一种碱性水电解制氢用阳极及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及电解水阳极制备技术领域，具体涉及一种碱性水电解制氢用阳极及其制备方法和应用。该阳极的制备方法包括以下步骤：1)将镍盐溶液、锂盐溶液、钴盐溶液和贵金属盐溶液混合得到混合涂布液；2)对金属电极基材在300

【技术实现步骤摘要】
一种碱性水电解制氢用阳极及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电解水阳极制备
，具体涉及一种碱性水电解制氢用阳极及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]电解水工艺因其高效性而易形成产业化，是最有前景的制氢方法，具有操作简单、产品纯度高、无污染和原料来源经济等特点。电解水是将直流电通过酸性或碱性水溶液将水分解，在阴极析出氢气，也称析氢电极，在阳极析出氧气，也称析氧电极。水电解需要的理论电压为1.23V，该值具有温度依赖性，但在实际应用中使水分解的电压要高于该理论值，额外需要的电压则为过电位。碱性电解水制氢由于其技术成熟，成本相对较低，是目前广泛采用的工业电解水制氢技术。
[0003]碱性水电解制氢技术中阳极大多不采用催化层，直接使用镍或镍合金基材，存在以下问题：(1)单纯的镍或镍合金基材析氧电位高，能耗较高；(2)催化层与电极基材结合力不理想，催化材料在电解过程的初期或高电流密度下易脱落，导致膜堵塞，电流效率下降，电极寿命有限。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有电解水制氢阳极析氧电位高，催化层与电极基材结合力较差的缺陷，从而提供一种碱性水电解制氢用阳极及其制备方法和应用，该碱性水电解制氢用阳极可以在有效降低析氧电位的同时兼顾更优的涂层与电极基材结合力，保证长期稳定的使用寿命。
[0005]本专利技术技术方案：
[0006]一种碱性水电解制氢用阳极的制备方法，包括以下步骤：
[0007]1)将镍盐溶液、锂盐溶液、钴盐溶液和贵金属盐溶液混合得到混合涂布液；
[0008]2)对金属电极基材在300
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500℃下进行第一高温热氧化处理，然后将混合涂布液涂敷至金属电极基材表面，涂敷后进行第二热氧化处理以在金属电极基材表面形成金属氧化物催化剂涂层，得到碱性水电解制氢用阳极。
[0009]步骤2)中的第一高温热氧化处理的温度为350
‑
450℃；优选的，所述高温热氧化处理的温度为400℃。
[0010]步骤2)中的第一高温热氧化处理的时间为3
‑
20min。
[0011]所述贵金属盐溶液中的贵金属选自Pt、Ru、Ir、Pd、Rh中的任一种或几种的组合；优选的，所述贵金属盐溶液中的贵金属包括Ru、Pd、Rh中的任一种或几种的组合。
[0012]所述金属氧化物催化剂涂层中的金属氧化物包括镍的氧化物、锂的氧化物、钴的氧化物和贵金属氧化物。
[0013]所述镍的氧化物为NiO2,所述锂的氧化物为Li2O，所述钴的氧化物为Co3O4；所述贵金属氧化物为IrO2、PtO2、RuO2、PdO2和RhO2中任一种或几种。
[0014]所述镍的氧化物、锂的氧化物与钴的氧化物在所述金属电极基材表面的总负载量为30
‑
50g/m2，所述镍的氧化物、锂的氧化物与钴的氧化物的重量比例为(3
‑
5):(4
‑
6):(1
‑
2)；所述贵金属氧化物在所述金属电极基材表面的负载量为1
‑
3g/m2。
[0015]所述催化剂涂层的厚度为5
‑
30μm，其取决于涂层负载量。
[0016]所述金属电极基材的材质为镍或镍合金；优选的，所述金属电极基材为镍或镍合金的编织网或拉网。
[0017]所述镍盐溶液为镍的硝酸盐溶液，镍的羧酸盐溶液，镍的盐酸盐溶液中任一种；所述锂盐溶液为锂的硝酸盐溶液，锂的羧酸盐溶液，锂的盐酸盐溶液中任一种；所述钴盐溶液为钴的硝酸盐溶液，钴的羧酸盐溶液，钴的盐酸盐溶液中任一种；所述贵金属盐溶液为贵金属的盐酸盐溶液。根据金属氧化物负载量调整混合涂布液中盐溶液的浓度和混合涂布液喷涂量。当所述混合涂布液中镍元素的含量为80
‑
125g/L，锂元素的含量为75
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110g/L，钴元素的含量为30
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55g/L，贵金属元素的总含量为7
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25g/L，混合涂布液在金属电极基材表面的总喷涂量为70
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155ml/m2时，使得形成的金属氧化物催化剂涂层中的所述镍的氧化物、锂的氧化物与钴的氧化物在所述金属电极基材表面的总负载量为30
‑
50g/m2，所述镍的氧化物、锂的氧化物与钴的氧化物的重量比例为(3
‑
5):(4
‑
6):(1
‑
2)；所述贵金属氧化物在所述金属电极基材表面的负载量为1
‑
3g/m2。
[0018]步骤2)中的第二热氧化处理的温度为400℃
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600℃，保温时间为100min
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2000min。
[0019]步骤2)中涂敷次数为10
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40次，每次涂敷后均进行所述第二热氧化处理，所述第二热氧化处理的温度为400℃
‑
600℃，每次的保温时间为10
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50min。
[0020]步骤2)中所述第一高温热氧化过程在空气氛围下进行。
[0021]步骤2)中所述第二热氧化处理过程在空气氛围下进行。
[0022]第一高温热氧化处理前还包括对所述电极基材进行表面粗糙化处理的步骤。优选的，对所述电极基材进行粗糙化的步骤为：将所述电极基材依次经过喷砂处理、洗涤处理得到表面粗糙的所述电极基材；优选的，所述喷砂处理为采用喷砂介质向所述电极基材表面进行喷砂处理，所述喷砂介质为100目或200目刚玉砂，喷砂次数为1
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3遍，喷砂表面包括所述电极基材正面或正反面；所述洗涤处理为对喷砂后的电极基材采用酸溶液进行酸洗处理或采用水进行水洗处理，所述酸溶液为草酸、硫酸、盐酸中任一种或几种的混合物；优选的，所述酸溶液为2.0wt％
‑
4.0wt％的硫酸。
[0023]还包括采用碱液对金属电极基材表面的金属氧化物催化剂涂层进行碱处理的步骤。
[0024]所述碱液为氢氧化钠的水溶液，所述氢氧化钠的水溶液的浓度为20wt％
‑
30wt％，处理温度为20
‑
40℃，处理时间10
‑
20h。
[0025]一种碱性水电解制氢用阳极，采用所述的一种碱性水电解制氢用阳极的制备方法制备得到。
[0026]所述阳极包括金属电极基材和位于所述金属电极基材表面的金属氧化物催化剂涂层，所述金属氧化物催化剂涂层包括镍的氧化物、锂的氧化物、钴的氧化物和贵金属氧化物。
[0027]所述的一种碱性水电解制氢用阳极在碱性水电解制氢中的应用。
[0028]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0029]1、本专利技术提供的一种碱性水电解制氢用阳极的制备方法，一方面，在催化剂涂层制作前对金属电极基材在300
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500℃进行高温热氧化处理，使基材表层形成金属氧化物，防止酸性涂布本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碱性水电解制氢用阳极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将镍盐溶液、锂盐溶液、钴盐溶液和贵金属盐溶液混合得到混合涂布液；2)对金属电极基材在300
‑
500℃下进行第一高温热氧化处理，然后将所述混合涂布液涂敷至金属电极基材表面，涂敷后进行第二热氧化处理以在金属电极基材表面形成金属氧化物催化剂涂层，得到碱性水电解制氢用阳极。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中的第一高温热氧化处理的温度为350
‑
450℃。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述贵金属盐溶液中的贵金属选自Pt、Ru、Ir、Pd、Rh中的任一种或几种的组合。4.根据权利要求1
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3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述金属氧化物催化剂涂层中的金属氧化物包括镍的氧化物、锂的氧化物、钴的氧化物和贵金属氧化物。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述镍的氧化物、锂的氧化物与钴的氧化物在所述金属电极基材表面的总负载量为30
‑
50g/m2，所述镍...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦凤飞，段倩倩，李行，
申请(专利权)人：三一氢能有限公司，
类型：发明
国别省市：