一种镍基电解水阳极材料的制备方法及其应用技术

本发明专利技术属于电催化材料领域，公开了一种镍基电解水阳极材料的制备方法以及在新型制氢工艺中的应用。该材料主要是一种泡沫镍为载体负载氢氧化镍的电催化剂。具体是通过电镀将镍还原到泡沫镍上，接着采取碱化的方法即可将镍转变成镍基氢氧化物，即本发明专利技术中的镍基电解水阳极材料，本发明专利技术还公开了一种新型的电解水制氢工艺。本发明专利技术使用了镍基氢氧化物作为催化剂，通过金属氢氧化物与金属羟基氧化物可逆反应所具有的可循环性和高能量密度，从而在无隔膜电解槽中即可得到高纯度的氢气。镍凭借其独特的3d电子轨道结构，能够确保在较高电流密度下保持长时间的稳定性和循环性，使镍基电解水阳极材料拥有高效的活性和稳定可调的优势。阳极材料拥有高效的活性和稳定可调的优势。阳极材料拥有高效的活性和稳定可调的优势。

【技术实现步骤摘要】
一种镍基电解水阳极材料的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于电催化材料领域，具体涉及一种镍基电解水阳极材料的制备方法以及在新型制氢工艺中的应用。

技术介绍

[0002]氢能作为一种能量密度高、无污染的绿色能源，成为我国乃至世界未来能源战略领域发展的重中之重。在已探索出的工业化制氢方法中，电解水制氢工艺由于其制备方法简单、制氢纯度高、制备过程无污染等优势而备受关注。开发新型析氢工艺具有重要意义。
[0003]目前国内外使用广泛的电解水析氢方法主要为碱性水电解制氢(AWE)，但是碱性水电解制氢(AWE)电解槽的隔膜材料主要由石棉组成，而石棉隔膜的内阻会导致电流效率略低，并且还存在电解设备难以快速启动或变载、无法快速调节制氢的速度，与可再生能源发电的适配性较差等缺点，不能满足工业化需求。
[0004]制备镍基电解水阳极材料运用在新型制氢技术中，将单槽中的水氧化和水还原反应解耦合。因为“Ni(OH)2→
NiOOH”低于OER的反应电位，故而可在电解槽的阳极使氢氧化镍向羟基氧化镍转变的羟基化反应代替阳极OER反应。使电解槽的阴极进行HER，而阳极不发生OER反应，进而可在绝对密闭的单槽电解池中得到纯度较高的氢气产物(99.9％)，并且因为没有隔膜的影响，提高了电流效率、降低了成本，完善了现有技术的缺陷。有利于扩大电解水析氢工艺在氢能生产中的应用，提高氢能生产力并且降低了生产成本，所以探索一种稳定高效、反应可控且价格经济的新型析氢工艺是非常重要的。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种镍基电解水阳极材料的制备方法以及在新型制氢工艺中的应用，本专利技术的镍基电解水阳极材料性能好、电流密度高且循环性稳定。所述的新型析氢工艺是将其与铂片在绝对密闭的单槽中所组成的，该新型析氢工艺具有优越的析氢反应效果、较高的氢气纯度以及较高的氢气产量，具有优异的工业电化学制氢应用前景，可大幅降低AWE 碱性制氢的成本。
[0006]本专利技术公开了一种镍基电解水阳极材料的制备方法，包括具体如下步骤：
[0007]1)将泡沫镍置于烧杯中使用乙醇超声处理10min后取出，再浸入含有硝酸的烧杯中，进行超声清洗处理，本专利技术实施例中采用的泡沫镍为5cm
×
2cm
×ꢀ
0.3cm的泡沫镍片；
[0008]2)称取一定量的镍盐、钠盐及去离子水于烧杯中，加一定量的钴盐、铜盐、锌盐或铁盐中的一种，搅拌至溶液中各组分充分混合；
[0009]3)向步骤2)的盐溶液中滴加一定量的酸性溶液将pH值调到酸性，得到电镀液；
[0010]4)以步骤1)处理后的泡沫镍为载体，用步骤3)配置好的溶液作为电镀液，将泡沫镍置于恒电流仪的阴极通过脉冲法进行电镀处理；
[0011]5)将电镀结束的泡沫镍放入碱液中热处理一段时间后，取出得到镍基电解水阳极材料。
(只添加镍盐和钠盐)
[0029]1)取5.82g六水合硝酸镍、0.23g亚硝酸钠以及200mL的去离子水加入到烧杯中，使用浓度为1M的稀硝酸溶液将溶液的pH值调到3～4；搅拌20min使溶液中各组分充分混合后得到电镀液；
[0030]2)取规格为5cm
×
2cm
×
0.3cm的泡沫镍片作为电镀基底材料，用步骤1) 配置好的溶液作为电镀液，在恒电流仪的阴极使用脉冲法进行电镀处理(每个脉冲15s，其中0
‑
10s时的电流密度为50mA/cm2，11
‑
15s时的电流密度为0mA/cm2，脉冲处理200个循环)；
[0031]3)将电镀好的泡沫镍片浸入90℃的30％的KOH溶液中进行浸泡处理30min，将浸泡后的产物取出，即得到镍基电解水阳极材料。
[0032]实施例2：一种镍基电解水阳极材料的制备方法以及在新型制氢工艺中的应用 (添加镍盐、钠盐和钴盐)
[0033]1)取5.82g六水合硝酸镍、0.23g亚硝酸钠、0.9g六水合硝酸钴以及200mL 的去离子水加入到烧杯中，使用浓度为1M的稀硝酸溶液将溶液的pH值调到3～4，搅拌20min使溶液中各组分充分混合后得到电镀液；
[0034]2)取规格为5cm
×
2cm
×
0.3cm的泡沫镍片作为电镀基底材料，用配置好的溶液作为电镀液，在恒电流仪的阴极使用脉冲法进行电镀处理(每个脉冲15s，其中0
‑
10s时的电流密度为50mA/cm2，11
‑
15s时的电流密度为0mA/cm2，脉冲电镀200个循环)；
[0035]3)将电镀好的泡沫镍片浸入90℃的30％的KOH溶液中进行浸泡处理30min，将浸泡后的产物取出后即可得到镍基电解水阳极材料。
[0036]实施例3：一种镍基电解水阳极材料的制备方法以及在新型制氢工艺中的应用 (添加镍盐、钠盐和铜盐)
[0037]1)取5.82g六水合硝酸镍、0.23g亚硝酸钠、0.9g三水合硝酸铜以及200mL 的去离子水加入到烧杯中，使用浓度为1M的稀硝酸溶液将溶液的pH值调到3～4；搅拌20min使溶液中各组分充分混合后得到电镀液；
[0038]2)取规格为5cm
×
2cm
×
0.3cm的泡沫镍片作为电镀基底材料，用配置好的溶液作为电镀液，在恒电流仪的阴极使用脉冲法进行电镀处理(每个脉冲15s，其中0
‑
10s时的电流密度为50mA/cm2，11
‑
15s时的电流密度为0mA/cm2，脉冲电镀200个循环)；
[0039]3)将电镀好的泡沫镍片浸入90℃的30％的KOH溶液中进行浸泡处理30min，将浸泡后的产物取出后即可得到镍基电解水阳极材料。
[0040]实施例4：一种镍基电解水阳极材料的制备方法以及在新型制氢工艺中的应用 (添加镍盐、钠盐和锌盐)
[0041]1)取5.82g六水合硝酸镍、0.23g亚硝酸钠、0.9g六水合硝酸锌以及200mL 的去离子水加入到烧杯中，使用浓度为1M的稀硝酸溶液将溶液的pH值调到3～4；搅拌20min使溶液中各组分充分混合后得到电镀液；
[0042]2)取规格为5cm
×
2cm
×
0.3cm的泡沫镍作为电镀基底材料，用配置好的溶液作为电镀液，在恒电流仪的阴极使用脉冲法进行电镀处理(每个脉冲15s，其中0
‑
10s时的电流密度为50mA/cm2，11
‑
15s时的电流密度为0mA/cm2，脉冲电镀200个循环)；
[0043]3)将电镀好的泡沫镍片浸入90℃的30％的KOH溶液中进行浸泡处理30min，将浸泡后的产物取出后即可得到镍基电解水阳极材料。
[0044]实施例5：一种镍基电解水阳极材料的制备方法以及在新型制氢工艺中的应用 (添加镍盐、钠盐和铁盐)
[0045]1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镍基电解水阳极材料的制备方法，其特征在于包括具体如下步骤：1)将泡沫镍置于烧杯中使用乙醇超声处理10min后取出，再浸入含有硝酸的烧杯中，进行超声清洗处理；2)称取一定量的镍盐、钠盐及去离子水于烧杯中，加一定量的钴盐、铜盐、锌盐或铁盐中的一种，搅拌至溶液中各组分充分混合；3)向步骤2)的盐溶液中滴加一定量的酸性溶液将pH值调到酸性，得到电镀液；4)以步骤1)处理后的泡沫镍为载体，用步骤3)配置好的溶液作为电镀液，将泡沫镍置于恒电流仪的阴极通过脉冲法进行电镀处理；5)将电镀结束的泡沫镍放入碱液中热处理一段时间后，取出得到镍基电解水阳极材料。2.根据权利要求1所述的一种镍基电解水阳极材料的制备方法，其特征在于步骤1)中的乙醇为无水乙醇，硝酸的浓度为1M，超声清洗时间为10
‑
20min，优选为15min。3.根据权利要求1所述的一种镍基电解水阳极材料的制备方法，其特征在于步骤2)中的镍盐为六水合硝酸镍，钠盐为亚硝酸钠；镍盐、钠盐和去离子水的质量比为3～10:0.2～1:190～210。4.根据权利要求1所述的一种镍基电解水阳极材料的制备方法，其特征在于步骤3)中...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建国，李岩峰，楼煜莹，李硕，赵世杰，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：