一种碱性电解槽阳极电极的制备方法

本发明属于电化学电极制备，具体涉及一种碱性电解槽阳极电极的制备方法。

背景技术：

1、近年来，发展新型绿色能源，改善能源结构，减少化石能源的依赖是迫在眉睫的。其中，在众多的新能源中氢能被认为是最具发展潜力的清洁能源之一，其能量密度142kj/g要远高于天然气(42kj/g)与石油(44kj/g)，而且氢气在燃烧过程中只产生清洁无污染的水，不会产生其他温室气体，是一种零碳能源，符合新型绿色能源要求。

2、目前，全球大部分的氢气来源于煤、石油和天然气等能源的催化重整过程，能耗高、纯度低，并且还会产生大量的碳排放，有违发展理念。光解水、电解水、生物质气化等制氢技术逐渐受到人们的重视。其中电解水制氢技术，具有技术成熟、碳排放量低、对环境友好、氢气纯度高等优点，备受各大研究者的青睐。但是，由于电解水反应过程中的过电位较高，导致较大能量损耗，因此目前只有少量氢气来源于电解水技术制备。电解水反应由两个半反应组成：分别是阳极的析氧反应(oer)和阴极的析氢反应(her)，其中oer由于涉及四电子过程，相对于her的两电子过程来说，具有动力学速率缓慢的缺点，其表现为较高的过电位，减缓了反应过程，从而降低了氢气生成的效率。针对这一问题，广大科研人员通过制备高效的催化剂来克服反应过程中固有的活化能障碍，以加速oer过程中的反应动力学。

3、现阶段常用的催化电极包括金属镍网、不锈钢丝网等。但这类电极催化活性低，能耗大，导致制氢成本过高。因此，这类催化剂目前已经逐渐被以镍丝网或者不锈钢丝网为基底通过使用高温等离子喷涂、电镀或者化学生长法等方法将复合雷尼镍、贵金属以及其他活性催化材料喷涂或生长在镍丝网或者不锈钢网表面形成催化剂涂层为代表的涂层型催化电极所替代，这些是目前技术较成熟、商业化应用最广泛的催化电极制备方法。但是，这些电极在电解槽中工作时会受到电解液冲刷、气蚀效应、电化学腐蚀等影响，容易导致活性催化涂层与基底材料分离、脱落，使电极催化活性下降，能耗上升，显著影响了电极的使用寿命，另外，贵金属的稀缺性及其昂贵的价格不利于电解水制氢技术的工业规模化。这些难题是目前碱性电解水制氢领域工业化所面临以及亟需攻克的关键点。

4、专利cn115386912a中公开了一种多元催化电极。以fe、co、ni、m(元素m为al、ti、v、mn、cr、cu、zn、nb、mo、sn、w或bi的任意一种或几种)高熵合金作为电极的导电基底与表面改性时的金属源，加工成基底薄片，然后将基底与naoh和nacl混合溶液在高温下进行水热腐蚀反应，原位形成多元催化电极。

5、专利cn116200769a中公开了一种碱性电解水析氢催化电极，通过将金属单质粉末(ni、mo、fe、co、cr、w、sn、v、al、cu、zn、cd、pt、pb)中的一种或多种与非金属单质(b、p、s)中的至少一种混合后，采用机械合金化法制得非晶态合金，然后采用冷压、冷喷涂方式对镍基底进行喷涂以制得析氢电极。

6、专利cn116676612a中公开了采用电弧熔炼结合水冷铜模吸铸法制备高熵合金前驱体板材，经过退火处理后，然后进行化学/电化学脱合金方法获得自支撑多级多孔结构的电极。其中合金前驱体为fe、co、cr、ni、al以及贵金属。

7、专利cn116695162a中公开了采用了机械合金化工艺制备合金粉末原材料，通过等离子喷涂设备以及氮气送粉工艺将合金粉末喷涂在电极网表面形成催化剂涂层，然后对电极进行氢氧化钾造孔处理，以制得性电解水制氢电极。其中金属粉末为ni、al、zn，杂质参杂为氯化钠。

8、专利cn117344334a中公开了一种以多元催化电解水电极，其中催化剂使用ni、fe、co、mo、w中的一种或多种，然后采用等离子喷涂方法将合金粉末喷涂在镍丝网上，进一步活化后形成多元电极。

9、上述专利方法通过高温等离子喷涂或冷喷涂方法将多种金属粉末及机械合金化后的金属粉末涂敷在基底表面，形成催化剂涂层；或者通过电弧熔炼铜模吸铸法制得高熵合金前驱体板材，然后脱合金处理后形成所需电极。但这些催化电极要么在制备时需要高成本的设备仪器以及复杂的制备工艺过程，要么在工业环境下工作时容易受到电解液冲刷、气蚀效应导致催化层剥离、脱落，致使电催化性能严重降低，影响了电极的使用寿命。因此，攻克这些关键点对于工业上碱性电解水制氢应用至关紧要。

技术实现思路

1、本发明提供以下技术方案：一种碱性电解槽阳极电极的制备方法，包括：金属粉末、溶剂、粘结剂、金属网载体；

2、金属粉末包括：铬、钒、钛、锆、铝、镍、钴、铁、钼、铜、锌、钨中的一种或几种；

3、溶剂包括：水、甲醇、乙醇、丙醇、松油醇中的一种或几种；

4、粘结剂包括：异丙醇、乙二醇、pvp、水溶性氨基树脂、醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸丙酯中的一种或几种；

5、金属网载体包括：镍丝网或不锈钢丝网；

6、制备方法包括以下步骤：

7、步骤1、将金属粉末混合后加入球磨装置中，通过机械合金化法进行球磨搅拌以得到金属合金粉末催化剂；

8、步骤2、待步骤1球磨搅拌结束后，加入溶剂与粘结剂，并使溶剂、粘结剂与金属合金粉末充分混合并继续进行球磨搅拌；将充分搅拌后的混合物进行筛网过滤以得到金属催化剂浆料；

9、步骤3、将步骤2中得到的金属催化剂浆料均匀喷涂在金属网载体表面，然后进行真空干燥；最后将真空干燥后的金属网载体置于h2、ar、n2中的一种或几种组成的气氛中或真空环境中进行退火处理，得到阳极电极。

10、优选的，所述步骤3中，真空干燥时间为2-12h，真空干燥温度为60℃-110℃。

11、优选的，所述步骤1、2中，步骤1的球磨装置与步骤2的球磨装置中分别经过惰性气体排空后充入0.01-0.05mpa的惰性气体进行球磨搅拌。

12、更优的，所述步骤1中，金属粉末与磨球介质的质量比为1:1-20。

13、优选的，所述磨球介质为小球与大球混合介质，小球与大球的比例为1:0.1-3。

14、优选的，所述金属粉末为铬、钒、钛、锆、铝、镍、钴、铁、钼、铜、锌、钨的一种或几种，金属粉末粒径尺寸为0.001-0.2mm。

15、优选的，所述步骤1中球磨搅拌的时间为1-20h，搅拌速度为250-450rpm/min，搅拌模式为正反转，球磨30min，停机10min。

16、优选的，所述步骤2中，溶剂与粘结剂的添加量为金属粉末的0.0001-5倍，搅拌方式与步骤1中的搅拌方式保持一致。

17、优选的，所述金属网载体预先经过0.1m-12m盐酸溶液酸洗0.2-2h或进行喷砂机喷砂预处理，喷砂目数为30-800目，金属网载体目数为40-300目。

18、优选的，所述步骤3中，金属催化剂负载于金属网载体的量为1％-20％。

19、更优的，所述退火时间0.5-5h，所述退火温度为500-1100℃。

20、优选的，所述步骤3中，金属催化剂浆料在喷涂金属网载体后，残留的浆料可进行回收重复使用。

21、优选的，所述步骤2中，筛网尺寸为80-500目。

22、本发明的有益效果是：

23、本发明使用非贵金属粉末及商业化镍丝网与不锈钢丝网作为电极制备的原材料，具有价格低廉、产量丰富、易获取等优点，并且制备的电极表现出电催化活性高、催化剂不易脱落、稳定性良好的性能。另外，电极在制备过程中对设备要求低，易于操作、制备方法简单，因此对于工业化的生产及应用具有极大的潜力。