一种新型高效电解水制氢用石墨基电极板制造技术

本发明专利技术提供一种新型高效电解水制氢用电极板，其特征在于：所述电极板为一种石墨基板材，同时作为阴极和阳极用于电解水制氢时，产氢效率与不锈钢材质相比高1~3倍。所述石墨基板材的制作工艺包括：破碎、树脂浸渍、固化、磨粉、石墨化、混捏、成型、炭化和裁切。本发明专利技术的电极板原料来源广泛，生产工艺明确，成本低，而且产氢效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种新型高效电解水制氢用石墨基电极板
本专利技术涉及一种石墨基板材及其制作方法，具体涉及一种用于电解水制氢的石墨基板材。
技术介绍
氢能是一种清洁的可再生能源，随着燃料电池关键技术的逐步完善，氢能的需求越来越大。电解水制氢技术成熟，设备简单，制氢过程无污染，且所得氢气的纯度高,是一种可持续的制氢技术。目前，电解水制氢的电极板常采用表面镀了过渡金属元素的合金进行制作，成本较高，而且电解效率总体不高。除了极板自身的过电位较高外，另一个重要原因是氢析出效率不高，也就是在电解过程中，产生的大量微气泡附着在极板表面，其中一些气泡不能立即脱离极板，导致电极板的有效面积减小，加大了反应过电位，进而导致电解效率不高。增加电极板表面的活性位点有利于电子和质子结合为吸附态的氢原子，进而形成吸附态的氢气，而抑制气泡生长则可使吸附态的氢气快速脱附，提高电子转移速率，进而提高电解效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：提供一种电解水制氢用石墨基电极板及其制作方法，该电极板制作成本低，同时作为阴极和阳极用于电解水制氢时，产氢效率与不锈钢材质相比高1~3倍。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种石墨基板材，制作工艺包括破碎、树脂浸渍、固化、磨粉、石墨化、混捏、成型、炭化和裁切。所述石墨基板材同时作为阴极和阳极用于电解水制氢。所述破碎工艺的出料粒径范围是2cm~5cm。所述树脂浸渍的工艺条件是真空压力为2MPa～10MPa，温度为50℃~150℃。所述固化的工艺条件是压力为1MPa～7MPa，升温速率为5℃/h～20℃/h，温度为100℃～200℃，保温时间为1h～4h。所述磨粉工艺的出料粒径小于50μm。所述石墨化的工艺条件是温度为2500℃～3500℃，升温速率为10℃/h～30℃/h，保温时间为10h～20h，保护气氛为氮气或氩气。所述混捏工艺的条件是细粉与煤沥青的配比为10:1～100:1，温度为150℃～350℃。所述成型方式为振动成型或等静压成型。所述振动成型的工艺条件是振动频率为5000次/min~12000次/min，温度为50℃~150℃。所述等静压成型的工艺条件是压力为100MPa~400MPa，温度为50℃~150℃。所述炭化的工艺条件是温度为650℃～1100℃，升温速率为10℃/h～30℃/h，保温时间为1h～5h，保护气氛为氮气或氩气。所述裁切工艺是指根据实际需要，在铣床上将炭化的半成品加工成各种尺寸的电极板。所述碱性电解液为KOH水溶液或NaOH水溶液，质量分数为10%~30%。所述电解制氢的直流电压为2.0V~10.0V，电流密度为10mA•cm-2~100mA•cm-2。由于采用了上述方案，本专利技术具有以下特点：本专利技术的电极板原料来源广泛，生产工艺明确，成本低；同时作为阴极和阳极用于电解水制氢时，产氢效率比不锈钢材质高1~3倍。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术的实施方式。实施例1①将煅烧后的石油焦破碎至2cm~5cm。②将破碎后的块状石油焦置于浸渍罐中，在温度为50℃的条件下进行真空加压浸渍，浸渍压力为3MPa。③将浸渍后的半成品放入固化罐中进行加压固化，压力为1MPa，升温速率为10℃/h，温度为150℃，保温时间为3h。④将固化后的半成品破碎、粉碎、磨粉至粒径小于50μm。⑤将细粉放入石墨化炉中，在氮气和氩气的保护下，进行石墨化，温度为2700℃，升温速率为20℃/h，保温时间为10h。⑥按细粉:煤沥青=40:1的比例进行配料，然后在300℃下混合均匀。⑦将混捏后的坯料转入模压模具并置于等静压机中，在温度为150℃，压力为150MPa的条件下成型，成型时间为30分钟。然后放入冷却池中进行冷却处理。⑧将冷却后的坯料放入炭化炉中，在氮气和氩气的保护下进行炭化，炭化温度为1000℃，升温速率为20℃/h，保温时间为3h。⑨将炭化后的半成品在铣床上加工成厚度为5mm的长方形石墨基板材，然后将2块该尺寸的石墨基板材作为阴极和阳极分别放入电解槽中，在KOH溶液的质量分数为13.0%，直流电压5.0V，电流密度为20.0mA•cm-2的条件下进行电解水制氢实验，结果显示该电压下的产氢速率为0.29mL•min-1•cm-2，而相同实验条件下不锈钢板的产氢速率为0.17mL•min-1•cm-2，石墨基板材的产氢效率是不锈钢板的1.71倍。实施例2①将煅烧后的石油焦依次进行破碎、粉碎、磨粉和筛分，取粒径小于50μm的细粉进行后续加工。②按细粉:煤沥青=60:1的比例进行配料，然后在300℃下混合均匀。③将混捏后的坯料转入模压模具并置于等静压机中，在温度为150℃，压力为200MPa的条件下模压成型，成型时间为30分钟。然后放置入冷却池中进行冷却处理，待坯料冷却至室温。④将成型后的半成品置于浸渍罐中，在温度为50℃的条件下进行真空加压浸渍，浸渍压力为5MPa。保温时间为2h。⑤将浸渍后的半成品放入固化罐中进行加压固化，压力为1MPa，升温速率为5℃/h，温度为150℃。⑥将冷却后的坯料放入石墨化炉中，在氮气和氩气的保护下，首先进行炭化，温度为1100℃，升温速率为20℃/h，保温时间为4h。然后进行石墨化，温度为2700℃，升温速率为20℃/h，保温时间为12h。⑦将石墨化后的半成品在铣床上加工成5mm的长方形石墨基板材，然后将2块该尺寸的石墨基板材作为阴极和阳极分别放入电解槽中，在KOH溶液的质量分数为13.0%，直流电压5.0V，电流密度为20.0mA•cm-2的条件下进行电解水制氢实验，结果显示该电压下的产氢速率为0.43mL•min-1•cm-2，而相同实验条件下不锈钢板的产氢量为0.17mL•min-1•cm-2，石墨基板材的产氢效率是不锈钢板的2.53倍。以上说明对本专利技术而言只是说明性的，而非限制性的。本领域技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本专利技术专利的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电解水制氢用电极板，其特征在于：电极板是一种石墨基板材，制作工艺包括破碎、树脂浸渍、固化、磨粉、石墨化、混捏、成型、炭化和裁切，所述石墨基板材同时作为阴极和阳极用于电解水制氢时，产氢效率与不锈钢材质相比高1~3倍。

【技术特征摘要】
1.一种电解水制氢用电极板，其特征在于：电极板是一种石墨基板材，制作工艺包括破碎、树脂浸渍、固化、磨粉、石墨化、混捏、成型、炭化和裁切，所述石墨基板材同时作为阴极和阳极用于电解水制氢时，产氢效率与不锈钢材质相比高1~3倍。2.根据权利要求1所述的电解水制氢用电极板，其特征在于：所述破碎工艺的出料粒径范围是2cm~5cm。3.根据权利要求1所述的电解水制氢用电极板，其特征在于：所述树脂浸渍的工艺条件是真空压力为2MPa～10MPa，温度为50℃~150℃。4.根据权利要求1所述的电解水制氢用电极板，其特征在于：所述固化的工艺条件是压力为1MPa～7MPa，升温速率为5℃/h～20℃/h，温度为100℃～200℃，保温时间为1h～4h。5.根据权利要求1所述的电解水制氢用电极板，其特征在于：所述磨粉工艺的出料粒径小于50μm。6.根据权利要求1所述的电解水制氢用电极板，其特征在于：所述石墨化的工艺条件是温度为2500℃～3500℃，升温速率为10℃/h～30℃/h，保温时间为10h～20h，保护气氛为氮气或氩气。7.根据权利要求1所述的电解水制氢用电极...

【专利技术属性】
技术研发人员：段佳琪，陈学谦，臧文平，吕海龙，高林，徐树伟，
申请(专利权)人：唐山金湾特碳石墨有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13