本发明专利技术提出了一种用于在进行碱性水电解的电解池中原位阳极活化的技术。电解池包括阳极、阴极和隔膜。阴极的至少一部分表面包括导电稳定材料和阳极催化材料。阳极催化材料适于在跨阳极和阴极施加电压时在碱性水从阴极释放，并且沉积在阳极上。隔膜设置在阳极和阴极之间并将阳极和阴极分隔开。隔膜是气密的并且对阳极催化材料是可渗透的。阳极催化材料从阴极释放到电解池中的电解液中并沉积到阳极上，从而减少阳极处的过电位，从而在进行碱性水电解时同时活化阳极。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过碱性水电解池中的阴极进行原位阳极活化的技术
本专利技术涉及碱性水电解，更具体地涉及用于具有原位阳极活化的碱性水电解的电解池(electrolyticcell)和用于位于进行碱性水电解的电解池中的阳极的原位阳极活化的方法。
技术介绍
在现代，电解用于各种目的，例如在氢气和/或氧气生成中，其通过在电解池(也称为电解器)中用作电解液的碱性水的电解期间的析氢反应(HER)和析氧反应(OER)实现。电解池包括电极，即至少阳极和至少阴极，其电解池中将电能传导到电解液并因此分解电解液。在电解池中使用各种类型的电极，例如，电解池中常用的电极是镍阴极和镍阳极。碱性水电解的效率取决于电解池的过电位，下文中也称为池过电位,并且通过降低电解池的过电位而增加。池过电位显著地由电极的过电位构成，即由阳极的过电位(下文中也称为阳极过电位)和阴极的过电位(下文中也称为阴极过电位)构成。通过各种方法优化(通常减少)阳极和阴极过电位，例如通过电极中的几何形状变化或通过施加形成电极表面的电催化涂层。在碱性水电解领域中众所周知的是，用不同催化剂涂覆降低了涂覆的电极的过电位并因此降低了OER和HER的能量消耗。例如，阳极通常涂有各种过渡元素的氧化物，而阴极通常由下面的基底，如不锈钢构成，其上涂覆有雷尼镍、硫化镍等。通过阳极和/或阴极的表面改性来减少阳极和/或阴极过电位的各种方法通常称为活化。通常在电解池中使用活化的阴极以及活化的阳极进行碱性水电解，以实现最佳的电解效率。在将电极安装在电解器中之前和进行碱性水电解之前，分别进行阳极和阴极的活化。此外，如果并且当要更换任何电极时，则在将电极安装在电解池中并重新开始电解器中的电解过程之前，还需要活化更换的电极。除了形成活化阴极之外，还使用各种方法形成活化阳极，并且在放入电解池之前活化阳极的这种要求至少增加了活化阳极的生产成本和时间。
技术实现思路
因此，本公开的目的是提供一种用于原位阳极活化的技术，其可以在电解池中与碱性水的电解一起进行。上述目的通过根据权利要求1的在原位阳极活化的情况下进行碱性水电解的电解池和根据本技术的权利要求7的用于进行碱性水电解的电解池中的原位阳极活化的方法来实现。在从属权利要求中提供了本技术的有利实施例。在本技术的一方面，提出了一种进行碱性水电解的电解池。电解池(下文也称为池)包括具有阳极和阴极的一对电极以及隔膜。电解池可以是单个池或电解器堆的一部分。隔膜设置在阳极和阴极之间，即阳极和阴极被隔膜分隔开。隔膜是气密的。阳极可以但不限于仅由镍形成。阴极的至少一部分表面包括导电稳定材料，例如镍，和阳极催化材料，例如钴、钼、锰、铬或其组合。阴极中的阳极催化材料在阴极的质量百分比4％至阴极的质量百分比30％范围内，特别是在阴极的质量百分比10％至阴极的质量百分比15％范围内。当阳极催化材料存在于池中时适于在碱性水中从阴极释放。阳极催化材料可以在池的开路电位下释放和/或可以在向池施加外部电压时释放。导电稳定材料在阴极中是稳定的，即它不会在电解液中释放，或在用于碱性水电解的电解池的长期典型使用中释放微不足道的量。隔膜对阳极催化材料是可渗透的，即隔膜允许阳极催化材料通过，尤其是以溶解或携带在电解液中的离子形式，阳极催化材料从阴极释放到电解液中，以从电解液的阴极侧通过它，即隔膜到电解液的阳极侧。当跨阳极和阴极施加电压时，阳极催化材料进一步配置成沉积在阳极的表面上。由于阳极催化材料的沉积，阳极的过电位降低，即阳极变得活跃。由于阳极被活化同时在电解池内的场所中，并且在通过施加外部电压的碱性水电解运行期间，阳极的活化是原位的并且与电解液的电解同时发生。这至少部分地消除了对阳极的非原位预电解活化的要求。此外，由于阳极催化材料从阴极在电解液中释放，并且由于在电解开始时阴极中存在的阳极催化材料的全部质量不是同时从阴极释放，因此持续且连续地可用电解液中的阳极催化材料，并且随后在阳极处沉积在阳极表面上是可能的，这与其中用于沉积在阳极上的类似材料直接存在于电解液中的电解池中，因此可以一次全部用于在阳极处沉积，且因此类似材料的可用性不是持续的和连续的替代方案是不同的。这是有利的，因为由于阳极在电解过程中阳极可能释放的任何沉积的阳极催化材料的补充，阳极保持在活化状态更长的时间。此外，在需要移除现有阳极并将新阳极插入电解池中的情况下，根据本技术进行新阳极的活化，而不需要在电解池中补充阳极催化材料。而且，由于阳极催化材料在电解液中释放时离开阴极表面，阴极表面变得多孔或孔隙率增加，因此阴极处的过电位也由于阳极催化材料从阴极释放而产生的阴极中的孔隙率增加而保持或降低。在电解池的实施例中，阴极的一部分表面还包括硫，即阴极如果由导电稳定材料、阳极催化材料和硫形成，则例如阴极由镍、钴和硫形成。在电解池(也称为电解器)中电解期间，来自阴极的硫或硫的一部分从阴极缓慢且连续地移除到电解池中的电解液中，从而留下导电稳定材料，即例如镍。从阴极释放硫进一步促进阳极催化材料从阴极释放。根据本技术的另一方面，提出了一种用于活化位于进行碱性水电解的电解池中的阳极(例如镍阳极)的方法。该方法包括提供阴极的步骤。该方法中提供的阴极可以理解为与根据本技术的前一方面的阴极相同。随后，在该方法中，执行从阴极释放阳极催化材料的步骤。在释放阳极催化材料的步骤中，来自阴极的一部分阳极催化材料通过将阴极定位在电解池中使得阴极的表面与电解液接触，从阴极释放到电解池中的电解液中，即碱性水中。阴极定位成使得在电解池中，阴极和阳极被隔膜分隔开。隔膜是气密的并且对阳极催化材料是可渗透的。阳极催化材料，例如钴、锰、钼、铬及其组合，可以在池的开路电位下释放和/或可以在向池施加外部电压时释放。最后，在该方法中，进行沉积阳极催化材料的步骤，其中，如此释放的阳极催化材料的至少一部分通过跨阳极和阴极施加电压而沉积在阳极的表面上。由于阳极处的阳极催化材料的沉积，阳极处的过电位降低，从而导致阳极的原位活化。上文根据本技术的前一方面呈现的其他优点也适用于本技术的方法。在该方法的实施例中，该方法还包括从阴极持续释放阳极催化材料的步骤。持续释放步骤在从阴极释放阳极催化材料的步骤之后，并且可以与沉积阳极催化材料的步骤同时进行。在持续释放阳极催化材料的步骤中，来自阴极的至少一部分阳极催化材料与跨阳极和阴极施加外部电压的情况下从阴极释放到电解液中。跨电极(即阳极和阴极)施加的外部电压对应于电解液的pH和由于从阴极释放而存在于电解液中的阳极催化材料的摩尔浓度。阳极和阴极的过电位以及电解液中存在的阳极催化材料的摩尔浓度对应于pH，并且反之根据电解液的pH改变或调节施加的外部电压。附图说明在下文中参考附图中示出的所示实施例进一步描述本技术，其中：图1示意性地示出了本技术的具有带有阳极催化材料的阴极的电解池的示例性实施例；图2示意性地示出了处于电解池的图1所示状态之后的状态的电解池的示例性实施例；图3示意性地示出了处于电解池的图2所示状态之后的状态的电解池的示例性实施例；图4描绘了示出本技术的方法的示例性实施例的流程图；以及图5图示了根据本技术的方面的施加的电压、pH和阳极催化材料从阴极释放之间的关系。具体实施方式在下文中，详细描述了本技术的上述及其他特征。参考附图描述了各种实施例，其中相同的附图本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电解池(1)，用于在原位阳极活化情况下进行碱性水电解，所述电解池(1)包括：阳极(10)，阴极(20)，其中，所述阴极(20)的至少一部分表面包括导电稳定材料(22)和阳极催化材料(21)，所述阳极催化材料(21)适于在碱性水中从阴极(20)释放，并且在跨阳极(10)和阴极(20)施加电压时，沉积在阳极(10)的表面上，以及设置在阳极(10)和阴极(20)之间的隔膜(30)，其中，所述阳极(10)和阴极(20)由隔膜(30)分隔开，并且其中，所述隔膜(30)是气密的，并且对阳极催化材料(21)是可渗透的。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电解池(1)，用于在原位阳极活化情况下进行碱性水电解，所述电解池(1)包括：阳极(10)，阴极(20)，其中，所述阴极(20)的至少一部分表面包括导电稳定材料(22)和阳极催化材料(21)，所述阳极催化材料(21)适于在碱性水中从阴极(20)释放，并且在跨阳极(10)和阴极(20)施加电压时，沉积在阳极(10)的表面上，以及设置在阳极(10)和阴极(20)之间的隔膜(30)，其中，所述阳极(10)和阴极(20)由隔膜(30)分隔开，并且其中，所述隔膜(30)是气密的，并且对阳极催化材料(21)是可渗透的。2.根据权利要求1所述的电解池(1)，其中，所述导电稳定材料(22)包括镍。3.根据权利要求1或2所述的电解池(1)，其中，所述阳极催化材料(21)是钴、锰、钼、铬及其组合中的一种。4.根据权利要求1至3中任一项所述的电解池(1)，其中，所述阴极(20)中的阳极催化材料(21)在阴极(20)的质量百分比4％至阴极(20)的质量百分比30％范围内，特别是在阴极(20)的质量百分比10％至阴极(20)的质量百分比15％范围内。5.根据权利要求1至4中任一项所述的电解池(1)，其中，所述阴极(20)的一部分表面还包括硫。6.根据权利要求1至5中任一项所述的电解池(1)，其中，所述阳极(10)仅由镍制成。7.一种用于位于进行碱性水电解的电解池(1)中的阳极(10)的原位阳极活化的方法(100)，所述方法(100)包括：提供阴极(20)的步骤(110)，其中，所述阴极(20)的至少一部分表面包括导电稳定材料(22)和阳极催化材料(21)，所述阳极催化材料(21)适于在碱性水中从阴极(20)释放，从阴极(20)释放阳极催化材料(21)的步骤(120)，其中，来自阴极(20)的一部分阳极催化材料(21)通过将阴极(20)定位在电解池(1)中使得阴极(20)的表面与电解液(40)接触，而从阴极(20)释放到电解池(1)中的电解液中(40)，其中，所述电解液(40)是碱性水，并且其中，所述阴极(20)定位成使得...
【专利技术属性】
技术研发人员：M卡斯佩森，SD埃格伦德，KT塞里基尔德森，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE
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