Узел мембрана-электрод и способ его получения

 

Изобретение относится к электрохимической промышленности, в частности к узлу мембрана-электрод и способу его изготовления, согласно изобретению узел мембрана-электрод состоит из катионообменной мембраны, которая изготовлена из гидролизованного сополимера тетрафторэтилена и простого винилового эфира, который содержит перфторсерогруппу, с РЕ=900-1300, и пористых слоев электродного материала, изготовленного из электрокатализатора, неактивного электропроводного материала и фторполимера, агглутинирующий материал расположен на обеих поверхностях катионообменной мембраны. Катионообменная мембрана, которая содержит фтор, изготовлена из гидролизованного сополимера тетрафторэтилена со сложным виниловым эфиром, который содержит перфторсерогруппу, имеющего степень кристалличности между 2 и 8%, получены пористые слои электродного материала, который имеет пористость между 40 и 70%, уменьшающуюся в направлении поверхности катионообменной мембраны с градиентом пористости от 5 до 15% на 1 мкм. Указанный узел мембрана-электрод использован в топливных батареях, при электролизе воды и в других электрохимических процессах. Техническим результатом изобретения является улучшение электрохимических свойств узла мембрана-электрод. 4 с. и 6 з.п.ф-лы.

Текст описания в факсимильном виде (см. графическую часть).

Формула изобретения

1. Узел мембрана-электрод, содержащий фторсодержащую катионообменную мембрану, изготовленную из гидролизованного сополимера тетрафторэтилена с перфторсеросодержащим простым виниловым эфиром, и слои пористого электродного материала, изготовленные из электрокатализатора, электропроводного неактивного материала и фторполимерного связующего и расположенные на обеих поверхностях катионообменной мембраны, отличающийся тем, что фторсодержащую катионообменную мембрану получают из гидролизованного сополимера тетрафторэтилена с перфторсеросодержащим простым виниловым эфиром, который имеет степень кристалличности 2-8%, и слои пористого электродного материала получают с пористостью 40-70%, которая снижается в направлении поверхности катионообменной мембраны с градиентом пористости 5-15% на 1 мкм.

2. Узел мембрана-электрод по п.1, отличающийся тем, что пористые слои электродного материала получены из смеси, содержащей мас.%: 20-85 электрокатализатора, 10-60 электропроводного неактивного материала, 2-8 катионообменного фторсополимера, идентичного фторсополимеру, из которого изготовлена катионообменная мембрана, и 3-15 политетрафторэтилена.

3. Узел мембрана-электрод по п.1, отличающийся тем, что пористые слои электродного материала изготовлены из смеси, содержащей мас.%: 65-95 электрокатализатора, 1-35 электропроводного неактивного материала, 1-9 катионообменного фторсополимера, идентичного фторсополимеру, из которого изготовлена катионообменная мембрана.

4. Узел мембрана-электрод, содержащий фторсодержащую катионообменную мембрану, изготовленную из гидролизованного сополимера тетрафторэтилена с перфторсеросодержащим простым виниловым спиртом, и слои пористого электродного материала, изготовленные из электрокатализатора, электропроводного неактивного материала и фторполимерного связующего и расположенные на обеих поверхностях катионообменной мембраны, отличающийся тем, что фторсодержащая катионообменная мембрана получена из гидролизованного сополимера тетрафторэтилена с перфторсеросодержащим сложным виниловым эфиром и третьим модифицирующим сомономером, который может быть выбран из следующих соединений: этилен, перфтор-2-метилен-4-метил-1,3-диоксолан и перфторалкилированный сложный виниловый эфир с С₁-С₃ алкильной группой.

5. Узел мембрана-электрод по п.4, отличающийся тем, что пористые слои электродного материала получены из смеси, содержащей мас.%: 20-85 электрокатализатора, 10-60 электропроводного неактивного материала, 2-8 катионообменного фторсополимера, идентичного фторсополимеру, из которого изготовлена катионообменная мембрана, и 3-15 политетрафторэтилена.

6. Узел мембрана-электрод по п.4, отличающийся тем, что пористые слои электродного материала изготовлены из смеси, содержащей мас.%: 65-95 электрокатализатора, 1-35 электропроводного неактивного материала, 1-9 катионообменного фторсополимера, идентичного фторсополимеру, из которого изготовлена катионообменная мембрана.

7. Способ получения узла мембрана-электрод, включающий нанесение смеси электрокатализатора и электропроводного неактивного материала с фторсодержащим полимерным связующим на обе поверхности катионообменной мембраны, которая получена из гидролизованного сополимера тетрафторэтилена с перфторсеросодержащим простым виниловым эфиром, и тепловую обработку, отличающийся тем, что катионообменная мембрана, которая изготовлена из гидролизованного сополимера тетрафторэтилена с перфторсодержащим простым виниловым эфиром, имеет степень кристалличности 2-8%, на обе поверхности катионообменной мембраны наносят смесь электрокатализатора, электропроводного неактивного материала и 1-5%-ного раствора катионообменного фторсополимера, идентичного фторсополимеру, из которого изготовлена катионообменная мембрана, в смеси органических растворителей, тепловую обработку осуществляют по схеме многоступенчатого увеличения температуры от 20-35°С до 80-100°С, причем пористость электродных слоев снижается в направлении поверхности катионообменной мембраны со скоростью 5-15% на 1 мкм.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что смесь электрокатализатора, электропроводного неактивного материала и 1-5%-ного раствора катионообменного фторсополимера, идентичного фторсополимеру, из которого изготовлена катионообменная мембрана, в смеси неорганических растворителей наносят на обе стороны катионообменной мембраны.

9. Способ получения узла мембрана-электрод, включающий нанесение смеси электрокатализатора и электропроводного неактивного материала с фторсодержащим полимерным связующим на обе поверхности катионообменной мембраны, которая получена из гидролизованного сополимера тетрафторэтилена с перфторсеросодержащим сложным виниловым эфиром, и тепловую обработку, отличающийся тем, что используют катионообменную мембрану, полученную из гидролизованного сополимера тетрафторэтилена с перфторсодержащим сложным виниловым эфиром и третьим модифицирующим сомономером, который может быть выбран из следующих соединений: этилен, перфтор-2-метилен-4-метил-1,3-диоксолан и перфторалкилированный сложный виниловый эфир с С₁-С₃ алкильной группой.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что смесь электрокатализатора, электропроводного неактивного материала и 1-5%-ного раствора катионообменного фторсополимера, идентичного фторсополимеру, из которого изготовлена катионообменная мембрана, в смеси неорганических растворителей наносят на обе стороны катионообменной мембраны.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22, Рисунок 23, Рисунок 24, Рисунок 25, Рисунок 26, Рисунок 27, Рисунок 28, Рисунок 29, Рисунок 30, Рисунок 31, Рисунок 32, Рисунок 33, Рисунок 34, Рисунок 35, Рисунок 36, Рисунок 37, Рисунок 38, Рисунок 39, Рисунок 40, Рисунок 41, Рисунок 42, Рисунок 43, Рисунок 44