固體聚合物水電解池電極優(yōu)化研究.pdf

1、固體聚合物(SPE)水電解技術(shù)因具有能量效率高、產(chǎn)品純度高等優(yōu)點(diǎn)在制氫、航天、軍事等領(lǐng)域中具有重要應(yīng)用。SPE水電解技術(shù)的核心是SPE膜電極，其中制備高活性高穩(wěn)定性陽(yáng)極催化劑、優(yōu)化催化層結(jié)構(gòu)、改進(jìn)電極制備方法及提高擴(kuò)散層耐腐蝕性是提高水電解池性能，加快SPE電解水技術(shù)商業(yè)化進(jìn)程所亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題，本文對(duì)此展開較深入的研究。 本文系統(tǒng)研究并優(yōu)選了固體聚合物水電解用高活性高穩(wěn)定性析氧電催化劑，得到了最優(yōu)析氧電催化劑配比為80wt﹪

2、IrO2+20wt﹪Pt。提出了以體積比優(yōu)化陽(yáng)極薄層親水催化層中Nafion與催化劑的組分配比，通過(guò)交流阻抗、循環(huán)伏安、極化曲線等電化學(xué)的測(cè)試方法，得到Nafion與陽(yáng)極催化劑(Pt黑與IrO2混合物)的最優(yōu)體積比1:10。使用最優(yōu)組分配比的水電解池在300mA·cm-2時(shí)的電解池電壓僅為1.49V，在1000mA·cm-2時(shí)電解池電壓為1.63V。研究了增強(qiáng)型五層SPE膜電極的制備方法，這種方法增大了Nafion與催化劑的接觸面積，降

3、低了接觸電阻，擴(kuò)大了電化學(xué)反應(yīng)界面，并在一定程度上解決了析氫析氧造成的CCM剝離問(wèn)題，延長(zhǎng)了電極的使用壽命。首次將高效催化劑IrO2擔(dān)載在抗腐蝕材料Ti粉表面制備了IrO2/Ti整平層材料，并將碳紙作為SPE水電解池的擴(kuò)散層基底，在其上以IrO2/Ti材料構(gòu)筑耐腐蝕整平層，設(shè)計(jì)并制備了高電導(dǎo)率、高強(qiáng)度、高電化學(xué)穩(wěn)定性的耐腐蝕擴(kuò)散層。通過(guò)耐腐蝕擴(kuò)散層將析氧過(guò)程中產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性中間產(chǎn)物快速?gòu)?fù)合成氧分子，4阻止了活性氧對(duì)擴(kuò)散層碳基底的腐蝕，通