提高碱性电解海水电极寿命的电解液改性及电解液和应用

本发明涉及一种提高碱性电解海水电极寿命电解液改性方法，属于制氢。

背景技术：

1、氢气具有能量密度高、能量转化效率优异且无污染等特点，被视为应对环境和能源问题的理想能源选择。目前，制氢方式主要可以分为四种：化石燃料制氢、工业副产物制氢、电解水制氢和生物质制氢。其中，电解水制氢是最可行的策略之一。然而，随着电解水制氢产业的快速推广将加剧淡水资源的匮乏，限制人类的可持续发展。而海水资源丰富(约占全球水储量96.5％) 以及海上风电飞速发展，将二者耦合(电解海水制氢)是理想的制氢模式(“绿电+绿氢”)。但海水成分非常复杂，涉及的化学物质及元素有92种。其中具有代表性的阴离子是cl-(0.53m)，使得电解海水制氢过程中，阳极面临的主要挑战是，氯离子以及氯离子氧化的产物(次氯酸根离子)对阳极的腐蚀缩短阳极的电极寿命。因此提高阳极的寿命是直接电解海水过程中至关重要的一步。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种提高碱性电解海水电极寿命电解液改性方法，利用有机阴离子在阳极表面通过原位电聚合作用在电极表面原位形成聚酒石酸有机膜，通过空间位阻和静电排斥作用延缓氯离子对阳极的腐蚀，从而提高碱性电解海水或盐水过程中阳极的寿命，为碱性电解海水电解液添加剂的选择提供新视角。

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提高碱性电解海水电极寿命电解液改性方法，其包括：向作为电解液的碱性电解液处理的海水和/或盐水中加入有机阴离子盐获得改性电解液，在阳极表面原位生成有机聚合物膜，通过空间位阻延缓氯离子对阳极的腐蚀。

4、进一步地，所述含有机阴离子盐，包括酒石酸盐、柠檬酸盐和苹果酸盐中的任意一种或两种以上的组合。

5、进一步地，所述有机阴离子的盐中有机阴离子的浓度与所述电解液中氯离子浓度比为1：40-50.

6、本发明向碱性海水或盐水中加入有机阴离子盐添加剂，所述添加剂包括酒石酸盐、柠檬酸盐和苹果酸盐。改性电解液在电压或电流的作用下，有机阴离子吸附在电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和静电排斥作用延缓氯离子对电极的腐蚀，提高碱性海水制氢过程中电极的寿命。

7、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

8、(1)本发明提高电解制氢过程中阳极稳定性的电解液改性方法，利用海水或盐水电解制备氢过程中有机阴离子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，阻碍溶液中氯离子与电极的接触，达到延缓氯离子腐蚀阳极的效果，从而提高海水或盐水电解制氢过程中阳极的稳定性；尤其是涉及电解海水或盐水中酒石酸根、柠檬酸根和苹果酸根等有机阴离子在阳极表面通过原位电聚合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，从而提高阳极的稳定性。

9、(2)本发明提高直接电解海水制氢过程中阳极稳定性的电解液改性方法，其中，在电解液中添加有机阴离子盐，添加的有机阴离子在电流和/或电压的作用下通过电聚合作用在电极表面原位形成有机聚合物膜，起到延缓腐蚀的作用。

技术特征：

1.一种提高碱性电解海水电极寿命的电解液改性方法，其特征在于：向作为碱性海水或盐水电解液中加入有机阴离子盐，获得改性电解液。

2.根据权利要求1所述的电解液改性方法，其特征在于：所述有机阴离子盐，包括酒石酸盐、柠檬酸盐或苹果酸盐中的任意一种或两种以上的组合。

3.根据权利要求2所述的电解液改性方法，其特征在于：所述酒石酸盐，包括酒石酸钠、酒石酸钾、酒石酸铵中的任意一种或两种以上的组合；

4.根据权利要求1所述的电解液改性方法，其特征在于：有机阴离子盐包括酒石酸氢钠、酒石酸钠、酒石酸钾、酒石酸氢钾、酒石酸铵、酒石酸氢铵、柠檬酸一钠、柠檬酸二钠、柠檬酸钠、柠檬酸一钾、柠檬酸二钾、柠檬酸钾、柠檬酸一铵、柠檬酸二铵、柠檬酸铵、苹果酸一钠、苹果酸二钠、苹果酸一钾、苹果酸二钾、苹果酸一铵、苹果酸二铵中的任意一种或两种以上的组合。

5.根据权利要求1-4任一项所述的电解液改性方法，其特征在于：所述电解液中所述有机阴离子盐中阴离子与氯离子的摩尔浓度之比为1:20-200，优选为1:30-100,更优选为1:40-50。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的电解液改性方法，其特征在于：所述碱性海水或盐水电解液，是指将碱性物质溶解于海水和/或盐水中，形成碱处理的海水和/或盐水；所述碱性物质的浓度为0.1m-8m，优选为1m-6m,更优选为2-4m，优选地，所述碱性物质包括氢氧化钠和氢氧化钾中的任意一种或两种。

7.根据权利要求1所述的电解液改性方法，其特征在于：所述盐水是指以nacl为溶质的盐的水溶液浓度为0.1-2.5m，浓度优选为0.5-2.0m,更加优选为1.8-1.9m。

8.一种由权利要求1-7中任何一项所述方法制备的改性电解液。

9.一种权利要求8所述改性电解液作为电解液在海水或盐水制氢过程中的应用。

技术总结本发明公开了一种提高碱性电解海水电极寿命电解液改性方法。所述提高碱性电解海水电极寿命电解液改性方法：向碱性海水或盐水中加入有机阴离子盐添加剂，所述添加剂包括酒石酸盐、柠檬酸盐和苹果酸盐。本发明提供的提高碱性电解海水电极寿命电解液改性方法在于改性电解液在电压或电流的作用下，有机阴离子吸附在电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和静电排斥作用延缓氯离子对电极的腐蚀，提高碱性海水制氢过程中电极的寿命。技术研发人员：王二东,贺腾腾,刘乾锋,樊贺飞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：2024/5/27