一种高稳定性的膜电极及其制备方法、应用其的水电解槽

技术领域

本发明属于电解水制氢技术领域，具体涉及一种高稳定性的膜电极及其制备方法、应用其的水电解槽。

背景技术

相比质子交换膜(PEM)水电解制氢技术，阴离子膜(AEM)水电解制氢技术可选用纯水或低浓度碱性溶液用作电解质，可使用成本低的高活性非贵金属催化剂，具有成本低和性能优异的优点，具有较优的发展前景。阴离子膜(AEM)水电解制氢技术的核心部件为膜电极，膜电极主要由气体扩散层、催化层和阴离子膜组成。

但是，在AEM水电解电解槽的运行过程中，阳极侧发生氧析出反应，催化层中的金属催化剂容易发生溶解，导致催化层结构坍塌，进而机械脱落，在一定程度上使AEM水电解电解槽的水电解催化性能下降，且提升了堵塞制氢管道的风险，严重影响AEM水电解设备的长时间稳定性运行。

因此，需要制备高稳定性、水电解性能优异的膜电极，以实现AEM水电解制氢设备高效和稳定的长时间运行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高稳定性的膜电极及其制备方法、应用其的水电解槽，本发明提供的膜电极结构稳定性佳、水电解催化性能优异，可以使应用其的水电解槽保持长时间的运作，且制氢效率高。

根据本发明的第一个方面，提供一种高稳定性的膜电极，膜电极包括依次层叠设置的阳极气体扩散层、阳极催化层、阴离子交换膜、阴极催化层、阴极气体扩散层；其中，阳极催化层由以下步骤制备得到：S1.将铁酸镍催化剂、聚四氟乙烯、阴离子交换膜离聚物与溶剂混合，搅拌均匀后，制得铁酸镍催化剂浆料；S2.将铁酸镍催化剂浆料涂覆于阳极气体扩散层上，干燥，制得膜电极中间体，并将膜电极中间体于惰性气体中，在300～500℃的保温温度下保温5～60分钟，制得阳极催化层。

本发明选用聚四氟乙烯(Poly tetra fluoroethylene，PTFE)、阴离子交换膜离聚物(ionomer)与铁酸镍催化剂共混制浆，并在300～500℃下共同进行热解反应。在该温度下，PTFE会以熔融状态分散在阳极催化层中，部分阴离子交换膜离聚物会发生热解反应，使阳极催化层形成大量微孔结构，且疏水性得到提升。从而有效改善阳极催化层的孔隙结构，令制得的阳极催化层具有高孔隙率，可以提升气体传导速率，暴露出阳极催化层更多催化活性位点，进而提高应用该阳极催化层的膜电极的催化效率。若S2中反应温度过高，制得的阳极催化层结构松散容易坍塌；若S2中反应温度过低，制得的阳极催化层的结构改善效果不明显，对提升催化效率的改进较小。

并且，本发明选用的聚四氟乙烯可以充当粘结剂，采用包含聚四氟乙烯的铁酸镍催化剂浆料进行制备阳极催化层，通过将该铁酸镍催化剂浆料涂覆到阳极气体扩散层上，再共同于300～500℃的温度下进行反应，不仅可以使阳极催化层与阳极气体扩散层粘接紧密，大大降低阳极催化层发生破裂或从阳极气体扩散层上脱落的可能性，从而增强了阳极催化层的稳定性和使用寿命，进一步提升应用该膜电极的水电解槽在运行过程中的稳定性。而且还使阳极催化层中的铁酸镍催化剂与聚四氟乙烯粘接紧密，可以降低铁酸镍催化剂脱落的可能性，避免阳极催化层发生结构坍塌。其次，选用非贵金属的铁酸镍催化剂和聚四氟乙烯，还可以有效降低制备膜电极的原料成本。

优选地，溶剂选自水、异丙醇中至少一种。

优选地，溶剂为异丙醇与水的混合溶液，其中，该混合溶液中异丙醇与水的质量比为1：1。

优选地，在S2中，烘干温度为50～90℃。

优选地，在S2中，烘干温度为80℃。

优选地，在S2中，保温温度为350℃，保温时间为30分钟。

通过控制保温温度和保温时间，可以使制得的阳极催化层具有更佳的结构稳定性，降低阳极侧催化层从阳极气体扩散层脱落的可能性，并且避免阳极催化层中铁酸镍催化剂的金属离子大量溶解，有效降低阳极催化层发生破裂的可能性，进一步提升阳极催化层的结构稳定性。

优选地，在S2中，升温速度为2～10℃/min。

若在S2中升温过快，熔融状态的聚四氟乙烯和部分阴离子交换膜离聚物的热解反应过快，容易导致阳极催化层的孔洞过大、孔道结构不均匀，影响阳极催化层的结构稳定性；若在S2中升温过慢，则煅烧需要耗费的时间过长，提高了生产的时间成本，不利于大规模生产。

优选地，升温速度为5℃/min。

优选地，在S2中，惰性气体选自氮气、氩气、氦气中至少一种。

优选地，在S1中，按照质量计算，铁酸镍催化剂：聚四氟乙烯：阴离子交换膜离聚物＝100：1～30：1～30。

以阳极催化层中的铁酸镍催化剂作为基准，调整聚四氟乙烯与阴离子交换膜离聚物的添加量，使铁酸镍催化剂与聚四氟乙烯、阴离子交换膜离聚物的投料质量比为100：1～30：1～30，可以令该阳极催化层具有更多催化活性位点，使制得的阳极催化层的催化性能进一步得到提升。并且铁酸镍催化剂与聚四氟乙烯、阴离子交换膜离聚物的投料配比，还对铁酸镍催化剂浆料的分散性造成一定影响，当投料质量比落入上述范围内时，铁酸镍催化剂浆料中固态物质在S2的干燥的过程中，不易发生聚集，则制得阳极催化层更均匀、催化性能更稳定。

优选地，在阳极催化层中，按照质量计算，铁酸镍催化剂：聚四氟乙烯：阴离子交换膜离聚物＝100：10：15。

优选地，在S1中，在铁酸镍催化剂浆料中，铁酸镍催化剂的质量体积浓度为3～15mg/mL。

通过调控铁酸镍催化剂浆料中溶剂的量，令铁酸镍催化剂的质量体积浓度为3～15mg/mL，从而调节铁酸镍催化剂浆料的粘度。使铁酸镍催化剂浆料涂覆在阳极气体扩散层上时，不易流淌到其他地方。还可以令铁酸镍催化剂浆料设置的厚度适中，有利于后续的干燥操作顺畅进行。

优选地，在S1中，在铁酸镍催化剂浆料中，铁酸镍催化剂的质量体积浓度为10mg/mL。

优选地，在阳极催化层中，铁酸镍催化剂的载量为0.5～15mg/cm

通过调整铁酸镍催化剂浆料的涂覆量，令铁酸镍催化剂的载量落入上述范围内，可以使制得的阳极催化剂具有优秀的催化性能。若载量过小，则阳极催化层中的有效催化成分过少，不利于氧析出催化反应；若载量过大，则阳极催化层的结构过于致密，不利于气体的传导，且导电性降低，欧姆阻抗增加，会增加氧析出反应过电势。

优选地，在阳极催化层中，铁酸镍催化剂的载量为8mg/cm

优选地，在S2中，采用喷涂、滴涂、涂布中至少一种的方式，将铁酸镍催化剂浆料涂覆于所述阳极气体扩散层上。

优选地，阳极气体扩散层选自泡沫镍、镍网、镍毡中至少一种。

选用上述结构松散、含较多空隙的含镍物料作为阳极气体扩散层，有利于气体的扩散，且阳极气体扩散层与阳极催化层之间的相容性佳，有利于膜电极在水电解制氢过程中保持高结构稳定性。

优选地，阳极气体扩散层的厚度为0.2～1mm。

优选地，阳极气体扩散层采用浓度为0.1～2mol/L的盐酸溶液和/或硫酸溶液进行酸洗，并用去离子水清洗，烘干。

优选地，阴离子交换膜离聚物的型号选自ALkymer、Fumasep、Versogen、Sustainion中至少一种，且阴离子交换膜的厚度为10～100μm。

当选用上述阴离子交换膜离聚物时，制得的阳极催化层具有更多的催化反应活性位点，还有利于阳极催化层上的催化活性位点与阴离子交换膜之间进行氢氧根运输，并且使铁酸镍催化剂在铁酸镍催化剂浆料中的分散性更佳。

优选地，阴离子交换膜的厚度为为50μm。

优选地，在阴极催化层中，包括铂碳催化剂和阴离子交换膜离聚物。

优选地，在阴极催化层中，按照质量计算，铂碳催化剂：阴离子交换膜离聚物＝100：1～30。

优选地，在阴极催化层中，按照质量计算，铂碳催化剂：阴离子交换膜离聚物＝100：15。

优选地，在阴极催化层中，铂碳催化剂的载量为0.1～2mg/cm

优选地，在阴极催化层中，铂碳催化剂的载量为0.5mg/cm

优选地，阴极气体扩散层选自碳纸、碳布、碳毡中至少一种。

优选地，阴极气体扩散层的厚度为0.2～1mm。

根据本发明的第二个方面，提供一种制备高稳定性的膜电极的方法，包括以下步骤：S1.将铁酸镍催化剂、聚四氟乙烯、阴离子交换膜离聚物与溶剂混合，搅拌均匀后，制得铁酸镍催化剂浆料；S2.将铁酸镍催化剂浆料涂覆于阳极气体扩散层上，烘干，制得膜电极中间体，并将膜电极中间体于惰性气体中，在300～500℃的保温温度下保温5～60分钟，制得依次层叠设置的阳极气体扩散层、阳极催化层；S3.将阳极气体扩散层、阳极催化层、阴离子交换膜、阴极催化层、阴极气体扩散层依次层叠设置，热压，制得高稳定性的膜电极，其中，热压压力为100～600psi，热压温度为20～80℃，热压时间为1～60分钟。

该制备方法使阳极气体扩散层与阳极催化层结合紧密，还可以使阳极催化层暴露出更多的催化活性位点，更有利于膜电极进行电解反应。并且，采用上述热压条件的热压法制备膜电极，可以改善膜电极的平整度，使膜电极的厚度均匀一致，并且消除各层之间的空隙，令阳极气体扩散层、阳极催化层、阴离子交换膜、阴极催化层、阴极气体扩散层依次贴合紧密，缩短了离子的扩散距离，降低膜电极的内阻。其次，该制备方法工艺简单，有效提升膜电极的集成装配效率，易于大规模产业化制备生产。

优选地，在S1中，搅拌速率为500～20000rpm，搅拌时间为10～60分钟。

调整S1中制备铁酸镍催化剂浆料所用的搅拌速度和搅拌时间，使铁酸镍催化剂浆料中的物料分散良好，且当搅拌速率为500～20000rpm，搅拌时间为10～60分钟时，可以令搅拌导致的升温温度小于5℃，避免因操作导致的升温使铁酸镍催化剂浆料中的铁酸镍团聚，进而影响制得的阳极催化层的结构均匀性和催化性能。

优选地，在S1中，搅拌速率为8000rpm，搅拌时间为30分钟。

优选地，在S3中，热压压力为300psi，热压温度为50℃，热压时间为15分钟。

通过上述热压条件制得的膜电极，具有良好的结构稳定性，各层之间粘接良好，在电解水制氢过程中，不易发生脱落。

根据本发明的第三个方面，提供一种水电解槽，包括上述高稳定性的膜电极。

本发明提供的水电解槽包含上述高稳定性的膜电极，可以降低膜电极部分脱落、堵塞制氢通路的风险，使水电解槽可以保持长时间地运作，且该高稳定性的膜电极的催化效率高，由此使发明的水电解槽具有高制氢效率。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例1

实验组1-1

本实验组提供一种高稳定性的膜电极，该膜电极包括依次层叠设置的阳极气体扩散层、阳极催化层、阴离子交换膜、阴极催化层、阴极气体扩散层。在本实验组中，用铁酸镍催化剂浆料制备阳极催化层，该铁酸镍催化剂浆料选用聚四氟乙烯(PTFE)乳液，选用型号为ALkymer的阴离子交换膜离聚物(ionomer)溶液，选用异丙醇与水的质量比为1：1的混合溶液作为溶剂，其中，在铁酸镍催化剂浆料中，铁酸镍催化剂：聚四氟乙烯：阴离子交换膜离聚物的质量比为100：10：15。

用阴极催化剂浆料制备阴极催化层，该阴极催化剂浆料选用铂碳催化剂作为阴极催化剂，选用型号为ALkymer的阴离子交换膜离聚物溶液，其中铂碳催化剂与阴离子交换膜离聚物溶液的质量比为100：15。

选用厚度为0.6mm的泡沫镍作为阳极气体扩散层；选用厚度为50μm的型号为ALkymer的阴离子膜作为阴离子交换膜；选用厚度为0.3mm的碳纸作为阴极气体扩散层。

S1.称取500mg铁酸镍催化剂、50mg聚四氟乙烯、75mg阴离子交换膜离聚物与溶剂混合均匀，并经过用高速剪切机以8000rpm的搅拌速率，搅拌30分钟，超声分散，配制得到浓度为10mg/mL的铁酸镍催化剂浆料。

S2.将阳极气体扩散层加热至80℃，并将铁酸镍催化剂浆料少量多次涂布到阳极气体扩散层上，使铁酸镍催化剂的载量为8mg/cm

S3.将阴极催化剂与阴离子交换膜离聚物溶液分散在异丙醇中，经过高速剪切机混匀和超声分散，制备成浓度为10mg/mL的阴极催化剂浆料，将阴极催化剂浆料涂布在阴离子交换膜上，最后将阳极气体扩散层、阳极催化层、阴离子交换膜、阴极催化层、阴极气体扩散层依次层叠设置，热压，制得该高稳定性的膜电极。其中，热压压力为300psi，热压温度为50℃，热压时间为15分钟。

实验组1-2

本实验组参照实验组1-1提供的用于制备高稳定性的膜电极的方法，制备一种高稳定性的膜电极，本实验组与实验组1-1的区别在于：在S2中，将膜电极中间体于300℃的保温温度下进行保温60分钟。其余原料配比、制备方法与实验组1-1严格保持一致。

实验组1-3

本实验组参照实验组1-1提供的用于制备高稳定性的膜电极的方法，制备一种高稳定性的膜电极，本实验组与实验组1-1的区别在于：在S2中，将膜电极中间体于500℃的保温温度下进行保温5分钟。其余原料配比、制备方法与实验组1-1严格保持一致。

实施例2

实验组2-1

本实验组参照实验组1-1提供的用于制备高稳定性的膜电极的方法，制备一种高稳定性的膜电极，本实验组与实验组1-1的区别在于：在S2中，升温速度为2℃/min。其余原料配比、制备方法与实验组1-1严格保持一致。

实验组2-2

本实验组参照实验组1-1提供的用于制备高稳定性的膜电极的方法，制备一种高稳定性的膜电极，本实验组与实验组1-1的区别在于：在S2中，升温速度为10℃/min。其余原料配比、制备方法与实验组1-1严格保持一致。

实施例3

实验组3-1

本实验组参照实验组1-1提供的用于制备高稳定性的膜电极的方法，制备一种高稳定性的膜电极，本实验组与实验组1-1的区别在于：在阳极催化层中，按照质量计算，铁酸镍催化剂：聚四氟乙烯：阴离子交换膜离聚物＝100：1：1，具体为S1中的铁酸镍催化剂浆料中包括500mg铁酸镍催化剂、5mg聚四氟乙烯、5mg阴离子交换膜离聚物。其余原料配比、制备方法与实验组1-1严格保持一致。

实验组3-2

本实验组参照实验组1-1提供的用于制备高稳定性的膜电极的方法，制备一种高稳定性的膜电极，本实验组与实验组1-1的区别在于：在阳极催化层中，按照质量计算，铁酸镍催化剂：聚四氟乙烯：阴离子交换膜离聚物＝100：30：30，具体为在铁酸镍催化剂浆料中包括500mg铁酸镍催化剂、150mg聚四氟乙烯、150mg阴离子交换膜离聚物。其余原料配比、制备方法与实验组1-1严格保持一致。

实施例4

实验组4-1

本实验组参照实验组1-1提供的用于制备高稳定性的膜电极的方法，制备一种高稳定性的膜电极，本实验组与实验组1-1的区别在于：在S3中，采用50psi的热压压力，15℃的热压温度，70分钟的热压时间。其余原料配比、制备方法与实验组1-1严格保持一致。

实验组4-2

本实验组参照实验组1-1提供的用于制备高稳定性的膜电极的方法，制备一种高稳定性的膜电极，本实验组与实验组1-1的区别在于：在S3中，采用100psi的热压压力，20℃的热压温度，60分钟的热压时间。其余原料配比、制备方法与实验组1-1严格保持一致。

实验组4-3

本实验组参照实验组1-1提供的用于制备高稳定性的膜电极的方法，制备一种高稳定性的膜电极，本实验组与实验组1-1的区别在于：在S3中，采用600psi的热压压力，80℃的热压温度，1分钟的热压时间。其余原料配比、制备方法与实验组1-1严格保持一致。

实验组4-4

本实验组参照实验组1-1提供的用于制备高稳定性的膜电极的方法，制备一种高稳定性的膜电极，本实验组与实验组1-1的区别在于：在S3中，采用700psi的热压压力，90℃的热压温度，45秒的热压时间。其余原料配比、制备方法与实验组1-1严格保持一致。

对比例1

对照组1

本对照组参照实验组1-1提供的用于制备高稳定性的膜电极的方法，制备一种高稳定性的膜电极，本对照组与实验组1-1的区别在于：在S1中，采用等量的阴离子交换膜离聚物代替实验组1-1采用的聚四氟乙烯。其余原料配比、制备方法与实验组1-1严格保持一致。

对照组2

本对照组参照实验组1-1提供的用于制备高稳定性的膜电极的方法，制备一种高稳定性的膜电极，本对照组与实验组1-1的区别在于：在S1中，采用等量的聚四氟乙烯代替实验组1-1采用的阴离子交换膜离聚物。其余原料配比、制备方法与实验组1-1严格保持一致。

对照组3

本对照组参照实验组1-1提供的用于制备高稳定性的膜电极的方法，制备一种高稳定性的膜电极，本对照组与实验组1-1的区别在于：在S1中，选用等量的聚偏二氟乙烯(PVDF)代替实验组1-1选用的聚四氟乙烯。其余原料配比、制备方法与实验组1-1严格保持一致。

对照组4

本对照组参照实验组1-1提供的用于制备高稳定性的膜电极的方法，制备一种高稳定性的膜电极，本对照组与实验组1-1的区别在于：在制备膜电极的过程中，省略S2的保温操作，直接将干燥后的膜电极中间体与阴离子交换膜、阴极催化层、阴极气体扩散层依次层叠设置，进行热压。其余原料配比、制备方法与实验组1-1严格保持一致。

对照组5

本对照组参照实验组1-1提供的用于制备高稳定性的膜电极的方法，制备一种高稳定性的膜电极，本对照组与实验组1-1的区别在于：在S2中，将膜电极中间体于200℃的保温温度下保温70分钟。其余原料配比、制备方法与实验组1-1严格保持一致。

对照组6

本对照组参照实验组1-1提供的用于制备高稳定性的膜电极的方法，制备一种高稳定性的膜电极，本对照组与实验组1-1的区别在于：在S2中，将膜电极中间体于600℃的保温温度下保温3分钟。其余原料配比、制备方法与实验组1-1严格保持一致。

测试例

参试对象：将实施例1～4制得的高稳定性的膜电极、对比例1制得的膜电极，分别与阴极板(带流场)、阳极极板(带流场)、端板和绝缘板组装成水电解槽，以组装得到的水电解槽作为参试对象。

测试项目及测试方法：

(1)欧姆阻抗：使用电化学工作站，工作电极线WE和工作传感电极线WS连接阴极侧极板，参比电极线RE和辅助电极线接阳极侧极板。在开路电位下测试参试对象的恒压交流阻抗，高频设置为10000Hz，低频为1Hz，振幅为10mV。测试结果拟合后，记录欧姆阻抗值。

(2)电解槽水电解性能：使用电化学工作站，工作电极线WE和工作传感电极线WS连接阴极侧极板，参比电极线RE和辅助电极线接阳极侧极板。采用恒电流测试方法，在0～1A/cm

(3)稳定性测试：使用电化学工作站，工作电极线WE和工作传感电极线WS连接阴极侧极板，参比电极线RE和辅助电极线接阳极侧极板。以0.5A/cm

(4)催化层损失量：使用电化学工作站，工作电极线WE和工作传感电极线WS连接阴极侧极板，参比电极线RE和辅助电极线接阳极侧极板。以0.5A/cm

(5)槽压波动：使用电化学工作站，工作电极线WE和工作传感电极线WS连接阴极侧极板，参比电极线RE和辅助电极线接阳极侧极板。以0.5A/cm

测试结果：本测试例中参试对象的原料组成和制备工艺如表1所示，本测试例测得的测试数据如表2所示。

表1.本测试例中参试对象的原料组成和制备工艺

表2.本测试例测得的测试数据

结果分析：

从表1与表2所示的数据来看，实施例1～4制得的高稳定性的膜电极相较于对比例1制得的膜电极，具有更低的欧姆阻抗、更佳的稳定性、更高的水电解性能和循环寿命。将实验组1-1提供的高稳定性的膜电极与对照组1～4提供的膜电极进行对比，从表2所示的测试数据可知，实验组1-1提供的高稳定性的膜电极具有更低的欧姆阻抗、暂态测试槽压和平均槽压，且槽压波动小、电解前后的催化层的质量损失少，即采用铁酸镍催化剂、聚四氟乙烯、阴离子交换膜离聚物经过高温热解，共同制得的膜电极具有更佳的结构稳定性，且更有利于水电解槽的离子迁移和气体扩散。由此说明，选用聚四氟乙烯、阴离子交换膜离聚物与铁酸镍催化剂共混制浆，并在300～500℃下共同进行热解反应。在该温度下，PTFE会以熔融状态分散在阳极催化层中，部分阴离子交换膜离聚物会发生热解反应，使阳极催化层形成大量微孔结构，且疏水性得到提升。从而有效改善阳极催化层的孔隙结构，令制得的阳极催化层具有高孔隙率，可以提升气体传导速率，暴露出阳极催化层更多催化活性位点，进而提高应用该阳极催化层的膜电极的催化效率。还可以令阳极催化层与阳极气体扩散层粘接紧密，大大降低阳极催化层发生破裂或从阳极气体扩散层上脱落的可能性，从而增强了阳极催化层的稳定性和使用寿命，进一步提升应用该膜电极的水电解槽在运行过程中的稳定性。

将实验组1-1提供的高稳定性的膜电极与对照组5～6提供的膜电极进行对比，可以发现实验组1-1测得的综合性能均比对照组5～6测得的性能好，这说明在S2中的高温热解反应中，采用300～500℃的保温温度、5～60分钟的保温时间制得的膜电极更佳。对照组5中保温温度过低，制得的阳极催化层的结构改善效果不明显，对提升催化效率的改进较弱。对照组6中保温温度过高，制得的阳极催化层结构松散容易坍塌。进一步探究最佳的保温条件，将实施例1制得的高稳定性的膜电极在表2中的数据进行对比，可以发现实验组1-1提供的高稳定性的膜电极测得的综合性能最佳，具有最佳的稳定性和水电解性能。由此说明，通过控制保温温度为350℃、保温时间为30分钟，可以令制得的阳极催化层具有更佳的结构稳定性，降低阳极侧催化层从阳极气体扩散层脱落的可能性，并且避免阳极催化层中铁酸镍催化剂大量溶解，有效降低阳极催化层发生破裂的可能性，进一步提升阳极催化层的结构稳定性。

将实验组1-1与实施例2制得的高稳定性的膜电极在表2中的数据进行对比，可以发现，随着S2中升温速度的提升，制得的膜电极中阳极催化层的结构稳定性与催化性能呈现先提升后降低的趋势。若在S2中升温过快，熔融状态的聚四氟乙烯和部分阴离子交换膜离聚物的热解反应过快，会导致阳极催化层的孔洞过大、孔道结构不均匀，不能提高阳极催化层的结构稳定性；若在S2中升温过慢，则煅烧需要耗费的时间过长，提高了生产的时间成本，不利于大规模生产。其中，当S2中升温速度为5℃/min时，由此制得的阳极催化层包含较多的微孔结构，也包含较多的催化活性位点。

将实验组1-1与实施例3制得的高稳定性的膜电极的综合性能进行对比，可以发现，实验组1-1与实施例3提供的高稳定性的膜电极均具有良好的结构稳定性，当应用于水电解槽中时，也均使水电解槽具有优秀的水电解性能。由此说明，当铁酸镍催化剂与聚四氟乙烯、阴离子交换膜离聚物的投料质量比为100：1～30：1～30时，可以令该阳极催化层具有更多催化活性位点，使制得的阳极催化层的催化性能得到进一步的提升。并且当投料质量比在上述范围内时，铁酸镍催化剂浆料中固态物质在S2的干燥的过程中，不易发生聚集，则制得阳极催化层更均匀、催化性能更稳定。其中，实验组1-1中令铁酸镍催化剂、聚四氟乙烯、阴离子交换膜离聚物的质量比为100：10：15，使由此制得的阳极催化层具有更佳的催化性能。

将表2中实验组1-1与实施例4制得的高稳定性的膜电极的测试数据进行对比，可以看出，实验组1-1与实验组4-2～4-3制得的高稳定性的膜电极具有更低的欧姆阻抗和催化层损失率，当该高稳定性的膜电极应用于水电解槽中时，可以提供更长的循环寿命与更佳的催化性能。由此说明，采用热压压力为100～600psi，热压温度为20～80℃，热压时间为1～60分钟的热压条件进行制备膜电极时，可以进一步改善膜电极的平整度，使膜电极的厚度均匀一致，并且消除各层之间的空隙，令阳极气体扩散层、阳极催化层、阴离子交换膜、阴极催化层、阴极气体扩散层依次贴合紧密，缩短了离子的扩散距离，进一步降低膜电极的内阻。其中，在实验组1-1与实施例4提供的膜电极中，实验组1-1制得的高稳定性的膜电极具有最佳的循环稳定性与电化学性能，说明实验组1-1选用热压压力为300psi，热压温度为50℃，热压时间为15分钟的条件为最佳的热压条件，可以使制得高稳定性的膜电极，具有良好的结构稳定性，各层之间粘接良好，在电解水制氢过程中，不易发生脱落。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。