一种一体化复合膜及其制备方法和在碱性水解制氢中的应用

技术特征：
1.一种一体化复合膜，其特征在于，所述一体化复合膜为夹芯结构，包括隔膜层、设置在所述隔膜层两侧的阳极催化层和析氢阴极催化层、设置在所述阳极催化层外侧的阳极导电网、设置在所述析氢阴极催化层外侧的阴极导电网；所述隔膜层由亲水无机纳米材料和聚合物形成；所述析氢阴极催化层、阳极催化层和隔膜层平均孔径的关系为：析氢阴极催化层的平均孔径＞阳极催化层的平均孔径＞隔膜层的平均孔径；且所述阳极催化层和析氢阴极催化层的孔径均由内向外逐渐增大；所述阳极导电网的网孔大于阳极催化层的平均孔径，所述阴极导电网的网孔大于析氢阴极催化层的平均孔径；所述阳极催化层由阳极浆料附着在隔膜一侧后经热压法制备得到；所述阳极浆料的组分包括阳极催化剂、聚合物和造孔剂；所述析氢阴极催化层由阴极浆料附着在隔膜另一侧后经热压法制备得到；所述阴极浆料的组分包括析氢阴极催化剂、聚合物和造孔剂。2.根据权利要求1所述的一体化复合膜，其特征在于，所述亲水无机纳米材料包括zro2、wo2、tio2和y2o3中的一种或几种；所述隔膜层的厚度≤500μm，所述隔膜层内部的平均孔径为10nm～300nm。3.根据权利要求1所述的一体化复合膜，其特征在于，所述阳极催化剂包括ruo2、iro2和非贵金属的氧化物、氢氧化物或磷化物中的一种或几种；所述阳极催化层的厚度为10～600μm，内部平均孔径为50nm～800nm。4.根据权利要求1所述的一体化复合膜，其特征在于，所述析氢阴极催化剂包括pt、ru、pd、ir的单质及其合金以及ni、co、mo、cr、cu的单质、合金、磷化物和氮化物中的一种或几种；所述析氢阴极催化层的厚度为10～600μm，内部平均孔径范围为80nm～2000nm。5.根据权利要求1所述的一体化复合膜，其特征在于，所述阳极浆料中，阳极催化剂、聚合物和造孔剂的质量比为100:(10～50):(5～40)；所述阴极浆料中析氢阴极催化剂、聚合物和造孔剂的质量比为100:(10～50):(8～60)；且阳极浆料中的造孔剂含量低于阴极浆料中的造孔剂含量。6.根据权利要求1所述的一体化复合膜，其特征在于，所述造孔剂为热分解类造孔剂或水溶类造孔剂。7.根据权利要求2所述的一体化复合膜，其特征在于，所述隔膜、阳极浆料和阴极浆料中使用的聚合物独立地包括聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚砜、聚偏氟乙烯和羧甲基纤维素中的一种或多种。8.根据权利要求1所述的一体化复合膜，其特征在于，所述阳极导电网和阴极导电网独立地为碳纤维网、镍网、不锈钢网或钛网，所述阳极导电网和阴极导电网的网孔径独立地为10～500μm。9.权利要求1～8任意一项所述一体化复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将阳极催化剂、聚合物、造孔剂和溶剂混合，得到阳极浆料，将所述阳极浆料附着于隔膜层的一侧；将析氢阴极催化剂、聚合物、造孔剂和溶剂混合，得到阴极浆料，将所述阴极浆料附着于隔膜层的另一侧；(2)将附着有阳极浆料和阴极浆料的隔膜层依次进行热压和水洗；
(3)重复步骤(1)～(2)若干次，并且在重复过程中，按照重复次序，阳极浆料中造孔剂和阳极催化剂的质量比依次增加，阴极浆料中造孔剂和析氢阴极催化剂的质量比依次增加；重复完毕后，在隔膜两侧得到阳极催化层和析氢阴极催化层；(4)在阳极催化层表面热压阳极导电网，在析氢阴极催化层表面热压阴极导电网，得到所述一体化复合膜。10.权利要求1～8任意一项所述一体化复合膜或权利要求9所述制备方法制备的一体化复合膜在碱性水解制氢中的应用。

技术总结
本发明涉及氢能技术领域，提供了一种一体化复合膜及其制备方法和在碱性水解制氢中的应用。本发明提供的复合膜包括隔膜层、阳极催化层、析氢阴极催化层以及阳极导电网、阴极导电网，其中两个催化层是通过浆料附着在隔膜层两侧后经热压法制备得到，能够与隔膜层形成相互紧密融合的一体化结构，减小接触电阻；阳极催化层和析氢阴极催化层的孔径均大于隔膜层孔径，且阳极催化层和析氢阴极催化层的孔径由内向外逐渐增大，有助于引导气体向膜外侧扩散，减少气体跨膜和气宿现象。本发明提供的复合膜具备电子传导、电催化阴极析氢和阳极氧化以及离子传导一体化的功能和结构，能够提高大电流密度工作性能，有助于提高电解装备产氢速率，降低成本。降低成本。降低成本。


技术研发人员：唐阳 娄炜浩 谢鳌 万平玉 杨晓进 程林亭 滕徽 张洳菲 白智群 苗津源
受保护的技术使用者：北京化工大学
技术研发日：2022.07.22
技术公布日：2022/9/20