CN114717587B - 质子交换膜电解池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及扩散层及其制备方法、质子交换膜电解池，扩散层包括基板，基板上开设有阵列排布的且孔径相同的多个通孔，通孔为柱形通孔。质子交换膜电解池包括扩散层。扩散层的制备方法采用在基板上开设阵列排布的且孔径相同的柱形结构的通孔的方式，能够精确控制通孔的孔径、孔隙以及孔的形状。扩散层包括基板和开设在基板上阵列排布且孔径相同的通孔，在加工制造时，有利于基板上孔径和孔隙率的精确控制，从而便于形成小孔径高孔隙率的扩散层，进而能够增加水气的传输量，最终能够实现提高电解效率的目的。且由于通孔为柱形结构，孔隙结构的曲折度小，水气的传输路径简单，水气的传输过程中的传质阻抗小，因此能够进一步提高电解效率。
Description
技术领域
本发明涉及电解水制氢技术领域，特别是涉及一种质子交换膜电解池。
背景技术
电解水制氢目前主要有碱性电解池、质子交换膜电解池以及固体氧化物电解池等方式，其中质子交换膜电解池因为具有纯度高、能耗低、动态性能好等特点目前已成为研究热点。质子交换膜电解池主要由质子交换膜、催化剂层、扩散层、双极板等部件组成，其中扩散层起到构建水气传输和电子传输通道的关键作用，对提高电解装置的性能十分关键。
目前质子交换膜电解池中常用的扩散层由钛毡或钛粉末烧结以形成孔隙扩散层，由于孔隙扩散层上的孔隙结构由规则和不规则的钛粉末颗粒堆垛而成，因此扩散层上的孔的孔径和孔隙率无法进行精确控制，且孔隙结构曲折度比较大。
因此，烧结形成的孔隙扩散层一方面限制孔隙率的进一步提升，另一方面导致水气的传输路径复杂，从而在水气的传输过程中造成较大的传质阻抗，因此成为制约电解效率提升的重要因素。
发明内容
基于此，有必要针对现有技术中电解效率低的问题，提出一种质子交换膜电解池。
一种扩散层及其制备方法，包括：基板，所述基板上开设有阵列排布且孔径相同的多个通孔，所述通孔为柱形结构。
在其中一个实施例中，任意相邻两个所述通孔之间的间距相等。
一种扩散层的制备方法，包括如下步骤：
选择基板；
在所述基板上开设阵列排布且孔径相同的柱形结构的通孔。
在其中一个实施例中，所述选择基板的具体步骤为选择金属箔片作为基板。
在其中一个实施例中，在所述基板上开设阵列排布的且孔径相同的柱形结构的通孔的步骤中，采用超快激光法、机械加工法或化学腐蚀法开设所述通孔。
在其中一个实施例中，所述在所述基板上开设阵列排布的且孔径相同的柱形结构的通孔的步骤之前还包括：确定通孔的孔径以及排布方式，以使得基板上的孔隙率达到70%-80%。
一种质子交换膜电解池，包括由内向外依次设置的质子交换膜、催化剂层以及扩散层。
在其中一个实施例中，所述催化剂层具有间隔设置的多个催化剂涂覆结构，所述催化剂涂覆结构与所述通孔一一对应设置。
在其中一个实施例中，所述催化剂层涂覆在所述扩散层上且靠近所述质子交换膜的一侧，每个所述通孔外设置有所述催化剂涂覆结构。
在其中一个实施例中，所述催化剂层涂覆在所述质子交换膜上且靠近所述扩散层的一侧，所述催化剂涂覆结构位于对应的所述通孔的外周。
上述质子交换膜电解池，扩散层包括基板和开设在基板上阵列排布且孔径相同的通孔，在加工制造时，阵列排布的通孔有利于基板上孔径和孔隙率的精确控制，从而便于形成小孔径高孔隙率的扩散层，进而能够增加水气的传输量，最终能够实现提高电解效率的目的。且由于通孔为柱形结构，孔隙结构的曲折度小，水气的传输路径简单，水气的传输过程中的传质阻抗小，因此能够进一步提高电解效率。扩散层的制备方法采用在基板上开设阵列排布的且孔径相同的柱形结构的通孔的方式，能够精确控制通孔的孔径、孔隙以及孔的形状。质子交换膜电解池通过在扩散层上开设阵列排布的且孔径相同的多个通孔，能够进一步提高孔隙率，从而使得更多的水气能够穿过通孔，并在扩散层与催化剂层的接触界面上形成多个反应位点，能够进一步提高电解效率。
附图说明
图1为一实施例中的扩散层的结构示意图；
图2为图1中的扩散层上的通孔之间的结构关系示意图；
图3为一实施例中的质子交换膜电解池中的质子交换膜、催化剂层以及扩散层之间的结构关系示意图；
图4为第二实施例中的质子交换膜电解池中的质子交换膜、催化剂层以及扩散层之间的结构关系示意图。
附图标记：
100-扩散层；110-基板；120-通孔；
200-催化剂涂覆结构；
300-质子交换膜。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
参阅图1，图 1 示出了本发明一实施例中的扩散层100，扩散层100包括基板110，基板110上开设有阵列排布的且孔径相同的多个通孔120，通孔120为柱形通孔。其中通孔120可以是圆柱形通孔、矩形通孔、三角形通孔等，此处对于通孔的具体形状不做限制。
在本实施例中，由于多个通孔120阵列排布且孔径相同，在加工制造时，有利于对扩散层100的孔径和孔隙率的精确控制，从而便于形成小孔径高孔隙率的扩散层，进而能够增加水气的传输量，最终能够实现提高电解效率的目的。且由于通孔120为柱形结构，孔隙结构的曲折度小，水气的传输路径简单，水气的传输过程中的传质阻抗小，因此能够进一步提高电解效率。
在其中一些实施例中，任意相邻两个通孔120之间的间距相等。因此，多个通孔120可均匀设置，一方面在基板110上加工制造工艺简单，另一方面能够进一步提高基板110的孔隙率，从而增加水气的传输量。具体的，多个通孔120可呈等边三角形的结构方式排列，等边三角形的每个顶点上开设有一个通孔120。
在另外一个实施例中，基板110上开设有阵列排布的多组通孔120，相邻两组通孔120的间距相等，每组通孔120的结构相同。例如每组通孔120均包括四个通孔120，四个通孔120呈正四边形的结构方式排列，正四边形的每个顶点上开设有一个通孔120。
本发明还公开了一种扩散层100的制备方法，包括步骤选择基板110；然后在基板110上开设阵列排布的且孔径相同的柱形结构的通孔120。
在本实施例中，通过在基板110上开孔的方式，能够精确控制通孔120的孔径、孔隙以及孔的形状，相对于现有技术中的由钛毡或钛粉末烧结以形成扩散层100的方式，由于通孔120的孔径、孔隙以及孔的形状可控，从而便于在加工制造前进行孔隙率的设计，以便在在加工制造时形成小孔径高孔隙率的扩散层100，从而能够增加水气的传输量，进而能够提高电解效率。且由于直接将通孔120加工为柱形结构的通孔，其孔隙结构的曲折度小，水气的传输路径简单，水气的传输过程中的传质阻抗小，因此能够进一步提高电解效率。
在一些实施例中，选择基板110的具体步骤为选择金属箔片作为基板110。优选的金属箔片为钛箔。金属箔片作为基板110能够为扩散层100提供一定的结构强度。采用钛箔化学稳定性好，例如耐酸碱腐蚀、具有抗氧化性能。
在一些实施例中，在基板110上开设阵列排布的且孔径相同的柱形结构的通孔120的步骤中，在基板110上采用超快激光法、机械加工法或化学腐蚀法开设通孔120。
以化学腐蚀法在基板110上开孔为例，首先准备耐腐蚀掩膜，在耐腐蚀掩膜上开设阵列排布的且孔径相同的通孔120；然后在基板110表面覆盖耐腐蚀掩膜；再在耐腐蚀掩膜上进行腐蚀。从而在基板110上形成阵列排布的且孔径相同的柱形结构的通孔120。
对于超快激光法或者机械加工法加工通孔，则需要通过控制加工设备的运动轨迹即可以实现阵列排布且孔径相同的柱形结构的通孔120。
在一些实施例中，在基板110上开设阵列排布的且孔径相同的柱形结构的通孔120
的步骤包括：确定通孔120的孔径以及排布方式，以使得基板110上的孔隙率达到70%-80%。
其中通孔120的孔径可以是1um~1000um。孔径的排布方式可以是圆形结构、菱形结构、梯形
结构或者正多边形结构排列。结合图2，本实施例中以通孔120为圆形，成正六边形排列为
例，定义孔径为D，相邻两孔之间的最小间距为L，则根据几何关系可以得到扩散层100的孔
隙率
。因此，在实际生产时，可通过调整孔径D和相邻两孔之间的最小间距
为L，进而使得扩散层100上的孔隙率达到所要求的结果。
在现有技术中，由于烧结过程的中通孔的孔径和孔隙率无法进行精确控制，通过钛粉末烧结的扩散层100的孔隙率最高为40%，钛毡的孔隙率最高为60%。因此孔隙率相对较低，导致电解池效率较低。
而通过本申请中扩散层100的制备方法制备的扩散层100上的孔径和孔隙率可以精确控制，且孔隙率可高达到70%-80%，从而能够增加水气的传输量，进而能够提高电解效率。
本发明还公开了一种质子交换膜电解池，包括由内向外依次设置的质子交换膜300、催化剂层以及扩散层100。通过在扩散层100上开设阵列排布的且孔径相同的多个通孔120，能够进一步提高孔隙率，从而使得更多的水气能够穿过通孔120，并在扩散层100与催化剂层的接触界面上形成多个反应位点，能够进一步提高电解效率。
其中，质子交换膜电解池具有阳极室和阴极室，催化剂层包括位于阴极室的阴极催化剂层和位于阳极室的阳极催化剂层，扩散层100也包括位于阴极室的阴极扩散层100和位于阳极室的阳极扩散层100。当质子交换膜水电解池工作时，水进入阳极室并穿过阳极扩散层100，在阳极催化剂的作用下，发生电化学反应分解产生氧气、氢离子和电子，氢离子在电场作用下穿过质子交换膜，在阴极催化剂的作用下与阴极室内的电子发生电化学重组生成氢气，然后穿过阴极扩散层100排出。
由于现有技术孔径和孔隙率无法进行精确控制，导致质子交换膜300上所涂覆的大量催化剂不能与扩散层100直接接触，进而使得催化剂的利用率较低，造成催化剂的浪费。此外，由于阴极催化剂层处于强酸性工作环境，阴极催化剂层易发生腐蚀、团聚、流失等问题，为保证电解槽性能和寿命，阴极催化剂层材料选择耐腐蚀的铱、铂贵金属及其合金为主，阴极催化剂层中贵金属材料成本高，阻碍质子交换膜电解池水电解制氢技术快速推广应用。
因此，在一些实施例中，催化剂层具有间隔设置的多个催化剂涂覆结构200，催化剂涂覆结构200与通孔120一一对应设置。即在通孔120阵列排布的情况下，可以通过将催化剂针对每个通孔120定点涂覆，从而在不影响催化效果的前提下，能够大幅降低贵金属催化剂的使用量，提高催化剂的利用率，进而大幅降低质子交换膜电解池的成本。
参阅图3，在其中一些实施例中，催化剂层涂覆在扩散层100上且靠近质子交换膜300的一侧，每个通孔120外设置有催化剂涂覆结构200。其中，催化剂涂覆结构200可以通过喷涂、电镀等方法设置在通孔120外。
在本实施例中，催化剂涂覆结构200可以是环形结构或者多边形结构。以环形结构为例，催化剂涂覆结构200的内径大于等于通孔120的孔径，催化剂涂覆结构200的外径小于相邻两个通孔120最小距离的一半。即使得每个通孔120的周侧均涂覆有催化剂，当水气穿过扩散层100后，在催化剂的作用下，能够被快速电解为氧气、氢离子和电子。
参阅图4，在另外一些实施例中，催化剂层涂覆在质子交换膜300且靠近扩散层100的一侧，催化剂涂覆结构200位于对应的通孔120的外周。同样当水气穿过扩散层100后，在催化剂的作用下，能够被快速电解为氧气、氢离子和电子。
在其他一些实施例中，还可以是，催化剂层涂覆在质子交换膜300且靠近扩散层100的一侧，催化剂涂覆结构200位于对应的通孔120的内部。即当水气穿过扩散层100后，能够直接与位于质子交换膜300上的催化剂接触，从而在催化剂的作用下，能够被快速电解为氧气、氢离子和电子。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (5)
1.一种质子交换膜电解池，其特征在于，包括由内向外依次设置的质子交换膜、催化剂层以及扩散层，所述扩散层包括基板，所述基板上开设有阵列排布且孔径相同的多个通孔，所述通孔为柱形结构，所述催化剂层具有间隔设置的多个催化剂涂覆结构，所述催化剂涂覆结构与所述通孔一一对应设置。
2.根据权利要求1所述的扩散层，其特征在于，任意相邻两个所述通孔之间的间距相等。
3.根据权利要求1所述的质子交换膜电解池，其特征在于，所述催化剂层涂覆在所述扩散层上且靠近所述质子交换膜的一侧，每个所述通孔外设置有所述催化剂涂覆结构。
4.根据权利要求3所述的质子交换膜电解池，其特征在于，所述催化剂涂覆结构为环形结构或者多边形结构。
5.根据权利要求1所述的质子交换膜电解池，其特征在于，所述催化剂层涂覆在所述质子交换膜上且靠近所述扩散层的一侧，所述催化剂涂覆结构位于对应的所述通孔的外周。
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|---|---|---|---|---|
| CN117983987B (zh) * | 2024-04-07 | 2024-06-21 | 上海亿氢能源科技有限公司 | 激光微孔制备膜电极多孔扩散层的方法及多孔扩散层 |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001273907A (ja) * | 2000-03-28 | 2001-10-05 | Japan Storage Battery Co Ltd | ガス拡散電極およびその製造方法。 |
| CN101523650A (zh) * | 2006-11-02 | 2009-09-02 | 佳能株式会社 | 聚合物电解质燃料电池用膜电极组件和聚合物电解质燃料电池 |
| CN102517602A (zh) * | 2011-12-29 | 2012-06-27 | 北京化工大学 | 一种气体扩散电极的明胶造孔方法 |
| CN107881528A (zh) * | 2016-09-29 | 2018-04-06 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种电解池用膜电极的制备及膜电极和应用 |
| JP2019163521A (ja) * | 2018-03-20 | 2019-09-26 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 電気化学式水素ポンプ |
| CN111621806A (zh) * | 2020-04-28 | 2020-09-04 | 北京科技大学 | 异型集电器、pem电解水制氢装置及电解水制氢的方法 |
| CN212783525U (zh) * | 2020-09-29 | 2021-03-23 | 未势能源科技有限公司 | 气体扩散组件、膜电极组件、燃料电池单元和燃料电池堆 |
| CN112771209A (zh) * | 2018-12-19 | 2021-05-07 | 松下知识产权经营株式会社 | 电化学式氢泵 |
| CN113789537A (zh) * | 2021-09-09 | 2021-12-14 | 氢克新能源技术(上海)有限公司 | 一种气体扩散层及其制备方法 |
| CN113957470A (zh) * | 2021-10-13 | 2022-01-21 | 清华大学 | 多孔扩散层及其制备方法和质子交换膜电解水制氢装置 |
| TW202214913A (zh) * | 2020-07-27 | 2022-04-16 | 美商歐米恩國際公司 | 多孔性電解器氣體擴散層及其製備方法 |
| CN114540851A (zh) * | 2022-02-17 | 2022-05-27 | 武汉理工大学 | 一种新型阳极扩散层及质子交换膜水电解池 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008108507A (ja) * | 2006-10-24 | 2008-05-08 | Mitsubishi Electric Corp | 固体高分子電解質型燃料電池およびその製造方法 |
| DE102015014433A1 (de) * | 2014-11-07 | 2016-05-12 | Daimler Ag | Katalysatorschicht mit Durchtrittsöffnung für Brennstoffzellen |
| JP2018062707A (ja) * | 2016-10-07 | 2018-04-19 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | ガス拡散層および電気化学式水素ポンプ |
| DE102018115997A1 (de) * | 2018-07-02 | 2020-01-02 | Elringklinger Ag | Verfahren zum Herstellen einer elektrochemisch aktiven Einheit und Trägerelement für eine Baugruppe einer elektrochemisch aktiven Einheit |
| CN112030181A (zh) * | 2020-09-09 | 2020-12-04 | 北京化工大学 | 一种氢氧直接合成过氧化氢装置 |
| EP3975299A1 (de) * | 2020-09-29 | 2022-03-30 | Technische Universität Berlin | Herstellungsmethode von katalysatorbeschichteten membranen |
-
2022
- 2022-05-12 CN CN202210512998.8A patent/CN114717587B/zh active Active
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001273907A (ja) * | 2000-03-28 | 2001-10-05 | Japan Storage Battery Co Ltd | ガス拡散電極およびその製造方法。 |
| CN101523650A (zh) * | 2006-11-02 | 2009-09-02 | 佳能株式会社 | 聚合物电解质燃料电池用膜电极组件和聚合物电解质燃料电池 |
| CN102517602A (zh) * | 2011-12-29 | 2012-06-27 | 北京化工大学 | 一种气体扩散电极的明胶造孔方法 |
| CN107881528A (zh) * | 2016-09-29 | 2018-04-06 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种电解池用膜电极的制备及膜电极和应用 |
| JP2019163521A (ja) * | 2018-03-20 | 2019-09-26 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 電気化学式水素ポンプ |
| CN112771209A (zh) * | 2018-12-19 | 2021-05-07 | 松下知识产权经营株式会社 | 电化学式氢泵 |
| CN111621806A (zh) * | 2020-04-28 | 2020-09-04 | 北京科技大学 | 异型集电器、pem电解水制氢装置及电解水制氢的方法 |
| TW202214913A (zh) * | 2020-07-27 | 2022-04-16 | 美商歐米恩國際公司 | 多孔性電解器氣體擴散層及其製備方法 |
| CN212783525U (zh) * | 2020-09-29 | 2021-03-23 | 未势能源科技有限公司 | 气体扩散组件、膜电极组件、燃料电池单元和燃料电池堆 |
| CN113789537A (zh) * | 2021-09-09 | 2021-12-14 | 氢克新能源技术(上海)有限公司 | 一种气体扩散层及其制备方法 |
| CN113957470A (zh) * | 2021-10-13 | 2022-01-21 | 清华大学 | 多孔扩散层及其制备方法和质子交换膜电解水制氢装置 |
| CN114540851A (zh) * | 2022-02-17 | 2022-05-27 | 武汉理工大学 | 一种新型阳极扩散层及质子交换膜水电解池 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Investigation of thin/well-tunable liquid/gas diffusion layers exhibiting superior multifunctional performance in low-temperature electrolytic water splitting;Zhenye Kang等;《Energy Environ. Sci.》;20171231;第10卷;第166-175页 * |
| Zhenye Kang等.Investigation of thin/well-tunable liquid/gas diffusion layers exhibiting superior multifunctional performance in low-temperature electrolytic water splitting.《Energy Environ. Sci.》.2017,第10卷第166-175页. * |
| 孔隙率间隔分布扩散层的PEM燃料电池性能;刘坤等;《武汉理工大学学报》;20081025;第30卷(第10期);第127-130页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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