一种镍钼铜合金电极、其制备方法及应用

本发明涉及电气元件，更具体地，涉及一种镍钼铜合金电极、其制备方法及应用。

背景技术：

1、当前光伏、风电等新能源发电受到地域性和周期性等特点的限制，对电网的调峰调频带来了巨大的压力。采用电解水制氢的技术及时消纳新能源发电产生的电力的可靠手段。

2、在电解水制氢工业中，电催化剂的性能是决定制氢电解槽中小室电压、制氢效率的关键。传统的铂、钯等贵金属修饰催化剂催化性能优异，但是由于其原料稀缺、价格昂贵等原因而无法满足大规模的应用的需求。目前，大型电解槽中使用的多为镍基催化剂材料制备的电极。但是，当前使用的镍基电极材料的催化性能不足，导致电解小室需要的更大的电压才能达到目标电流密度，这极大地降低了电解槽效率，同时也会导致电极材料的电化学腐蚀，进而降低电解设备的使用稳定性和寿命。因此，需要进一步提高电极的催化性能来降低阴极与阳极的过电位，进而提高电解槽的整体效率对于电力能源的有效利用和新能源行业的发展就显得尤为重要。

3、目前电极开发可以从以下方面着手：一是构造高比面积电极结构，增加电解液与电极的接触面积；二是优化电极组成，通过合金化的方式提升电极的活性和稳定性；三是在电极表面引入保护层，降低电化学反应对电极催化层结构的冲击，提升电极寿命。例如，公告号为cn 114318393 b的中国发明专利申请公开了一种多孔镍钼钴析氢电极的制备方法，通过电化学腐蚀方法，合金中的铜在电极表面形成多孔结构镍钼催化层，提高了电解的比表面积；钴金属有机层经高温煅烧，钴原子掺杂进入镍钼合金，并在电极表面形成碳包覆层，钴掺杂和碳包覆层可以有效抑制电解制氢过程镍钼合金中钼元素的溶出，提高电极的稳定性。公告号为cn 115110108 b的中国发明专利提供了了一种多孔镍钼合金电催化材料的制备方法，利用应力腐蚀和择优腐蚀原理，先通过大塑性变形获得残余应变，接着一步去合金化方法制备了多孔镍钼合金电催化材料，所述电催化材料的微观形貌由众多微米颗粒组成，每个微米颗粒上存在着双尺度微纳孔隙。然而，性能更加优异的电极材料组分构成以及更加便捷的电极材料制备方法还有待开发。

技术实现思路

1、由于现有技术存在上述缺陷，本发明提供了一种具有高催化活性的镍钼铜合金电极、其制备方法及应用，提升可规模化生产制备的析氢电极的催化活性和使用寿命，以此解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择。

2、为实现上述目的，第一方面，本发明提供一种镍钼铜合金电极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

3、步骤s1、镀液的配制：取硫酸镍、钼酸钠、硫酸铜、硫酸钠、柠檬酸钠、甘氨酸配制成混合溶液，用硫酸和氨水调节ph值在3-11的范围内，随后陈化2-48小时；

4、步骤s2、合金镀层的电沉积制备：将配制好的溶液置于电解槽中，采用电镀工艺即可在经过预处理后的金属片表面上沉积得到镍钼铜合金电极。

5、所述制备方法基于传统的电镀工艺，通过对镀液组分进行合理调控，在金属片基底上电沉积得到镍钼铜合金电极，方法简便易行，可批量化生产。

6、进一步地，所述硫酸钠的浓度为0.05～1.20m；所述钼酸钠的浓度为0.05～1.00m；所述硫酸铜的浓度为0.001～0.2m；所述柠檬酸钠的浓度为0.10～1.50m；所述甘氨酸的浓度为0.005～0.10m；所述镀液采用二次去离子水、在室温环境下配制而成。

7、进一步地，所述电镀工艺中采用碳棒作为惰性阳极，预处理后的金属片作为阴极。

8、进一步地，所述金属片的预处理工艺为砂纸打磨→脱油脱脂→超声清洗→冷风干燥。

9、进一步地，所述金属片为钛片或镍片。

10、进一步地，所述电镀工艺中阴极电流密度应控制在0.5～4a/dm2，镀液的温度应控制在40～80℃。

11、第二方面，本发明提供一种镍钼铜合金电极，其特征在于，采用上述的制备方法制备而成。

12、进一步地，所述电极包括金属片基底以及其上的镍钼铜镀层；所述镍钼铜镀层为三维多孔结构。

13、进一步地，所述三维多孔结构由微米颗粒组成；所述微米颗粒尺寸为5～15μm，呈现由纳米颗粒组成花状结构；所述微米颗粒之间形成微米级孔隙。

14、再一方面，本发明提供一种上述的镍钼铜合金电极在电解水制氢领域的应用。

15、与现有技术相比，上述发明具有如下优点或者有益效果：

16、(1)本发明的合金电极通过制备得到镍钼铜三元合金电极材料，相对于贵金属具有价格优势，其中钼元素起到提高镍的催化活性和材料稳定性作用，微量铜元素起到调控合金电极形貌的作用；

17、(2)本发明的合金电极具有三维多孔结构，因此具有增大的比表面积，可以提供更多的反应活性位点，增加反应速率；

18、(3)本发明的制备方法适用于大规模生产，产品的制造成本低。

技术特征：

1.一种镍钼铜合金电极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种镍钼铜合金电极的制备方法，其特征在于，所述硫酸钠的浓度为0.05～1.20m；所述钼酸钠的浓度为0.05～1.00m；所述硫酸铜的浓度为0.001～0.2m；所述柠檬酸钠的浓度为0.10～1.50m；所述甘氨酸的浓度为0.005～0.10m；所述镀液采用二次去离子水、在室温环境下配制而成。

3.根据权利要求1或2所述的一种镍钼铜合金电极的制备方法，其特征在于，所述电镀工艺中采用碳棒作为惰性阳极，预处理后的金属片作为阴极。

4.根据权利要求1或2所述的一种镍钼铜合金电极的制备方法，其特征在于，所述金属片的预处理工艺为砂纸打磨→脱油脱脂→超声清洗→冷风干燥。

5.根据权利要求3所述的一种镍钼铜合金电极的制备方法，其特征在于，所述金属片为钛片或镍片。

6.根据权利要求3所述的一种镍钼铜合金电极的制备方法，其特征在于，所述电镀工艺中阴极电流密度应控制在0.5～4a/dm2，镀液的温度应控制在40～80℃。

7.一种镍钼铜合金电极，其特征在于，采用权利要求1至6任一项所述的制备方法制备而成。

8.根据权利要求7所述的一种镍钼铜合金电极，其特征在于，所述电极包括金属片基底以及其上的镍钼铜镀层；所述镍钼铜镀层为三维多孔结构。

9.根据权利要求8所述的一种镍钼铜合金电极，其特征在于，所述三维多孔结构由微米颗粒组成；所述微米颗粒尺寸为5～15μm，呈现由纳米颗粒组成花状结构；所述微米颗粒之间形成微米级孔隙。

10.如权利要求7至9任一项所述的镍钼铜合金电极在电解水制氢领域的应用。

技术总结本发明公开了一种镍钼铜合金电极、其制备方法及应用。所述制备方法取硫酸镍、钼酸钠、硫酸铜、硫酸钠、柠檬酸钠、甘氨酸配制镀液，基于传统的电镀工艺，通过对镀液组分进行合理调控，在金属片基底上电沉积得到镍钼铜合金电极，方法简便易行，可批量化生产。所述合金电极通过两种过渡族元素与镍元素进行合金化，提高镍的本征催化活性和材料的稳定性，且具有大比表面积的三维多孔结构，可以提供更多的反应活性位点，增加反应速率。技术研发人员：孟新静受保护的技术使用者：上海电力大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29