改性优化析氢电极的方法、析氢电极和制氢装置与流程

本发明涉及电解水制氢，更具体地，涉及改性优化析氢电极的方法、析氢电极和制氢装置。

背景技术：

1、碱性水电解制氢是实现可再生能源大规模储存和利用的重要媒介，能够有效的实现能量的转化、储存和利用，但是电解过程能耗较高，这大大限制了碱性水电解制氢技术的市场应用。发展高性能碱性水电解技术的关键在于保证电流密度的条件下降低小室电解电压，而其中降低析氢反应的过电位对降低小室电解电压起到关键作用。

2、商业上目前采用喷涂的方法在基材上喷涂含有镍铝元素的涂层，其后再用浸出液浸出部分铝，从而制备出析氢电极。该方法由于加工效率高而被普遍接纳，但是该方法制备的涂层镍铝合金化不充分，与基材的结合强度不高，容易出现性能下降和涂层脱落的现象，从而影响了析氢电极的性能以及寿命，表现为小室电压不断升高，制氢过程能耗升高。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供改性优化析氢电极的方法、析氢电极和制氢装置，以解决用以解决现有技术中电活性不高及容易脱落等问题。

2、根据本发明的第一方面，提供了一种改性优化析氢电极的方法，包括：

3、将析氢电极前驱体在无氧氛围下或低氧氛围下进行热处理，冷却得到改性优化的含镍铝涂层析氢电极前驱体；

4、将所述改性优化的含镍铝涂层析氢电极前驱体用活化液浸渍或者组装至电解槽中、隔绝氧气进行原位活化，得到改性优化的析氢电极。

5、优选地，所述析氢电极前驱体包括镍、铜、钼、钴、钒、铁、铬、锰、锌、铝中的一种或多种。

6、优选地，所述析氢电极前驱体为含镍铝涂层析氢电极前驱体。

7、优选地，所述含镍铝涂层析氢电极前驱体的制备方法包括：

8、将镍粉、铝粉混合得到镍铝混合粉，然后采用物理或化学的方法将所述镍铝混合粉负载至表面粗化处理的电极基材上，得到所述含镍铝涂层析氢电极前驱体；

9、采用物理或化学的方法优选为喷涂方式；所述电极基材优选为镍丝网。

10、优选地，所述表面粗化处理包括：

11、将所述电极基材进行喷砂和/或抛丸处理；或者使用物理或化学的方法刻蚀使所述电极基材表面粗化。

12、优选地，所述物理或者化学方法包括：等离子喷涂、火焰喷涂、超音速喷涂、爆炸喷涂中的任一种。

13、优选地，所述热处理的升温速率为2-10℃/min，最高温度为400-900℃，处理时间为3-300min。

14、优选地，所述热处理的升温速率为5℃/min，最高温度为600℃，处理时间为60min。

15、优选地，所述无氧氛围为真空或者氮气、氩气、氢气中的一种或多种。

16、根据本发明的第二方面，提供了一种析氢电极，使用所述的改性优化析氢电极的方法制得。

17、根据本发明的第三方面，提供了一种制氢装置，包括所述的析氢电极。

18、根据本发明公开的技术内容，具有如下有益效果：

19、本申请提供的改性优化析氢电极的方法，通过热处理，对现有析氢电极的性能和结构进行优化，使其具有良好的析氢催化活性和稳定性。

20、进一步的，本申请提供的改性优化析氢电极的方法，通过调控升温速率、热处理温度以及反应时间，对现有含镍铝涂层析氢电极的性能和结构进行了优化；其中，热处理的温度过低会导致含镍铝涂层析氢电极的析氢催化性能达不到改善的效果，温度过高会造成镍铝的离析，甚至铝与氮气发生反应生成氮化铝，同样不利于含镍铝涂层析氢电极的析氢催化性能提升，因此将热处理温度控制在500℃～900℃最适宜。其中，热处理温度600℃时含镍铝涂层析氢电极的改性优化效果最优。

21、另外，在热处理过程中，反应氛围中没有氧气，避免了因氧气导致金属的氧化，从而影响改性优化后含镍铝涂层析氢电极的析氢催化性能；同时，无氧氛围不能含有可与含镍铝涂层析氢电极中元素发生反应的气体，进一步保证了改性优化后的含镍铝涂层析氢电极的析氢催化性能。

22、相比于现有的含镍铝涂层析氢电极，通过本发明提供的改性优化方法得到的含镍铝涂层析氢电极，其元素间合金化更充分，镍及其他元素与铝之间的分布更加均匀，当铝被浸出后，多孔镍的孔径更加一致、均匀，提高了电极的析氢催化性能；通过本发明所述的方法改性优化后的含镍铝涂层析氢电极应用于碱性水电解制氢电解槽，表现出良好的析氢催化性能，降低了制氢过程能耗，并且稳定性良好。

23、本发明采用的热处理方法，所需设备简单，工艺操作方便，条件可控。通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

技术特征：

1.一种改性优化析氢电极的方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的改性优化析氢电极的方法，其特征在于，所述析氢电极前驱体包括镍、铜、钼、钴、钒、铁、铬、锰、锌、铝中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述的改性优化析氢电极的方法，其特征在于，所述析氢电极前驱体为含镍铝涂层析氢电极前驱体。

4.根据权利要求3所述的改性优化析氢电极的方法，其特征在于，所述含镍铝涂层析氢电极前驱体的制备方法包括：

5.根据权利要求4所述的改性优化析氢电极的方法，其特征在于，所述表面粗化处理包括：

6.根据权利要求4所述的改性优化析氢电极的方法，其特征在于，所述物理或化学方法包括：等离子喷涂、火焰喷涂、超音速喷涂、爆炸喷涂中的任一种。

7.根据权利要求1所述的改性优化析氢电极的方法，其特征在于，所述热处理的升温速率为2-10℃/min，最高温度为400-900℃，处理时间为3-300min。

8.根据权利要求7所述的改性优化析氢电极的方法，其特征在于，所述热处理的升温速率为5℃/min，最高温度为600℃，处理时间为60min。

9.根据权利要求1-8任一项所述的改性优化析氢电极的方法，其特征在于，所述无氧氛围为真空或者氮气、氩气、氢气中的一种或多种。

10.一种析氢电极，其特征在于，使用权利要求1-9任一项所述的改性优化析氢电极的方法制得。

11.一种制氢装置，其特征在于，包括权利要求10所述的析氢电极。

技术总结本发明公开了一种改性优化析氢电极的方法、析氢电极和制氢装置，涉及电解水制氢领域。改性优化析氢电极的方法，包括：将析氢电极前驱体在无氧氛围或低氧氛围下进行热处理，冷却得到改性优化的含镍铝涂层析氢电极前驱体；将所述改性优化的含镍铝涂层析氢电极前驱体用活化液浸渍或者组装至电解槽中、隔绝氧气进行原位活化，得到改性优化的析氢电极。析氢电极，使用所述的改性优化析氢电极的方法制得。制氢装置，包括所述的析氢电极。本申请提供的改性优化析氢电极的方法，通过热处理，对现有析氢电极的性能和结构进行优化，使其具有良好的析氢催化活性和稳定性。技术研发人员：王杰鹏,刘岩岩,肖文涛,李非凡,张安然,王童童,马颖,孟晓宇,李黎明,宋时莉受保护的技术使用者：中船（邯郸）派瑞氢能科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/27