一种具有抗碱腐蚀覆层的碱性电解槽极板的制作方法

本技术涉及一种具有抗碱腐蚀覆层的碱性电解槽极板，属于氢能制备与利用。

背景技术：

1、氢气因其无污染、热值高等优点，是当前最具发展前景的清洁能源。根据氢气的来源，可以将氢气分为灰氢、蓝氢、绿氢。绿氢在制备过程中可以实现零碳排放量，因此也被称为最纯正的绿色能源。目前，氢气的制备可以通过多种途径实现，主要有石油/天然气裂解重整制氢、水煤法制氢、焦炉煤气冷冻制氢和电解水制氢。相较于前三种制氢方法，只有电解水制氢能够真正意义上摆脱对化石能源的依赖，属于所谓的“绿氢”。

2、碱性电解水技术是电解水领域中实现最早，也是目前电解水技术中最为成熟的方式。碱性电解水所使用的电解槽主体结构由若干片极板、催化剂网和高分子隔膜相互交叠固定形成。极板充当导电体和电极的双重作用，是电解槽中最重要的部件之一。极板的状态直接关系到电解槽的工作效率和工作安全性。

3、目前，极板主体主要使用普通低碳钢材料制成，其抗碱腐蚀能力弱。而电解槽在实际工作中面对的是高温(70～95℃)的浓碱水溶液，对普通低碳钢材料的腐蚀十分剧烈，极易导致极板的腐蚀失效。为了降低腐蚀影响，一般主要在极板表面电沉积一层40～50μm厚的金属ni镀层，ni镀层起到保护极板主体和催化电解水反应的双重作用。虽然金属ni具有较好的抗碱腐蚀能力，但是电沉积的ni镀层不可避免的存在微孔和裂纹等缺陷，特别在ni镀层厚度超过20μm以上时，由于镀层内应力累积会导致裂纹的大幅增加。在碱性介质中，这些裂纹会成为腐蚀介质的侵蚀中心，受到镀层内应力和腐蚀介质的双重作用，这些微孔和裂纹会不断蔓延、加深。实际工作的极板中，ni镀层的部分裂纹会贯穿到作为基底的普通低碳钢，使高温的浓碱水溶液沿着裂纹侵入对普通低碳钢基底产生腐蚀，易造成极板主体腐蚀穿孔，进而使电解槽工作失常，甚至引发电解槽爆炸。

4、高熵合金覆(涂)层是一类新型的涂层种类，其具有高硬度、耐磨损、高耐蚀等优异性能，近年来受到学界和产业界的广泛关注。普遍认为这些优异性能源于合金的四大效应，即，高熵效应、晶格畸变效应、缓慢扩散效应以及鸡尾酒效应的相互作用。磁控溅射技术是制备高熵合金覆层的有效途径，通过不同合金元素的同步沉积过程，可以实现不同类型的高熵合金覆层的可控制备。

5、针对电沉积ni镀层(广泛存微孔和裂纹等缺陷)难以长期保护极板主体不受高温浓碱水溶液腐蚀这一问题，急需一种具有抗腐蚀性能，具有高工作稳定性和安全性的碱性电解槽极板。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种具有在高温浓碱水溶液环境中具有很强的抗腐蚀性能的具有抗碱腐蚀覆层的碱性电解槽极板，解决极板在高温浓碱水溶液的工作环境中易被腐蚀的问题，从而提升电解槽的工作稳定性、安全性和服役寿命。

2、为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种具有抗碱腐蚀覆层的碱性电解槽极板，包括极板主体、形成在所述极板主体表面的fe层、形成在所述fe层上的fealcucrcomn层、及形成在所述fealcucrcomn层上的ni层。

3、进一步地，所述fealcucrcomn层为fealcucrcomn六元高熵合金层。

4、进一步地，所述fealcucrcomn层的原子比例为fe：al：cu：cr：co：mn＝1：1：1：1：1：1。

5、进一步地，所述fe层的厚度为1μm-2μm。

6、进一步地，所述fealcucrcomn层的厚度为2μm-4μm。

7、进一步地，所述ni层的厚度为15μm-20μm。

8、进一步地，所述极板主体的外周设有极板板框。

9、进一步地，所述fe层通过磁控溅射技术形成于所述极板主体表面。

10、进一步地，所述fealcucrcomn层通过磁控溅射技术形成于所述fe层上。

11、进一步地，所述ni层通过电化学沉积技术形成于所述fealcucrcomn层上。

12、本实用新型的有益效果在于：本实用新型提供的具有抗碱腐蚀覆层的碱性电解槽极板，其fe层提高了fealcucrcomn层和极板主体表面的结合力，具有高硬度、耐磨损和高耐蚀性的fealcucrcomn层提高了覆层在高温浓碱水溶液环境中的抗腐蚀性能，该极板应用于碱性电解水制氢的工业化生产，可以显著提升电解槽装置的整体耐腐蚀能力，显著提升电解槽的工作稳定性、安全性和服役寿命。此外，相较于普通商用极板，本实用新型大幅度减少了ni层的厚度，大幅度降低了电沉积ni层的制造成本，其节省的成本可以大体抵消制备fe层、fealcucrcomn层的制备支出，进一步提升了极板产品的性价比。

13、上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

技术特征：

1.一种具有抗碱腐蚀覆层的碱性电解槽极板，其特征在于，包括极板主体、形成在所述极板主体表面的fe层、形成在所述fe层上的fealcucrcomn层、及形成在所述fealcucrcomn层上的ni层。

2.如权利要求1所述的具有抗碱腐蚀覆层的碱性电解槽极板，其特征在于，所述fealcucrcomn层为fealcucrcomn六元高熵合金层。

3.如权利要求1所述的具有抗碱腐蚀覆层的碱性电解槽极板，其特征在于，所述fealcucrcomn层的原子比例为fe：al：cu：cr：co：mn＝1：1：1：1：1：1。

4.如权利要求1所述的具有抗碱腐蚀覆层的碱性电解槽极板，其特征在于，所述fe层的厚度为1μm-2μm。

5.如权利要求1所述的具有抗碱腐蚀覆层的碱性电解槽极板，其特征在于，所述fealcucrcomn层的厚度为2μm-4μm。

6.如权利要求1所述的具有抗碱腐蚀覆层的碱性电解槽极板，其特征在于，所述ni层的厚度为15μm-20μm。

7.如权利要求1所述的具有抗碱腐蚀覆层的碱性电解槽极板，其特征在于，所述极板主体的外周设有极板板框。

8.如权利要求1所述的具有抗碱腐蚀覆层的碱性电解槽极板，其特征在于，所述fe层通过磁控溅射技术形成于所述极板主体表面。

9.如权利要求1所述的具有抗碱腐蚀覆层的碱性电解槽极板，其特征在于，所述fealcucrcomn层通过磁控溅射技术形成于所述fe层上。

10.如权利要求1所述的具有抗碱腐蚀覆层的碱性电解槽极板，其特征在于，所述ni层通过电化学沉积技术形成于所述fealcucrcomn层上。

技术总结本申请涉及的一种具有抗碱腐蚀覆层的碱性电解槽极板，包括极板主体、形成在所述极板主体表面的Fe层、形成在所述Fe层上的FeAlCuCrCoMn层、及形成在所述FeAlCuCrCoMn层上的Ni层，Fe层提高了FeAlCuCrCoMn层和极板主体表面的结合力，具有高硬度、耐磨损和高耐蚀性的FeAlCuCrCoMn层提高了覆层在高温浓碱水溶液环境中的抗腐蚀性能，该极板应用于碱性电解水制氢的工业化生产，可以显著提升电解槽装置的整体耐腐蚀能力，显著提升电解槽的工作稳定性、安全性和服役寿命。此外，相较于普通商用极板，本技术大幅度减少了Ni层的厚度，大幅度降低了电沉积Ni层的制造成本，其节省的成本可以大体抵消制备Fe层、FeAlCuCrCoMn层的制备支出，进一步提升了极板产品的性价比。技术研发人员：陈君,吴国平受保护的技术使用者：苏州涂冠镀膜科技有限公司技术研发日：20231109技术公布日：2024/5/29