(shù)的實(shí)施例還提供了一種電解槽，包括如上所述的電解水制氫膜電極，和/或，如上所述的電解水制氫膜電極的制備方法制得的膜電極。

57、本技術(shù)的實(shí)施例的有益效果：

58、在本技術(shù)的實(shí)施例中，電解水制氫膜電極，包括復(fù)合陽(yáng)極層、陰離子交換膜和復(fù)合陰極層，其中，復(fù)合陽(yáng)極層包括陽(yáng)極基底層、第一氣體擴(kuò)散層和陽(yáng)極催化層，第一氣體擴(kuò)散層設(shè)置于陽(yáng)極基底層的一側(cè)，陽(yáng)極催化層設(shè)置于第一氣體擴(kuò)散層背離陽(yáng)極基底層的一側(cè)。陰離子交換膜，設(shè)置于復(fù)合陽(yáng)極層具有陽(yáng)極催化層的一側(cè)，復(fù)合陰極層設(shè)置于陰離子交換膜背離復(fù)合陽(yáng)極層的一側(cè)，復(fù)合陰極層包括陰極基底層、第二氣體擴(kuò)散層和陰極催化層，第二氣體擴(kuò)散層設(shè)置于陰極基底層的一側(cè)，陰極催化層設(shè)置于第二氣體擴(kuò)散層背離陽(yáng)極基底層的一側(cè)，且陰極催化層靠近陰離子交換膜設(shè)置。通過復(fù)合陽(yáng)極層集成了陽(yáng)極基底層、第一氣體擴(kuò)散層和陽(yáng)極催化層，且復(fù)合陰極層繼承了陰極基底層、第二氣體擴(kuò)散層和陰極催化層，能夠減少膜電極中部件數(shù)量，消除至少部分部件之間的界面電阻，使得離子傳輸和氣體擴(kuò)散更加順暢，提高電解效率。由于復(fù)合陽(yáng)極層和復(fù)合陰極層中，各層之間能夠形成緊密結(jié)合，使得電解水制氫膜電極在運(yùn)行過程中不容易出現(xiàn)分層、界面腐蝕等問題，提高長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的穩(wěn)定性。同時(shí)，由于減少了電解水制氫膜電極中部件的數(shù)量，還能夠簡(jiǎn)化組裝過程，減少了由于傳統(tǒng)技術(shù)中多層復(fù)合過程中加工余量導(dǎo)致的浪費(fèi)，降低生產(chǎn)成本。