一种高纯氢气的纯水电解制氢膜电极的制备方法与流程

1.本发明涉及纯水电解制氢中的膜电极技术领域，具体涉及一种高纯氢气的纯水电解制氢膜电极的制备方法。

背景技术：

2.氢气燃烧值为14.3
×
107j/kg，煤燃烧值为2.1
×
107j/kg，汽油燃烧值为4.3
×
107j/kg，天然气为3.6
×
107j/kg，由此氢气燃烧值是化石燃料的几倍以上，且燃烧后只有水，不生成温室气体或者污染性气体及颗粒粉尘，因此氢气的被认为是21世纪最为高效、清洁的能源。而氢气在自然界不是天然存在的，需要经过特定技术制得，目前常用方法包括化石能源制氢、(如煤气化制氢、天然气水蒸气重整制氢、甲醇裂解制氢等)氨分解制氢、硫化氢分解制氢、工业富产氢回收、生物制氢和水电解制氢，与其他制氢技术相比，水电解制氢技术只需要消耗水，而产物只有氢气和氧气，使用后还是只生成水，不会产生任何污染。
3.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)。
4.碱性水电解制氢技术成熟，投资、运行成本低，但存在碱液流失、腐蚀、能耗高等问题，碱性水电解技术使用电解质除了水还有氢氧化钠或者氢氧化钾，虽然不消耗氢氧化钠或者氢氧化钾，但是电解设备处于强碱性环境中，具有较强腐蚀性，对设备要求较高，而且使用膜为石棉类隔膜，具有致癌风险，且电解效率低、电流密度小、设备庞大，处于新旧转化灰区域。
5.高温固体氧化物水电解制氢采用固体氧化物为电解质材料，工作温度800～1000℃，制氢过程电化学性能显著提升，效率更高。soec电解槽电极采用非贵金属催化剂，阴极材料选用多孔金属陶瓷ni/ysz，阳极材料选用钙钛矿氧化物，电解质采用ysz氧离子导体，全陶瓷材料结构避免了材料腐蚀问题。但高温高湿的工作环境使电解槽选择稳定性高、持久性好、耐衰减的材料受到限制，也制约soec制氢技术应用场景的选择与大规模推广。目前soec制氢技术仍处于实验阶段。
6.区别于碱性水电解制氢，pem水电解制氢选用具有良好化学稳定性、质子传导性、气体分离性的固体聚合物质子交换膜作为固体电解质替代石棉膜，能有效阻止电子传递，提高电解槽安全性。pem水电解制氢技术电解液只有水，采用固体聚合物质子交换膜，将催化层通过物理或化学方法均匀评判在交换膜两侧，将纯水变为氢气和氧气，同时将氢气与氧气分离，此方法电流密度、电解效率高、设备较小，被广泛应用，且真正实现零污染排放，成为各国研究的重点。
7.与碱性水电解制氢相比，pem水电解制氢工作电流密度更高(＞1a/cm2)，总体效率更高(74％～87％)，氢气体积分数更高(》99
·
99％)，产气压力更高(3～4mpa)，动态响应速度更快，能适应可再生能源发电的波动性，被认为是极具发展前景的水电解制氢技术。目前pem水电解制氢技术已在加氢站现场制氢、风电等可再生能源电解水制氢、储能等领域得到
示范应用并逐步推广。
8.pem水电解制氢技术核心部件是由质子交换膜和催化层组成的膜电极，pem水电解制氢已步入商业化早期，制约技术大规模发展的瓶颈在于膜电极选用被少数厂家垄断的质子交换膜，阴、阳极催化剂材料需采用贵金属以及电解能耗仍然偏高。解决上述难题是pem水电解制氢技术进一步发展与推广的关键。除了降低催化剂贵金属载量，提高催化剂活性和稳定性外，膜电极制备工艺对降低电解系统成本，提高电解槽性能和寿命至关重要。根据催化层支撑体的不同，膜电极制备方法分为ccs法和ccm法。ccs法将催化剂活性组分直接涂覆在气体扩散层，而ccm法则将催化剂活性组分直接涂覆在质子交换膜两侧，这是2种制作工艺最大的区别。与ccs法相比，ccm法催化剂利用率更高，大幅降低膜与催化层间的质子传递阻力，是膜电极制备的主流方法。在ccs法和ccm法基础上，近年来新发展起来的电化学沉积法、超声喷涂法以及转印法成为研究热点并具备应用潜力。新制备方法从多方向、多角度改进膜电极结构，克服传统方法制备膜电极存在的催化层催化剂颗粒随机堆放，气体扩散层孔隙分布杂乱等结构缺陷，改善膜电极三相界面的传质能力，提高贵金属利用率，提升膜电极的电化学性能。目前采用专利zl201110186813.0方法制备膜电极中，氢气中氧含量较高(350ppm以上)，对于大气量产氢的设备存在安全隐患，因此需要改进膜电极的制备方法，降低氧气浓度，解决危险源头。

技术实现要素：

9.为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种高纯氢气的纯水电解制氢膜电极的制备方法，该膜电极可以大幅度减少氢中氧含量，使用转印模板进行转印制备催化层与离子膜结合牢固、催化剂使用效率高、膜电极使用寿命长的纯水电解离子膜电极的制备方法，进行催化剂的调整和转印工艺改进，制备了氢气纯度更高的膜电极，实现了商业化应用。
10.本发明是采用以下技术方案实现的：
11.一种高纯氢气的纯水电解制氢膜电极的制备方法，包括以下步骤：
12.(1)将纳米pd加入阴极催化剂中，按照阴极催化剂中pt用量的0.2％-5％进行添加，然后阴极催化剂、阳极催化剂与nafion溶液、异丙醇、无水乙醇和蒸馏水分别按比例配置得到阴极催化剂乳液、阳极催化剂乳液；然后将阴极催化剂乳液、阳极催化剂乳液分别涂覆在真空吸附的转印模板上，在80-130℃真空条件下烘干；
13.(2)将制备好的两块转印模板固定于质子交换膜两侧，在140℃-180℃温度、5-6mpa压力下处理2-6min，在该压力下冷却至室温，去除转印模板，将膜置于70-110℃真空干燥箱内处理1h，取出后制得膜电极。
14.作为本发明的进一步说明：优选的，所述阴极催化剂采用20纳米以下钯粉与pt/c的混合物，pt含量为40-100wt％；所述阳极催化剂采用ir/pt合金，pt含量为30-70wt％。作为本发明的进一步说明：优选的，将纳米pd加入阴极催化剂中，按照阴极催化剂中pt用量的0.4％-2％进行添加。优选的，将纳米pd加入阴极催化剂中，按照阴极催化剂中pt用量的0.3％-2％进行添加。更优选的，将纳米pd加入阴极催化剂中，按照阴极催化剂中pt用量的0.3％-0.5％进行添加。更优选的，所述阴极催化剂中pt含量为50wt％，pd含量为pt的含量的0.3-2wt％。所述阴极催化剂中pt含量为40wt％，pd含量为pt的含量的0.3-0.5wt％。
15.作为本发明的进一步说明：优选的，所述阴极催化剂乳液或阳极催化剂乳液中阴
极催化剂或阳极催化剂与nafion溶液、异丙醇、无水乙醇和蒸馏水的重量比为1:2-5:20-50:30-50:2-5，所述nafion溶液的浓度为5wt％。
16.作为本发明的进一步说明：优选的，所述阴极催化剂喷涂量为3
±
0.5mg/cm2，阳极催化剂溶液喷涂量为4.2
±
1.0mg/cm2。
17.作为本发明的进一步说明：优选的，所述质子交换膜为裁剪合适尺寸的全氟磺酸质子交换膜、改性全氟磺酸质子交换膜、有机/无机纳米复合质子交换膜或无氟质子交换膜，厚度为160-180μm，进行催化剂的负载，制备水电解膜电极，质子交换膜进行固定热压前，需要浸泡在10wt％的h2o2溶液30min-60min，去离子水洗净后，浸入5％的硫酸溶液中浸泡30-60min，去离子水冲洗后存于无尘干燥器备用。
18.作为本发明的进一步说明：优选的，所述转印模板材质为聚四氟乙烯，厚度为3-5mm，长和宽分别比质子交换膜长和宽大1-2cm，转印模板利用无水酒精清洗干净备用，无尘保存。
19.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
20.1)质子交换膜采用全氟磺酸质子交换膜，为了确保转印模板的平整度，采用真空加热吸附工艺，将模板固定，然后将膜置于两个模板之间，减少其他杂质的混入，同时确保制备温度的稳定，利于转印模板与膜更好相熔接触，增加催化剂层与膜的牢固性，形成接近零间距的膜电极。本发明利用真空吸附加热方法，保证转印模板的平整度，同时增加了保护夹层，保证转印至膜电极时环境的清洁度，避免膜电极被污染。
21.2)该方法制备的膜电极大大降低了氢中氧含量，产生的氢气中氧的含量小于10ppm，取得了意想不到的技术效果，避免了氢气被点燃的可能性，提高技术安全性。
22.3)在电水解制备高纯氧气时本发明的膜电极可完全代替原来纯化装置，完全不用纯化装置来生产低于10ppm的高纯氢气；原来纯化装置需要50元，而加入pd的量仅为5元，可以将成本降至原来的十分之一，非常有利于大规模商业应用。该膜电极减少了纯化装置的投入，降低了生产成本，更利于商业化应用。
附图说明
23.图1为实施例1添加pd的实验组与未加pd的对照组1-2的膜电极的电解时间与电压关系图；
24.图2为实施例1添加pd的实验组与未加pd的对照组1-2的膜电极的单位电解时间内的氢气中氧气含量关系图；
25.图3为实施例2添加pd的实验组与未加pd的对照组的膜电极的电解时间与电压关系图；
26.图4为实施例2添加pd的实验组与未加pd的对照组的膜电极的电解时间与氢气中氧气含量关系图；
27.图5为实施例3添加不同比例pd的膜电极的电压与氢气中氧气含量关系图；
28.图6为实施例4用ru代替pd的膜电极的单位电解时间内的氢气中氧气含量关系图；
29.图7为实施例4用ru代替pd的膜电极的电解时间与电压关系图。
30.图8为实施例5制备的膜电极的单位电解时间内的氢气中氧气含量关系图；
具体实施方式
31.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
32.实施例1：
33.1)将杜邦全氟磺酸质子交换膜裁剪为合适尺寸，然后浸于10wt％的双氧水中30-60min，利用去离子水冲洗干净，去除表面残留物，接着浸泡于5％的硫酸溶液中30-60min，然后利用去离子水冲洗干净，完成质子交换膜的转化，存于无尘干燥器备用；
34.2)选取3-5mm后聚四氟乙烯作为转印模板，利用无水乙醇洗净，晾干后，放入90℃烘箱干燥，称重后存于干燥器内备用；
35.3)实验组的阴极采用纳米级pd与pt/c的混合物作为催化剂，其中pt占40％重量份，pd占0.4％重量份，阴极采用纳米级pd与pt/c的混合物作为催化剂，其中pt占40％重量份，pd占0.4％重量份；对照组1的阴极采用pt/c作为催化剂，其中pt占40％重量份；
36.阳极都采用纳米级ir/pt合金作为催化剂，其中pt占50％重量份，将阴极催化剂或阳极催化剂与质量分数为5％的nafion溶液、异丙醇、无水乙醇、蒸馏水按重量比为1:5:45:45:4配置成阴极催化剂溶液和阳极催化剂溶液，置于超声搅拌器中2h，加入自动喷涂机，全部喷涂到已称量质量的转印模板上，烘干完毕后，称量转印模板质量，涂有阴极催化剂的转印模板增重3.2mg/cm2、3.4mg/cm2,涂有阳极催化剂的转印模板增重4.2mg/cm2；
37.4)将涂有催化剂的转印模板置于步骤1)中制得质子交换膜两侧，放入无尘环境，在温度为140℃和压力为5mpa的情况下，保压6min，冷却至室温后，接下转印模板，然后浸于氢离子浓度为0.1mol/l的酸性溶液中，以备使用。
38.5)按专利zl201110186813.0中的实施例2进行制备对照组2膜电极，将制备的三个膜电极安装于电解槽内，去除纯化装置，测试电解电压与氢中氧含量，测试结果如图1-2所示。
39.由图1-2中可以看出，添加pd后，与未加pd的对照组1-2电解电压基本一致，不影响电解电压，但是明显改善了氢中氧含量，5min之后未添加pd对照组1的稳定在200ppm左右，未添加pd对照组2的稳定在350ppm左右，添加pd稳定在10ppm以下，大约降为原来的二十分之一以上，取得了意想不到的技术效果。
40.实施例2：
41.1)将全氟磺酸质子交换膜裁剪为合适尺寸，然后浸于10wt％的双氧水中30-60min，利用去离子水冲洗干净，去除表面残留物，接着浸泡于5％的硫酸溶液中30-60min，然后利用去离子水冲洗干净，完成质子交换膜的转化，存于无尘干燥器备用；
42.2)选取3-5mm后聚四氟乙烯作为转印模板，利用无水乙醇洗净，晾干后，放入90℃烘箱干燥，称重后存于干燥器内备用；
43.3)阴极分别采用纳米级pd和pt/c作为催化剂，阳极采用纳米级ir/pt合金作为催化剂，其中pt占50％重量份，将阴极催化剂和阳极催化剂与质量分数为5％的nafion溶液、异丙醇、无水乙醇、蒸馏水按重量比为1:2:20:50:5分别配置成阴极催化剂溶液和阳极催化剂溶液，置于超声搅拌器中2h，加入自动喷涂机，全部喷涂到已称量质量的转印模板上，烘干完毕后，称量转印模板质量，涂有阴极催化剂的转印模板增重3.4mg/cm2、3mg/cm2,涂有阳
极催化剂的转印模板增重4.2mg/cm2；
44.(4)将涂有催化剂的转印模板置于(1)中制得质子交换膜两侧，放入无尘环境，在温度为140℃和压力为5mpa的情况下，保压6min，冷却至室温后，接下转印模板，然后浸于氢离子浓度为0.1mol/l的酸性溶液中，以备使用。
45.(5)将制备的膜电极安装于电解槽内，去除纯化装置，测试电解电压与氢中氧含量，与未进行阴极催化剂改善的进行了对比实验，测试结果如下所示。
46.根据图3-4的测试结果，在只是用pd作为催化剂时，电压明显升高，电压都在2.55v以上，明显比2.02v的电压高，且工作80h后，出现膜电极损坏情况，工作寿命较短，同时氢中氧含量维持10-12ppm，不适合商业应用。
47.实施例3：
48.(1)将全氟磺酸质子交换膜裁剪为合适尺寸，然后浸于10wt％的双氧水中30-60min，利用去离子水冲洗干净，去除表面残留物，接着浸泡于5％的硫酸溶液中30-60min，然后利用去离子水冲洗干净，完成质子交换膜的转化，存于无尘干燥器备用；
49.(2)选取3-5mm后聚四氟乙烯作为转印模板，利用无水乙醇洗净，晾干后，放入90℃烘箱干燥，称重后存于干燥器内备用；
50.(3)阴极采用纳米级pd与pt/c的混合物作为催化剂，其中pt占40％重量份，pd占0.3％、0.35％、0.45％、0.5％、0.55％重量份，阳极采用纳米级ir/pt合金作为催化剂，其中pt占50％重量份，将阴极催化剂或阳极催化剂与质量分数为5％的nafion溶液、异丙醇、无水乙醇、蒸馏水按重量比为1:5:50:30:2配置成阴极催化剂溶液和阳极催化剂溶液，置于超声搅拌器中2h，加入自动喷涂机，全部喷涂到已称量质量的转印模板上，烘干完毕后，称量转印模板质量，涂有阴极催化剂的转印模板增重分别为3.1mg/cm2、3.2mg/cm2、3.5mg/cm2、3.8mg/cm2、4mg/cm2,涂有阳极催化剂的转印模板增重4.2mg/cm2；
51.(4)将涂有催化剂的转印模板置于(1)中制得质子交换膜两侧，放入无尘环境，在温度为140℃和压力为5mpa的情况下，保压6min，冷却至室温后，接下转印模板，然后浸于氢离子浓度为0.1mol/l的酸性溶液中，以备使用。
52.(5)将制备的膜电极安装于电解槽内，去除纯化装置，测试电解电压与氢中氧含量，测试结果如下所示。
53.根据图5可以看出，在阴极侧原有催化剂的基础上，增加不同质量的pd可以改善氢中氧含量，且在增加到0.5％之后氢中氧含量不再有明显变化，但是电压出现升高，说明pd含量过高，不利于氢气析出，造成电压升高，同时pd含量提高也造成成本升高，与实施例1相比，因此采用0.4％-0.5％的pd含量，电压2.0-2.2v，氢中氧含量降至10ppm以下，具有较好商业应用价值。当≥0.3％的pd含量，电压≥2.01v，氢中氧含量降至15ppm左右，在无需高纯度的氢气时，也能取得显著的技术效果。
54.实施例4：
55.(1)将全氟磺酸质子交换膜裁剪为合适尺寸，然后浸于10wt％的双氧水中30-60min，利用去离子水冲洗干净，去除表面残留物，接着浸泡于5％的硫酸溶液中30-60min，然后利用去离子水冲洗干净，完成质子交换膜的转化，存于无尘干燥器备用；
56.(2)选取3-5mm后聚四氟乙烯作为转印模板，利用无水乙醇洗净，晾干后，放入90℃烘箱干燥，称重后存于干燥器内备用；
57.(3)阴极采用纳米级ru与pt/c作为催化剂，其中pt占40％重量份，ru占0.4％重量份，阳极采用纳米级ir/pt合金作为催化剂，其中pt占50％重量份，将阴极催化剂或阳极催化剂与质量分数为5％的nafion溶液、异丙醇、无水乙醇、蒸馏水按重量比为1:5:45:45:4配置成阴极催化剂溶液和阳极催化剂溶液，置于超声搅拌器中2h，加入自动喷涂机，全部喷涂到已称量质量的转印模板上，烘干完毕后，称量转印模板质量，涂有阴极催化剂的转印模板增重3mg/cm2,涂有阳极催化剂的转印模板增重4.2mg/cm2；
58.(4)将涂有催化剂的转印模板置于(1)中制得质子交换膜两侧，放入无尘环境，在温度为140℃和压力为5mpa的情况下，保压6min，冷却至室温后，接下转印模板，然后浸于氢离子浓度为0.1mol/l的酸性溶液中，以备使用。
59.(5)将制备的膜电极安装于电解槽内，去除纯化装置，测试电解电压与氢中氧含量，测试结果如下所示。
60.根据图6-7数据可以看出，利用ru代替pd后，相同时间内氢中氧含量降至91ppm，含量较高，且稳定运行测试后，经过8h运行，电解电压明显升高，说明在相同电流密度下，ru的稳定性不如pd的强，造成ru的结构发生变化，大大提高电解能耗，增加了膜电极的击穿可能性。
61.实施例5：
62.1)将全氟磺酸质子交换膜裁剪为合适尺寸，然后浸于10wt％的双氧水中30-60min，利用去离子水冲洗干净，去除表面残留物，接着浸泡于5％的硫酸溶液中30-60min，然后利用去离子水冲洗干净，完成质子交换膜的转化，存于无尘干燥器备用；
63.2)选取3-5mm后聚四氟乙烯作为转印模板，利用无水乙醇洗净，晾干后，放入90℃烘箱干燥，称重后存于干燥器内备用；
64.3)阴极采用纳米级pd与pt/c的混合物作为催化剂，其中pt占50％重量份，pd占1％重量份，阳极都采用纳米级ir/pt合金作为催化剂，其中pt占50％重量份，将阴极催化剂或阳极催化剂与质量分数为5％的nafion溶液、异丙醇、无水乙醇、蒸馏水按重量比为1:5:40:50:4配置成阴极催化剂溶液和阳极催化剂溶液，置于超声搅拌器中2h，加入自动喷涂机，全部喷涂到已称量质量的转印模板上，烘干完毕后，称量转印模板质量，涂有阴极催化剂的转印模板增重3.2mg/cm2、3.4mg/cm2,涂有阳极催化剂的转印模板增重4.2mg/cm2；
65.4)将涂有催化剂的转印模板置于步骤1)中制得质子交换膜两侧，放入无尘环境，在温度为180℃和压力为6mpa的情况下，保压2min，冷却至室温后，接下转印模板，然后浸于氢离子浓度为0.1mol/l的酸性溶液中，以备使用。
66.5)将制备的膜电极安装于电解槽内，去除纯化装置，测试电解电压和氢中氧含量，测试结果如图8所示。
67.电解电压基本与图1一致，不影响电解电压，在这里不在列图；由图8中可以看出，氢中氧含量在5min之后稳定在10ppm以下，大约降为原来的二十分之一以上，取得了意想不到的技术效果。
68.作为水电解槽膜电极的核心部件，质子交换膜不仅传导质子，隔离氢气和氧气，而且还为催化剂提供支撑，其性能的好坏直接决定水电解槽的性能和使用寿命。目前水电解制氢所用质子交换膜分为全氟磺酸质子交换膜、改性全氟磺酸质子交换膜、有机/无机纳米复合质子交换膜或无氟质子交换膜。全氟磺酸膜制备工艺复杂，长期被美国和日本企业垄
断，如科慕nafion
tm
系列膜、陶氏xus-b204膜、旭硝子膜、旭化成膜等，具有低电子阻抗、高质子传导性、良好的化学稳定性、机械稳定性、防气体渗透性等优点，是目前电解制氢选用最多的质子交换膜。本发明将质子交换膜分别以全氟磺酸质子交换膜(科慕nafion
tm
系列膜、陶氏xus-b204膜、旭硝子膜、旭化成膜)、改性全氟磺酸质子交换膜、有机/无机纳米复合质子交换膜或无氟质子交换膜等分别都进行了替换试验制备水电解槽膜电极，除了膜电压稍有高低不同的差异外，都在正常电解电压范围内，所有的水电解槽膜电极在去除纯化装置的条件下都可以将氢中氧含量降至10ppm以下，取得了显著的技术效果，说明本发明具有良好的重复性和通用性。
69.以上所述仅是对本发明的实施方式的举例展示，并非对本发明作任何形式上的限制。本发明保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施例所限，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何简单修改或等同变化与修饰均属于本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种高纯氢气的纯水电解制氢膜电极的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)将纳米pd加入阴极催化剂中，按照阴极催化剂中pt用量的0.2％-5％进行添加，然后阴极催化剂、阳极催化剂与nafion溶液、异丙醇、无水乙醇和蒸馏水分别按比例配置得到阴极催化剂乳液、阳极催化剂乳液；然后将阴极催化剂乳液、阳极催化剂乳液分别涂覆在真空吸附的转印模板上，在80-130℃真空条件下烘干；(2)将制备好的两块转印模板固定于质子交换膜两侧，在140℃-180℃温度、5-6mpa压力下处理2-6min，在该压力下冷却至室温，去除转印模板，将膜置于70-110℃真空干燥箱内处理1h，取出后制得膜电极。2.根据权利要求1所述的高纯氢气的纯水电解制氢膜电极的制备方法，其特征在于：所述阴极催化剂采用20纳米以下钯粉与pt/c的混合物，pt含量为40-100wt％；所述阳极催化剂采用ir/pt合金，pt含量为30-70wt％。3.根据权利要求2所述的高纯氢气的纯水电解制氢膜电极的制备方法，其特征在于：将纳米pd加入阴极催化剂中，按照阴极催化剂中pt用量的0.3％-2％进行添加。4.根据权利要求3所述的高纯氢气的纯水电解制氢膜电极的制备方法，其特征在于：将纳米pd加入阴极催化剂中，按照阴极催化剂中pt用量的0.3％-0.5％进行添加。5.根据权利要求2所述的高纯氢气的纯水电解制氢膜电极的制备方法，其特征在于：所述阴极催化剂中pt含量为50wt％，pd含量为pt的含量的0.3-2wt％。6.根据权利要求2所述的高纯氢气的纯水电解制氢膜电极的制备方法，其特征在于：所述阴极催化剂中pt含量为40wt％，pd含量为pt的含量的0.3-0.5wt％。7.根据权利要求1所述的减少氢中氧含量膜电极的制备方法，其特征在于：所述阴极催化剂乳液或阳极催化剂乳液中阴极催化剂或阳极催化剂与nafion溶液、异丙醇、无水乙醇和蒸馏水的重量比为1:2-5:20-50:30-50:2-5，所述nafion溶液的浓度为5wt％。8.根据权利要求1所述的高纯氢气的纯水电解制氢膜电极的制备方法，其特征在于：所述阴极催化剂喷涂量为3
±
0.5mg/cm2，阳极催化剂溶液喷涂量为4.2
±
1.0mg/cm2。9.根据权利要求1所述的高纯氢气的纯水电解制氢膜电极的制备方法，其特征在于，所述质子交换膜为裁剪合适尺寸的全氟磺酸质子交换膜、改性全氟磺酸质子交换膜、有机/无机纳米复合质子交换膜或无氟质子交换膜，厚度为160-180μm，进行催化剂的负载，制备水电解膜电极，质子交换膜进行固定热压前，需要浸泡在10wt％的h2o2溶液30-60min，去离子水洗净后，浸入5％的硫酸溶液中浸泡30-60min，去离子水冲洗后存于无尘干燥器备用。10.根据权利要求1所述的高纯氢气的纯水电解制氢膜电极的制备方法，其特征在于，所述转印模板材质为聚四氟乙烯，厚度为3-5mm，长和宽分别比质子交换膜长和宽大1-2cm，转印模板利用无水酒精清洗干净备用，无尘保存。

技术总结

本发明公开了一种高纯氢气的纯水电解制氢膜电极的制备方法，将纳米Pd加入阴极催化剂中，然后阴极和阳极催化剂与Nafion溶液、异丙醇、无水乙醇和蒸馏水分别按比例配置得到阴极和阳极催化剂乳液；然后将阴极和阳极催化剂乳液分别涂覆在真空吸附的转印模板上，烘干；将制备好的转印模板固定于质子交换膜两侧，在一定温度压力下处理，在该压力下冷却至室温，去除转印模板，真空干燥，取出后制得膜电极。该膜电极可以大幅度减少氢中氧含量，使用转印模板进行转印制备催化层与离子膜结合牢固、催化剂使用效率高、膜电极使用寿命长的纯水电解离子膜电极的制备方法，进行催化剂的调整和转印工艺改进，制备了氢气纯度更高的膜电极，实现了商业化应用。商业化应用。商业化应用。