一种热电耦合水氧化电极、制备方法及应用技术

本发明专利技术属于新能源技术领域，尤其涉及一种热电耦合水氧化电极、制备方法及应用，更具体的是一种适应宽功率波动的热电耦合水氧化电极，及其制备方法和热电耦合水氧化电极的应用。本发明专利技术包括基底和催化层构成，所述基底为导电镍基底，所述催化层为无定形金属氢氧化物。本发明专利技术热电耦合水氧化电极通过热耦合能够实现电化学和热化学反应级联，降低析氧反应所需电压，较大程度降低电能耗；还可以通过输入热能来调控水氧化电压，可以使电制氢系统的灵活性得到显著的提高。本发明专利技术还具有制备方法简单，现有工业化设备可满足所有操作步骤运行的特点，具有较好的产业化应用前景。具有较好的产业化应用前景。具有较好的产业化应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种热电耦合水氧化电极、制备方法及应用


[0001]本专利技术属于新能源
，尤其涉及一种热电耦合水氧化电极、制备方法及应用，更具体的是一种适应宽功率波动的热电耦合水氧化电极，及其制备方法和热电耦合水氧化电极的应用。

技术介绍

[0002]大力开发利用可再生能源已成为大势所趋，而可再生能源的不连续性和波动性对电网稳定性和安全性带来巨大挑战。
[0003]耦合电制氢是提升电力系统灵活性的有效策略之一，为了平抑可再生能源波动，电制氢系统需适应可再生能源不稳定功率输出。
[0004]电制氢以储量丰富的水作为原料，通直流电即可生产高纯度氢气，且运行时不产生污染气体。其中，析氧反应（Oxygen evolution reaction, OER）为电制氢技术的阳极反应。但是，OER过程需要转移4个电子，这就导致了反应能垒较高和反应历程复杂，严重限制了电制氢的能量转化效率和稳定性。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术中存在的不足之处，本专利技术提供了一种热电耦合水氧化电极、制备方法及应用。其目的是为了实现降低析氧反应所需电压，降低电能耗，使电制氢系统的灵活性得到显著的提高的专利技术目的。
[0006]本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种热电耦合水氧化电极，包括基底和催化层构成，所述基底为导电镍基底，所述催化层为无定形金属氢氧化物。
[0007]更进一步的，所述导电镍基底包括：泡沫镍或镍网或镍箔或镍板。
[0008]更进一步的，所述导电镍基底优选泡沫镍，泡沫镍的厚度为1.0～1.6mm，孔隙率为50～99％。
[0009]更进一步的，所述无定形金属氢氧化物中的金属包括：铁或钴或镍或锰或铬或铜中的任意一种或多种。
[0010]更进一步的，所述无定形金属氢氧化物为微米薄层，厚度为1～2μm。
[0011]一种热电耦合水氧化电极的制备方法，包括以下步骤：步骤1.将基底用20
‑
50mL去离子水和20
‑
50mL乙醇进行超声清洗，备用；步骤2.将清洗的基底置于浓度为0.5～20mol/L的酸溶液中，进行超声反应5～40分钟；步骤3.将经过超声反应的基底置于浓度为0.5～20g/L的金属硝酸盐溶液中进行超声反应，取出后用20
‑
50mL去离子水和20
‑
50mL乙醇清洗多次，置于40
o
C
‑
60
o
C干燥箱内烘干1
‑
2小时，得到热电耦合水氧化电极；步骤4.将热电耦合水氧化电极置于温度为70℃～90℃，浓度为1～10 mol/L的碱
性电解液中进行测试。
[0012]更进一步的，所述酸溶液为硝酸或硫酸或盐酸中的任意一种，根据基底的特性进行选择。
[0013]更进一步的，所述金属硝酸盐溶液为硝酸铁或硝酸钴或硝酸镍或硝酸锰或硝酸铬或硝酸铜中的任意一种或几种。
[0014]更进一步的，所述碱性电解液为KOH电解液。
[0015]更进一步的，所述的一种热电耦合水氧化电极，在碱性电解槽中，及在具有宽功率波动的能源输入环境中的应用。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：本专利技术设计的热电耦合水氧化电极通过热耦合能够实现电化学和热化学反应级联，降低了析氧反应所需电压，较大程度降低电能耗。
[0017]本专利技术设计的热电耦合水氧化电极可通过输入热能来调控水氧化电压，可以使电制氢系统的灵活性得到显著的提高。
[0018]本专利技术设计的热电耦合水氧化电极制备方法简单，现有工业化设备可满足所有操作步骤运行，具有一定的产业化前景。
附图说明
[0019]本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是本专利技术热电耦合水氧化电极（Ni
x
Fe1‑
x
(OH)2）在不同盐酸浓度中，析氧反应极化曲线图；图2是本专利技术热电耦合水氧化电极（Ni
x
Fe1‑
x
(OH)2）在不同盐酸溶液超声反应时间下，析氧反应极化曲线图；图3是本专利技术热电耦合水氧化电极（Ni
x
Fe1‑
x
(OH)2）在不同硝酸铁浓度中，析氧反应极化曲线图；图4是本专利技术热电耦合水氧化电极（Ni
x
Fe1‑
x
(OH)2）在不同硝酸铁溶液超声反应时间下，析氧反应极化曲线图；图5是本专利技术又一实施例热电耦合水氧化电极（Ni
x
Fe1‑
x
(OH)2）的扫描电子显微镜图；图6是本专利技术又一实施例热电耦合水氧化电极（Ni
x
Fe1‑
x
(OH)2）的透射电子显微镜图；图7是本专利技术又一实施例热电耦合水氧化电极（Ni
x
Fe1‑
x
(OH)2）在30～90 o
C，析氧反应极化曲线图；图8是本专利技术又一实施例热电耦合水氧化电极（Ni
x
Fe1‑
x
(OH)2）在70～90 o
C，Ni
2+
/Ni
3+
电氧化反应活化能结果图；图9是本专利技术又一实施例热电耦合水氧化电极（Ni
x
Fe1‑
x
(OH)2）在70～90 o
C，析氧反应活化能结果图；图10是本专利技术又一实施例热电耦合水氧化电极（Ni
x
Fe1‑
x
(OH)2）在90 o
C下，阶跃电压测试结果图；
图11是本专利技术又一实施例热电耦合水氧化电极（Ni
x
Fe1‑
x
(OH)2）在不同电解液温度下，电化学阻抗谱测试结果图；图12是本专利技术又一实施例热电耦合水氧化电极（Ni
x
Co1‑
x
(OH)2）的扫描电子显微镜图；图13是本专利技术又一实施例热电耦合水氧化电极（Ni
x
Co1‑
x
(OH)2）在30 o
C下，析氧反应极化曲线；图14是本专利技术又一实施例热电耦合水氧化电极（Ni
x
Mn1‑
x
(OH)2）的扫描电子显微镜图；图15是本专利技术又一实施例热电耦合水氧化电极（Ni
x
Mn1‑
x
(OH)2）在30 o
C下，析氧反应极化曲线。
具体实施方式
[0020]为了能够更清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面将结合附图和具体实施方式对本专利技术进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0021]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本专利技术的保护范围并不受下面公开本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热电耦合水氧化电极，其特征是：包括基底和催化层构成，所述基底为导电镍基底，所述催化层为无定形金属氢氧化物。2.根据权利要求1所述的一种热电耦合水氧化电极，其特征是：所述导电镍基底包括：泡沫镍或镍网或镍箔或镍板。3.根据权利要求1所述的一种热电耦合水氧化电极，其特征是：所述导电镍基底优选泡沫镍，泡沫镍的厚度为1.0～1.6mm，孔隙率为50～99％。4.根据权利要求1所述的一种热电耦合水氧化电极，其特征是：所述无定形金属氢氧化物中的金属包括：铁或钴或镍或锰或铬或铜中的任意一种或多种。5.根据权利要求1所述的一种热电耦合水氧化电极，其特征是：所述无定形金属氢氧化物为微米薄层，厚度为1～2μm。6.一种热电耦合水氧化电极的制备方法，其特征是：包括以下步骤：步骤1.将基底用20
‑
50mL去离子水和20
‑
50mL乙醇进行超声清洗，备用；步骤2.将清洗的基底置于浓度为0.5～20mol/L的酸溶液中，进行超声反应5～40分钟；步骤3.将经过超声反应的基底置于浓度为0.5～20g/L的金属硝酸盐...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩子娇，李家珏，董鹤楠，葛延峰，闫世成，陈永辉，李胜辉，戈阳阳，李平，程绪可，张潇桐，张冠锋，郑志勤，邓海涛，刘德培，杨延栋，刘端端，白雪，张立业，宁晨，
申请(专利权)人：国网辽宁省电力有限公司南京大学朝阳燕山湖发电有限公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：