直接电解海水用电极及其合成方法与流程

本公开属于电解海水制氢，具体涉及一种直接电解海水用电极及其合成方法。

背景技术：

1、电解水制氢是绿氢制备方法，然而高能耗以及消耗淡水资源的问题确客观存在，随着风电等可再生能源装机逐渐深远海化，海上风电装机规模也迅速扩大，海上风电的消纳问题和深远海输电的高成本，为海上风电的发展带来了前所未有的挑战。针对此，采用风电耦合海水制氢是实现由化石能源向绿色清洁能源转变的理想途径，同时该方法既可以促进新能源电力消纳，又可以缓解因大量消耗淡水所引起的资源分配问题。

2、目前海水制氢技术主要有海水间接制氢和海水直接制氢，其中，海水间接制氢是将海水先淡化形成高纯度淡水再制氢，其本质是淡水制氢，即需要将海水淡化技术与电解、光解、热解等水解制氢技术的结合，但该方法较为复杂，耗时较长。海水直接制氢主要是通过电解水制氢或光解水制氢，但该方法的技术难度较大，大多处于试验阶段。

3、另外，目前电解海水制氢领域应用最广的是碱性电解水技术，该技术所用的电极主要是镍基金属电极，在面对复杂的海水环境时，海水中高浓度的氯离子会导致析氯反应，进而对镍基金属电极产生很强的腐蚀，造成电极失活；其次海水中的钙镁离子在电解过程中容易结垢。针对上述问题，目前有采用在电极表面形成催化层和阻垢层，有效防止海水中结垢离子的沉积，同时催化产氢和产氧反应，但仍存在析氯反应，对电极造成腐蚀，极大地缩短了电极的使用寿命，不利于直接电解海水制氢技术的推广应用。

技术实现思路

1、本公开旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种直接电解海水用电极及其合成方法。

2、本公开的一方面，提供一种直接电解海水用电极的合成方法，所述合成方法包括：

3、提供镍基电极基体；

4、对所述镍基电极基体进行表面氧化层处理；

5、在处理后的镍基电极基体上电沉积铁离子与镍离子；

6、将沉积有铁离子与镍离子的镍基电极基体和磷酸盐在惰性气氛下高温煅烧，得到直接电解海水用电极。

7、可选地，所述镍基电极基体具有孔结构。

8、可选地，所述镍基电极基体采用泡沫镍或镍网。

9、可选地，所述对所述镍基电极基体进行表面氧化层处理，包括：

10、将镍基电极基体进行酸洗；或者，

11、将镍基电极基体进行退火处理。

12、可选地，所述在处理后的镍基电极基体上电沉积铁离子与镍离子，包括：

13、将处理后的镍基电极基体作为工作电极，铂板电极作为辅助电极，铁盐与镍盐的水溶液作为电解液，通以电流，使电解液中的铁离子与镍离子沉积在镍基电极基体上。

14、可选地，在所述镍基电极基体具有孔结构时，铁离子与镍离子沉积在所述镍基电极基体的孔结构中。

15、可选地，在电沉积过程中，电解液的温度为55-65℃，电流密度为30-60ma/cm2；和/或，

16、所述铁盐采用硝酸铁或氯化铁；和/或，

17、所述镍盐采用硝酸镍或氯化镍。

18、可选地，所述磷酸盐采用正磷酸盐或酸式磷酸盐。

19、可选地，所述高温煅烧的温度为300-350℃，时间为2-3h，惰性气氛为n2。

20、本公开的另一方面，提出一种直接电解海水用电极，该电极采用前文记载的方法制得。

21、本公开提供一种直接电解海水用电极及其合成方法，合成方法包括：提供镍基电极基体；对所述镍基电极基体进行表面氧化层处理；在处理后的镍基电极基体上电沉积铁离子与镍离子；将沉积有铁离子与镍离子的镍基电极基体和磷酸盐在惰性气氛下高温煅烧，得到直接电解海水用电极。通过将金属材料与非金属材料分步沉积，以实现铁、镍以及磷产物分别沉积于电极上，有利于促进析氧反应；同时还可以调整电极的电位，使合成的镍基电极电位与海水中氯离子相匹配，产生同离子效应，使得海水中的氯离子远离电极，避免析氯反应的发生，进一步降低对电极的腐蚀，提高直接电解海水反应器装置中电极的运行寿命及稳定性，从而提高反应器运行的运行效率、降低产氢单位能耗等关键参数。

技术特征：

1.一种直接电解海水用电极的合成方法，其特征在于，所述合成方法包括：

2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述镍基电极基体具有孔结构。

3.根据权利要求2所述的合成方法，其特征在于，所述镍基电极基体采用泡沫镍或镍网。

4.根据权利要求1至3任一项所述的合成方法，其特征在于，所述对所述镍基电极基体进行表面氧化层处理，包括：

5.根据权利要求1至3任一项所述的合成方法，其特征在于，所述在处理后的镍基电极基体上电沉积铁离子与镍离子，包括：

6.根据权利要求5所述的合成方法，其特征在于，在所述镍基电极基体具有孔结构时，铁离子与镍离子沉积在所述镍基电极基体的孔结构中。

7.根据权利要求5所述的合成方法，其特征在于，在电沉积过程中，电解液的温度为55-65℃，电流密度为30-60ma/cm2；和/或，

8.根据权利要求1至3任一项所述的合成方法，其特征在于，所述磷酸盐采用正磷酸盐或酸式磷酸盐。

9.根据权利要求1至3任一项所述的合成方法，其特征在于，所述高温煅烧的温度为300-350℃，时间为2-3h，惰性气氛为n2。

10.一种直接电解海水用电极，其特征在于，所述电极采用权利要求1至9任一项所述的合成方法制得。

技术总结本公开提供一种直接电解海水用电极及其合成方法，属于电解海水制氢技术领域。合成方法包括：提供镍基电极基体；对镍基电极基体进行表面氧化层处理；在处理后的镍基电极基体上电沉积铁离子与镍离子；将沉积有铁离子与镍离子的镍基电极基体和磷酸盐在惰性气氛下高温煅烧，得到直接电解海水用电极。通过将金属材料与非金属材料分步沉积，以实现铁、镍以及磷产物分别沉积于电极上，有利于促进析氧反应；同时还可调整电极的电位，使电极电位与海水中氯离子接近，产生同离子效应，使得海水中的氯离子远离电极，避免析氯反应的发生，降低对电极的腐蚀，提高电极运行寿命及稳定性，从而提高反应器的运行效率、降低产氢单位能耗。技术研发人员：王伟,王金意,张畅,任志博,王韬,刘丽萍,郭伟琦,闫旭鹏,吴展受保护的技术使用者：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/29