一种碱性电解海水或盐水电解液及改性方法和应用

本发明公开了一种碱性电解海水电解液改性方法，涉及制氢。

背景技术：

1、氢能在助力实现“双碳”目标中扮演重要的角色。相比于传统的碳基制氢方式(煤制氢、天然气制氢和工业副产物制氢)，电解水制氢(h2o→h2+o2)是最具潜力的制氢技术之一。而电解水产业的快速推广势必会加快淡水资源的匮乏，而海水资源丰富(约占全球水储量96.5％)，将电解水制氢的水源转为取之不尽用之不竭海水则将是未来氢能产业发展的战略方向。相比电解水制氢，电解海水制氢是面临诸多挑战，主要可以分为以下两个原因：(1)海水中高氯离子浓度(0.53m)通过在电极表面的吸附(m+cl-→m-clads+e-、m-clads+cl-→mclx-、mclx-+oh-→m(oh)x+cl-)、转化最终形成对应金属的氢氧化物，导致电极塌陷稳定性下降。(2)氯析出反应(cl-+2oh-→clo-+2e-)与氧析出反应(4oh-→h2o+o2+4e-)之间的竞争反应导致氧析出反应的选择性下降即法拉第效率降低，而氯析出反应的反应产物(次氯酸根离子)同样也可以加快电极腐蚀，导致碱性电解海水过程中运行稳定性差。而如何实现抑制氯离子及其氧化产物(次氯酸根离子)对阳极的腐蚀是其大规模应用的关键。因此从电解液角度寻求合适的解决氯离子及其氧化产物(次氯酸根离子)对电极的腐蚀问题是电解海水制氢关键性的一步。

技术实现思路

1、针对现有技术不足，本发明提供一种碱性电解海水电解液改性方法，其主要是通过在碱性海水或盐水电解液中加入噻吩，使的噻吩在阳极表面通过原位电聚合作用在电极表面形成聚合物膜，通过空间位阻作用延缓氯离子剂其氧化产物(次氯酸根离子)对阳极的腐蚀，从而提高直接电解海水和盐水过程中阳极的工作寿命，为碱性电解海水制氢电解液添加剂的选择提供新的解决策略。

2、为实现上述发明目的，本发明实施例采用的技术方案包括：

3、本发明实施例提供了一种碱性电解海水电解液改性方法，其包括：向碱性海水和/或盐水中加入五元杂环化合物获得改性电解液，在阳极表面原位生成有机聚合物膜，通过空间位阻作用延缓氯离子及其氧化产物(次氯酸根离子)对阳极的腐蚀。

4、进一步地，所述含有机杂环化合物，包括一个杂原子的五元单环化合物、两个杂原子的五元单环化合物、一个杂原子的五元稠环化合物和两个杂原子的五元稠环化合物中的至少一种。

5、进一步地，所述有机杂环化合物有机单体小分子的浓度与所述电解液中氯离子浓度比为1:10-15.

6、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

7、(1)本发明旨在提高碱性电解海水制氢阳极稳定性的电解液改性方法，利用海水或盐水电解制氢过程中五元杂环化合物在电压的作用下在阳极表面原位电聚合生成有机聚合物膜，通过空间位阻作用，延缓溶液中氯离子及其氧化产物(次氯酸根离子)与电极的接触，从而达到延缓氯离子及其氧化产物(次氯酸根离子)腐蚀阳极的效果，从而提高碱性电解海水或盐水电解制氢过程中阳极的稳定性；尤其是涉及碱性海水或盐水电解中一个杂原子的五元单环化合物、两个杂原子的五元单环化合物、一个杂原子的五元稠环化合物和两个杂原子的五元稠环化合物在阳极表面通过原位电聚合作用在阳极表面生成有机聚合物膜通过空间位阻的作用延缓氯离子对阳极的腐蚀，从而使得阳极的稳定性明显提高。

8、(2)本发明碱性电解海水电解液改性方法，其中，在碱性电解液中添加五元杂环化合物，添加的五元杂环化合物在电压的作用下通过电聚合作用在阳极表面原位电聚合形成有机聚合物膜，起到延缓腐蚀的作用，达到延长电极工作的寿命目的。

技术特征：

1.一种碱性电解海水或盐水电解液改性方法，其特征在于包括：向作为碱性海水和/或盐(氯化钠)水电解液中加入五元杂环化合物，获得改性碱性电解液。

2.根据权利要求1所述的改性方法，其特征在于：所述五元杂环化合物，包括一个杂原子的五元单环化合物、两个杂原子的五元单环化合物、一个杂原子的五元稠环化合物或两个杂原子的五元稠环化合物中的任意一种或两种以上的组合；

3.根据权利要求1或2所述的电解液改性方法，其特征在于：

4.根据权利要求1-3任一项所述的电解液改性方法，其特征在于；所述五元杂环化合物的浓度与所述电解液中氯离子摩尔浓度之比优选1:2-40；更优选为1:5-30，更加优选为1：10-15。

5.一种权利要求1-4任何一项所述方法制备的改性电解液。

6.一种碱性电解海水或盐水电解液，其特征在于：所述碱性海水和/或盐(氯化钠)水电解液中含有五元杂环化合物；

7.根据权利要求6所述的电解液，其特征在于：所述五元杂环化合物，包括一个杂原子的五元单环化合物、两个杂原子的五元单环化合物、一个杂原子的五元稠环化合物或两个杂原子的五元稠环化合物中的任意一种或两种以上的组合；

8.根据权利要求6或7所述的电解液，其特征在于：

9.一种权利要求5-8任一所述的电解液作为电解液在电解水制氢过程中的应用。

技术总结本发明涉及制氢技术领域，公开了一种碱性电解海水电解液改性方法。本发明的改性方法：向高浓度的碱性氯化钠溶液中添加有机杂环化合物，获得改性电解液，通过电极的腐蚀断裂选择最佳有机添加剂。本发明提供的有机添加剂噻吩在阳极表面通过原位电聚合作用在电极表面形成有机聚合物膜通过空间位阻作用延缓氯离子对电极的腐蚀使得电极耐腐蚀性强，提高碱性电解海水制氢过程中阳极的寿命。技术研发人员：王二东,贺腾腾,刘乾锋受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/5/20