无分散剂高密度金属粉末自支撑电解水阳极的制备方法

本发明属于电催化电极制备及电化学，特别涉及一种粉末电极的制备，具体是一种无分散剂高密度金属粉末自支撑电解水阳极的制备方法。

背景技术：

1、在电催化领域和燃料电池领域，粉末电极凭借其较高的比表面积、良好的电子和离子传续性能而被广泛应用。粉末状活性物质稳固、均匀的分布在载体表面是粉末电极发挥优异电化学性能的关键条件之一。

2、目前，常用粉末电极的活性物质的密度往往小于0.1 g/cm3，大多非金属活性物质的密度甚至低至2-3 mg/cm3。由于活性物质太过细小，粉末电极浆料制备过程中往往发生明显的粉末团聚过程，这将导致活性位点和反应面积的降低。为降低粉末团聚现象，粉末电极浆料制备过程中往往需要添加分散剂，然而分散剂的添加则可能导致活性物质与载体接触不良，进而使得电极化学稳定性降低。尤其是电极作为电解水析氧阳极的时候，电极不仅收到电荷传输的干扰，还会受到气泡产生脱落的影响，极易产生使活性物质脱落的“掉粉”现象。与非金属粉末相比，密度、尺寸均远大于非金属粉末的金属粉末能有效避免团聚的问题，然而较高的密度使得金属粉末很难稳定的粘附于载体上，容易在电极表面脱落。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决上述背景技术中存在的问题，提供了一种无分散剂高密度金属粉末自支撑电解水阳极的制备方法。该方法无需添加分散剂即可将密度较高、质量较重的活性物质制成稳定的自支撑电极。

2、本发明是通过如下技术方案实现的：

3、一种无分散剂高密度金属粉末自支撑电解水阳极的制备方法，包括以下步骤：

4、（1）将alcocrfeni高熵合金粉末进行机械球磨，之后将球磨后的alcocrfeni高熵合金粉末进行清洗。

5、（2）将导电炭黑与羧甲基纤维素钠ii溶液混合制成导电粘结剂。

6、（3）将经步骤（1）处理后的alcocrfeni高熵合金粉末加入步骤（2）得到的导电粘结剂中，得到混合浆料。

7、（4）将丁苯橡胶加入步骤（3）得到的混合液中，得到催化浆料。

8、（5）将步骤（4）得到的催化浆料涂抹于载体上，并在真空干燥箱干燥保存。

9、（6）将经步骤（5）干燥后的载体使用砝码压实后，即得到所述的无分散剂高密度金属粉末自支撑电解水阳极。

10、进一步的，步骤（2）、（3）、（4）中，使用的混料装置为双轴行星真空搅拌机，型号为msk-sfm-16。

11、进一步的，步骤（1）中，alcocrfeni高熵合金粉末为气雾化法制备的合金粉末，元素分布均匀，密度为8 g/cm3；alcocrfeni高熵合金粉末的元素比例经电感耦合等离子体发射光谱仪测量为al：21.35%、co：18.77%、cr：19.56%、fe：20.13%、ni：20.19%；alcocrfeni高熵合金粉末机械球磨的参数为120转/分钟，球磨12小时；alcocrfeni高熵合金粉末经机械球磨后的平均颗粒直径为12.88 微米；alcocrfeni高熵合金粉末的清洗方式为使用95%的无水乙醇超声震荡清洗5分钟。

12、进一步的，步骤（2）中，导电炭黑的型号为vxc72r；羧甲基纤维素钠ii溶液为usp级，粘度范围为600-1000 mpa.s；混合时，双轴行星真空搅拌机的真空度为0.08 mpa，转速为300 转每分钟，搅拌时间为20分钟。

13、进一步的，步骤（3）中，混合时，双轴行星真空搅拌机的真空度为0.08 mpa，转速为500 转每分钟，搅拌时间为20分钟。

14、进一步的，步骤（4）中，丁苯橡胶的型号为gd1331l，固含量为40%，粘度为13.2mpa.s，ph值为7.64；混合时，双轴行星真空搅拌机的真空度为0.08 mpa，转速为500 转每分钟，搅拌时间为20分钟。

15、进一步的，步骤（5）中，载体为泡沫镍，纯度为99.99%，孔径为5-130 ppi，厚度为1mm，尺寸为10mm * 20 mm；催化浆料的使用量为350 mg，均匀的涂抹在载体上，涂抹区域为载体的一半，有效涂抹尺寸为 10mm * 10 mm；真空干燥箱的真空度为0.08 mpa，温度为70oc。

16、进一步的，步骤（6）中，使用100 g砝码自然压制十分钟，十分钟后载体表面有效部分不开裂、不掉粉即可。

17、进一步的，步骤（2）至步骤（4）中，导电炭黑、羧甲基纤维素钠ii溶液、alcocrfeni高熵合金粉末、丁苯橡胶的质量比为333:4267:7560:412。

18、进一步的，步骤（2）中，导电炭黑的使用量为3.33 g，羧甲基纤维素钠ii溶液的使用量为42.67 g；步骤（3）中，alcocrfeni高熵合金粉末的使用量为75.6 g；步骤（4）中，丁苯橡胶的使用量为4.12 g。

19、本发明方法是利用不同粘结剂配比，成功将平均密度大于8 g/cm3、颗粒尺寸约为12.88 mm的alcocrfeni高熵合金粉末制备成稳定的自支撑粉末电极。所制备的粉末电极材质均匀稳定，具有良好的催化性能和稳定性能，可以在10 ma/cm2，100 ma/cm2以及500 ma/cm2的电流密度下作为电解水析氧阳极稳定服役。本发明所用配方无需粉末分散剂，可以将较重的金属粉末制成均匀稳定的自支撑电极，为粉末电极可选的活性物质材料提供了更多的可能。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

21、1）本发明无需额外添加分散剂，经过简单的混合即可将密度较大的金属颗粒均匀分散，为粉末电极的活性物质选择提供了更多的可能性。

22、2）本发明使用的活性物质alcocrfeni高熵合金由于高熵合金的高熵效应可以有效的避免金属溶解，因此其作为电解水析氧阳极可以稳定的服役而本身不会明显损失。相对于细小的非金属催化剂粉末，合金粉末直径较大，有效避免了分散剂的使用和团聚现象。此外，合金组元均有良好的析氧催化性能及导电性能，非常适合作为电解水催化电极材料。

23、3）本发明制备的高密度金属粉末电极可以在成本较低的泡沫镍上稳定附着，并作为电解水阳极以10 ma/cm2，100 ma/cm2和500 ma/cm2的电流密度稳定服役，而不会产生“掉粉”现象，非常适合应用于电解水阳极领域。

24、4）本发明制备流程简单，原料易得，产物稳定可靠，具有良好的工业化应用潜力。

技术特征：

1.一种无分散剂高密度金属粉末自支撑电解水阳极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的无分散剂高密度金属粉末自支撑电解水阳极的制备方法，其特征在于：步骤（2）、（3）、（4）中，使用的混料装置为双轴行星真空搅拌机，型号为msk-sfm-16。

3.根据权利要求2所述的无分散剂高密度金属粉末自支撑电解水阳极的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，alcocrfeni高熵合金粉末为气雾化法制备的合金粉末，元素分布均匀，密度为8 g/cm3；alcocrfeni高熵合金粉末的元素比例经电感耦合等离子体发射光谱仪测量为al：21.35%、co：18.77%、cr：19.56%、fe：20.13%、ni：20.19%；

4.根据权利要求3所述的无分散剂高密度金属粉末自支撑电解水阳极的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，导电炭黑的型号为vxc72r；羧甲基纤维素钠ii溶液为usp级，粘度范围为600-1000 mpa.s；

5.根据权利要求4所述的无分散剂高密度金属粉末自支撑电解水阳极的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，混合时，双轴行星真空搅拌机的真空度为0.08 mpa，转速为500 转每分钟，搅拌时间为20分钟。

6.根据权利要求5所述的无分散剂高密度金属粉末自支撑电解水阳极的制备方法，其特征在于：步骤（4）中，丁苯橡胶的型号为gd1331l，固含量为40%，粘度为13.2 mpa.s，ph值为7.64；

7.根据权利要求6所述的无分散剂高密度金属粉末自支撑电解水阳极的制备方法，其特征在于：步骤（5）中，载体为泡沫镍，纯度为99.99%，孔径为5-130 ppi，厚度为1 mm，尺寸为10mm * 20 mm；

8.根据权利要求7所述的无分散剂高密度金属粉末自支撑电解水阳极的制备方法，其特征在于：步骤（6）中，使用100 g砝码自然压制十分钟，十分钟后载体表面有效部分不开裂、不掉粉即可。

9.根据权利要求8所述的无分散剂高密度金属粉末自支撑电解水阳极的制备方法，其特征在于：步骤（2）至步骤（4）中，导电炭黑、羧甲基纤维素钠ii溶液、alcocrfeni高熵合金粉末、丁苯橡胶的质量比为333:4267:7560:412。

10.根据权利要求9所述的无分散剂高密度金属粉末自支撑电解水阳极的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，导电炭黑的使用量为3.33 g，羧甲基纤维素钠ii溶液的使用量为42.67 g；步骤（3）中，alcocrfeni高熵合金粉末的使用量为75.6 g；步骤（4）中，丁苯橡胶的使用量为4.12 g。

技术总结本发明为一种无分散剂高密度金属粉末自支撑电解水阳极的制备方法，属于电化学催化技术领域。本发明利用不同粘结剂配比，成功将平均密度大于8 g/cm<supgt;3</supgt;、颗粒尺寸约为12.88 mm的AlCoCrFeNi高熵合金粉末制备成稳定的自支撑粉末电极。所制备的粉末电极材质均匀稳定，具有良好的催化性能和稳定性能，可以在10 mA/cm<supgt;2</supgt;，100 mA/cm<supgt;2</supgt;以及500 mA/cm<supgt;2</supgt;的电流密度下作为电解水析氧阳极稳定服役。本发明所用配方无需粉末分散剂，可以将较重的金属粉末制成均匀稳定的自支撑电极，为粉末电极可选的活性物质材料提供了更多的可能。技术研发人员：李鹏,王慧奇,刘家辉,杨学腾,王立勇,王美,胡胜亮,刘磊受保护的技术使用者：中北大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18