包含钴(Co)氧化物、锆(Zr)和贵金属的电解槽电催化剂、包含该电催化剂的电极以及该电催化剂在电解工艺中的用途的制作方法

背景技术：

0、技术背景

1、在2021年，美国能源部(doe)已经制定了一个目标，在10年内将清洁氢气的成本降低80％，至每1千克1美元。在10年内将氢气生产降低至每1千克1美元的目标被称为氢气“111”倡议。电解是实现该目标的主要制氢途径。

2、经由电解产生的氢气可以导致零温室气体排放，这取决于所使用的电力的来源。当评估经由电解生产氢气的效益和经济可行性时，必须考虑所需的电力的来源，包括其成本和效率，以及由电力产生引起的排放。在世界上的许多地区，今天的电网对于提供电解所需的电力并不理想。其原因是在实际的电力产生期间释放的温室气体以及由于电力产生过程的低效率而产生电力所需的燃料的量。

3、经由电解生产氢气正在被用于可再生能源和核能源选项，包括风能、太阳能、水能和地热能生产。只要用于电解的电力通过可再生能源获得，这些途径导致几乎零温室气体和标准污染物排放。此外，重要的是能源的总生产成本要显著降低，才能与更成熟的基于碳的途径诸如天然气重整竞争。

4、鉴于上述，对显示出改进的能量效率和寿命的改进的电解槽存在日益增长的需求。特别地，似乎对为电解槽中使用的电极提供改进的涂层存在需求，该改进的涂层诸如针对作为目标反应的氧气析出的改进的涂层。

技术实现思路

0、发明概述

1、根据第一方面，本公开内容涉及一种电解槽电催化剂，所述电解槽电催化剂包含钴(co)氧化物、锆(zr)和贵金属。

2、根据第二方面，本公开内容涉及一种用于电解槽的电极，该电极包括载体和涂层，其中涂层包括钴(co)氧化物、锆(zr)和贵金属。

3、根据第三方面，本公开内容涉及一种电化学系统，该电化学系统包括电解槽，该电解槽具有阴极、阳极和一种或更多种电解质，其中阴极、阳极、或阴极和阳极两者包含电催化剂，该电催化剂包含钴(co)氧化物、锆(zr)和贵金属。

4、根据第四方面，本公开内容涉及电催化剂用于催化电解工艺的用途，其中电催化剂包含钴(co)氧化物、锆(zr)和贵金属。

5、根据第五方面，本公开内容涉及一种用于电解水的方法，包括以下步骤：

6、(i)提供水电解槽，所述水电解槽包括阳极、阴极和一种或更多种电解质，其中阳极和阴极中的至少一个包括电催化剂，所述电催化剂包含钴(co)氧化物、锆(zr)和贵金属；

7、(ii)使水电解槽与水接触；

8、(iii)在阴极和阳极之间产生电偏压；以及

9、(iv)产生氢气和/或氧气。

10、根据第六方面，本发明涉及包含钴(co)氧化物、锆(zr)和贵金属的阴极电催化剂用于经由电解工艺产生氢气的用途。

11、根据第七方面，本公开内容涉及一种用于生产用于电解槽的电极的方法，所述电极包括载体和涂层，所述方法包括以下步骤：

12、-制备包含镍(ni)或钛(ti)的金属载体，

13、-在载体上施加包含钴(co)、锆(zr)和贵金属的涂层，以及

14、-在空气中加热包含涂层的载体。

技术特征：

1.一种电解槽电催化剂，包含钴(co)氧化物、锆(zr)和贵金属。

2.根据权利要求1所述的电催化剂，其中所述贵金属选自钌(ru)、金(au)、铱(ir)、铂(pt)和钯(pd)。

3.根据权利要求1所述的电催化剂，其中所述贵金属选自钌(ru)和金(au)。

4.根据权利要求1、2或3所述的电催化剂，其中锆相对于钴(co)的质量分数为约2％-20％，优选地5％-15％，更优选地10％-15％。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的电催化剂，其中所述贵金属相对于钴(co)的质量分数为约0.5％-20％，优选地2％-15％，更优选地5％-10％。

6.根据权利要求1-5中的一项所述的电催化剂，其是阳极电催化剂或阴极电催化剂。

7.一种用于电解槽的电极，所述电极包括载体和涂层，其中所述涂层包括钴(co)氧化物、锆(zr)和贵金属。

8.根据权利要求7所述的电极，其中所述载体包含镍(ni)或镍合金。

9.根据权利要求7所述的电极，其中所述载体包含钛(ti)或钛合金。

10.根据权利要求7所述的电极，其中所述载体包含钢或不锈钢。

11.根据权利要求8、9或10所述的电极，其中所述贵金属选自钌(ru)和金(au)。

12.根据权利要求8-11中的一项所述的电极，其中锆相对于钴(co)的质量分数为约2％-20％，优选地5％-15％，更优选地10％-15％。

13.根据权利要求8-12中的一项所述的电极，其中所述贵金属相对于钴(co)的质量分数为约0.5％-20％，优选地2％-15％，更优选地5％-10％。

14.根据权利要求8-13中的任一项所述的电极，其中所述涂层中的钴(co)负载量为约2g/m2-25 g/m2，优选地5g/m2-10 g/m2。

15.一种电化学系统，包括电解槽，所述电解槽具有阴极、阳极和一种或更多种电解质，其中所述阴极、所述阳极、或所述阴极和所述阳极两者包含电催化剂，所述电催化剂包含钴(co)氧化物、锆(zr)和贵金属。

16.根据权利要求15所述的电化学系统，其中电解系统是水电解槽。

17.电催化剂用于催化电解工艺的用途，其中所述电催化剂包含钴(co)氧化物、锆(zr)和贵金属。

18.根据权利要求17所述的用途，其中所述电解工艺是水的电解。

19.根据权利要求17或18所述的用途，其中所述电催化剂是阴极和/或阳极的一部分。

20.根据权利要求17、18或权利要求19所述的用途，其中所述电催化剂用于催化在所述阳极处产生氧气。

21.一种用于电解水的方法，包括以下步骤：

22.包含钴(co)氧化物、锆(zr)和贵金属的阴极电催化剂用于经由电解工艺产生氢气的用途。

23.一种用于生产用于电解槽的电极的方法，所述电极包括载体和涂层，所述方法包括以下步骤：

24.根据权利要求23所述的方法，其中在所述载体上施加包含钴(co)、锆(zr)和贵金属的涂层的步骤包括：

25.根据权利要求23或24所述的方法，其中所述方法还包括：

26.根据权利要求23、24或25所述的方法，其中所述方法还包括：

27.根据权利要求22-26中的一项所述的方法，其中在所述载体上施加所述涂层的步骤之前是以下步骤：

技术总结一种包含钴(Co)氧化物、锆(Zr)和贵金属的电解槽电催化剂；一种用于电解槽的电极，该电极包括载体和包含所述电催化剂的涂层；一种包括电解槽的电化学系统，该电解槽具有包含所述电催化剂的电极；所述电催化剂用于催化电解工艺的用途；一种使用所述电催化剂来电解水的方法；以及一种用于生产包含所述电催化剂的电极的方法。技术研发人员：约翰尼斯·霍德弗里德·福斯受保护的技术使用者：马赫内托特殊阳极有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/15