一种电解水制氢电催化材料及其制备方法和电解水制氢电催化电极与流程

本发明涉及电解水制氢电催化电极材料领域，具体地，涉及一种电解水制氢电催化材料及其制备方法和电解水制氢电催化电极。

背景技术：

1、在“双碳”目标的大背景下，氢能作为二次能源载体，受到广泛关注，是当前的研究热点技术领域。随着减碳、低碳能源转型，氢能必将成为未来的主要能源载体之一。氢能的制备技术，在能源转型中的地位将达到前所未有的高度。如何高效率低成本实现氢能的制备，成为氢能行业研究的重要课题。

2、目前，氢能的制备主要围绕着新材料、新工艺和新方法来展开。随着制氢装备产业的发展，制氢电解槽朝着大标方、大容量的方向发展，电解槽的规格也由小于500nm3/h向1000nm3/h，甚至大于3000nm3/h迈进。为此，需要有性能优良、尺幅面积大的制氢电极与之匹配。高性能、大尺幅新型电催化剂的制备及其应用，对于降低制氢能耗、制氢设备成本及制氢安全性，满足大标方氢能装备的开发和应用，进而推进氢能的广泛应用，是目前在能源转型大背景下产业研究的前沿和热点。

3、目前，受限于材料或是工艺制备过程等，具有大尺幅的电解水制氢电极的制备工艺复杂，较难实现，材料和生产成本均较高，且电极的性能往往也具有一定的局限性。

技术实现思路

1、针对上述现有技术，本发明的目的在于提供一种应用于电极时性能优良，采用常规喷涂工艺即可制备，能够有效实现大尺幅电极的制备，可广泛应用于碱性水电解制氢领域，降低电解水制氢能耗的一种电解水制氢电催化材料及其制备方法和电解水制氢电催化电极。

2、为了实现上述目的，本发明提供了一种电解水制氢电催化材料的制备方法，所述制备方法包括：

3、s100、对基材进行清洁，完成基材的前处理；

4、s200、在基材上制备双金属氢氧化物，得到中间体；

5、s300、对得到的中间体粉碎，而后去除其中的基材粉末，获得双金属氢氧化物粉末；

6、s400、将获得的双金属氢氧化物粉末与铝粉和镍粉混合，获得电解水制氢电催化材料；其中，

7、步骤s400中，所述双金属氢氧化物粉末、所述铝粉和所述镍粉的用量的重量比为2-5:1:0.8-1.5。

8、对此，本发明的方案在于：通过在基材上制备出具有优良性能的双金属氢氧化物，而后与铝粉和镍粉按照一定的比例进行混合，基于上述材料的协同性能，形成一种新的具有高导电性和优异性能的催化材料。

9、进一步地，这里制备的双金属氢氧化物的结构没有特殊要求，例如，不需要为具有自支撑结构。本发明中，仅需要其材料为含有两种金属元素的双金属氢氧化物即可。

10、优选地，所述基材选自金属多孔和/或金属网状材料；

11、和/或，所述双金属氢氧化物为铁镍金属氢氧化物。

12、优选地，所述基材采用的金属选自铁和/或镍。

13、优选地，所述基材为泡沫铁。

14、优选地，所述泡沫铁的比表面积为1.5-2m2/g，其面密度需要尽可能较低，因此，在更为具体的限定中，其面密度为100-300g/m2。

15、优选地，步骤s200具体包括：

16、s201、制备镍盐前驱体溶液，向镍盐前驱体溶液中加入硫酸，制得混合溶液；

17、s202、将泡沫铁置于步骤s201中制得的混合溶液中反应后取出，得到预制体；

18、s203、将得到的预制体进行旋转操作，至预制体上析出结晶，制备获得中间体。

19、优选地，步骤s201中，所述镍盐前驱体溶液由至少一种可溶性镍盐的水溶液组成；

20、和/或，步骤s201中，所述混合溶液中，硫酸的浓度为0.1-0.5mol/l。

21、优选地，所述镍盐前驱体溶液包括硝酸镍。

22、优选地，所述镍盐前驱体溶液中，所述硝酸镍的浓度为1-3mol/l。

23、优选地，步骤s202中，反应过程为浸泡反应，浸泡的时间为10min-2h；

24、和/或，步骤s203中，可以通过对结晶程度进行衡量，以确保反应效率达到预期值。这里的结晶程度的评估可以采用本领域技术人员能够理解和使用的方式。例如，一种更为具体的实施例中，可以按照如下标准判断：当析出的结晶满足在所述泡沫铁表面的覆盖率不低于90％时，可以认为反应效率达到预期值，此时可以停止进行旋转操作，获得中间体。

25、优选地，步骤s400中，所述双金属氢氧化物粉末、所述铝粉和所述镍粉的粒径为20-80nm。

26、本发明还提供了一种电解水制氢电催化材料，采用上述所述的制备方法制得。

27、优选地，所述电解水制氢电催化材料还包括粘合剂。

28、本发明还提供了一种电解水制氢电催化电极，所述电解水制氢电催化电极包括基体，以及粘附于所述基体表面的根据上述所述的电解水制氢电催化材料。

29、优选地，所述基底选自镍网、泡沫镍、镍毡或泡沫铁镍合材料。

30、优选地，所述电解水制氢电催化材料采用热喷涂方式粘附于所述基体上；

31、和/或，所述基体在粘附所述电解水制氢电催化材料后，还包括置于碱液中进行碱化。

32、需要进一步说明的是，在采用热喷涂工艺进行操作时，喷涂过程的参数(包括但不限于喷涂温度)调节，以及粘合剂的含量等，可以根据采用的基体，以及操作环境等影响因素进行相应的调整。本领域技术人员能够根据实际情况进行相应的适配性调节，在此不多作赘述。

33、通过上述技术方案，本发明先制备出粉末状的双金属氢氧化物催化剂，并与特定比例的铝镍混合，形成多组分催化剂，再将催化剂通过热喷涂工艺喷涂到基材上，制备出新型电极。该方法制备的电极充分发挥了双金属氢氧化物的良好的催化性能与稳定性和镍粉、铝粉的良好催化性能和优良的导电性，并通过喷涂工艺将催化剂喷涂至电极上，形成电极。本发明制备的电极迎合电解槽大型化的产业路径，性能优良，适合在多种基材上制备电极，且满足了电极材料的大尺幅、高效率生产的工业化制备电极的要求，具有技术先进性、材料易得性和便于工业化生产的特定，具有市场前景。

34、本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

技术特征：

1.一种电解水制氢电催化材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述基材选自金属多孔和/或金属网状材料；

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述基材为泡沫铁；

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤s200具体包括：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤s201中，所述镍盐前驱体溶液由至少一种可溶性镍盐的水溶液组成；

6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，步骤s202中，反应过程为浸泡反应，浸泡的时间为10min-2h；

7.根据权利要求1-5中任意一项所述的制备方法，其特征在于，步骤s400中，所述双金属氢氧化物粉末、所述铝粉和所述镍粉的粒径为20-80nm。

8.一种电解水制氢电催化材料，其特征在于，采用权利要求1-7中任意一项所述的制备方法制得；

9.一种电解水制氢电催化电极，其特征在于，所述电解水制氢电催化电极包括基体，以及粘附于所述基体表面的根据权利要求8所述的电解水制氢电催化材料；

10.根据权利要求9所述的电解水制氢电催化电极，其特征在于，所述电解水制氢电催化材料采用热喷涂方式粘附于所述基体上；

技术总结本发明公开了一种电解水制氢电催化材料及其制备方法和电解水制氢电催化电极，制备方法包括：S100、对基材进行清洁，完成基材的前处理；S200、在基材上制备双金属氢氧化物，得到中间体；S300、对得到的中间体粉碎，而后去除其中的基材粉末，获得双金属氢氧化物粉末；S400、将获得的双金属氢氧化物粉末与铝粉和镍粉混合，获得电解水制氢电催化材料；其中，步骤S400中，所述双金属氢氧化物粉末、所述铝粉和所述镍粉的用量的重量比为2‑5:1:0.8‑1.5。本发明的电催化材料在应用于电极时性能优良，采用常规喷涂工艺即可制备，能够有效实现大尺幅电极的制备，可广泛应用于碱性水电解制氢领域，降低电解水制氢能耗。技术研发人员：檀建东,袁锋,王庐山,张培,邾晶晶受保护的技术使用者：安徽清氢能源科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/19