本发明专利技术涉及一种用于生产碱性电解电极的方法，该碱性电解电极基于泡沫Ni基底上的硫化物的组合物。在步骤S2)中，在Ni基底上进行硫化。硫化步骤导致形成具有Ni‑S化合物的电催化活性纳米位点。研究发现，这些纳米位点能够降低碱性水电解过程中的电极所谓的过电位，并且可以显著简化电极的生产。特别地，已经存在的电解槽装置可以通过现场应用改进的方法从本发明专利技术中受益。
本专利技术涉及一种生产碱性水电解电极(例如阳极和/或阴极)的方法，该碱性电解电极优选基于在泡沫ni基底上的硫化物的组合物，可选地具有金属是mo、ni、co、fe和/或w。特别地，本专利技术进一步涉及相应的碱性水电解电极和相应的碱性水电解的电解系统。
1、氢是能源系统中非常有趣且重要的一部分——尤其是在即将到来的power-to-x(ptx)战略中。通过将来自风力涡轮机、光伏电池和水基发电厂的绿色电力转化为氢气，这些能源可以直接用于运输行业，储存起来以备后用，或者与二氧化碳(co2)一起转化为所谓的绿色甲烷、绿色甲醇、绿色柴油或绿色航空燃料。由此得出结论，与通过电网上的铜线输送电能相比，通过管道系统以氢输送能源相对便宜。
2、水电解可以大致分为三种不同的技术：固体氧化物电解(soe)、质子交换膜(pem)电解和碱性水电解(awe)。此外，在更学术的层面上，水也可以通过热解、光解和微生物电解被分解成h2和o2，尽管这些技术远不成熟。
3、通过碱性水电解(awe)生产氢气是一种达兆瓦级的成熟的技术。h2从阴极表面产生，形成氢氧根离子(oh-)，在阳极和阴极之间电场的影响下，氢氧根离子通过多孔隔膜迁移到阳极。随后，两个氢氧根离子(oh-)被释放，形成氧气(o2)和水(h2o)。氧原子在阳极表面结合，并以氧气(o2)的形式逸出。
>7、整体电池反应：h2o→h2+1/2o2(3)8、碱性水电解的阳极/阴极通常是镍基材料。镍在浓koh溶液中是稳定的。据报道，镍基电极在碱性水电解中的寿命超过25年，并且具有数十年的稳定性。传统上，多孔镍(例如泡沫镍或不同的ni合金)已被用作标准电极材料以增加表面积。
9、持续进行专注于通过降低氢气和氧气形成的过电位，来改进碱性电解电极的研究和开发活动。
10、一个最近的示例是美国专利申请us2019106797(西门子)，其中公开了用于具有原位阳极活化的碱性水电解的电解池。该电解池包括：阳极；阴极，其中阴极表面的至少一部分包括导电稳定材料(如镍)和阳极催化材料(如钴、锰等)，该阳极催化材料适于在碱性水中从阴极表面释放，并且当跨阳极和阴极施加电压时沉积在阳极表面；以及分隔阳极和阴极的隔膜，其中该隔膜是气密的并且对阳极催化材料是可渗透的。然而，在一些电解池中，使用对阳极催化材料可渗透的、分隔阳极和阴极的隔膜可能不是有利的，并且电极的制造方法相对复杂。
11、最近的中国专利申请cn 105244173公开了一种具有过渡金属硫化物电极材料的超级电容器的制备方法，该方法简单、方便且成本低。制备方法包括以下步骤：清洗切割好的泡沫金属，进行真空干燥，然后将泡沫金属放入管式退火炉中，进行加热退火，同时持续通入硫化氢气体，其中加热时间为40-50分钟，退火温度为400-500℃，退火时间为30-90分钟；退火后继续通入硫化氢气体，直至自然冷却至室温，从而获得具有特定微结构的过渡金属硫化物电极材料。该方法特别是泡沫镍(2-10％)在h2s中加热到400℃，将产生用于构建超级电容器的高效电极。然而，该专利技术与水电解无关，此外，所获得的本体硫化将产生非常脆的电极材料，使得不可能在功能性电解槽中组装和使用该电极。
12、因此，制造或生产碱性水电解用电极的改进方法将是有利的，特别地生产电极的更有效和/或更可靠的方法将是有利的。
技术实现思路
1、因此，本专利技术的目的涉及一种生产用于碱性水电解的电极的改进方法。
2、特别地，本专利技术的目的是提供一种生产或制造用于碱性水电解的电极的改进方法，该方法解决了现有技术中用于碱性水电解的电极的复杂制造方法的上述问题。
3、因此，本专利技术的第一方面涉及一种生产基于泡沫ni基底的碱性电解电极的方法，该方法包括首先提供镍(ni)泡沫基底，该方法包括以下单独步骤：
4、s2)对所述泡沫ni基底进行硫化，以及
5、s3)可选地重复至少一次所述步骤s2)，
6、导致形成包含ni-s化合物的电催化活性纳米位点，这些纳米位点能够在碱性水电解过程中降低电极的过电位。
7、有利的是，本专利技术提供了一种相对简单且有效的生产电极的方法，该方法具有显著降低生产碱性电解电极的时间和成本方面的复杂性的潜力。
8、研究发现，这些ni-s基纳米位点能够降低碱性水电解过程中所谓的电极过电位，并且可以显著简化电极的生产。具体而言，通过现场应用改进的方法，例如通过应用含硫气体(例如含h2s气体)来改善已经运行的电解槽单元的性能，即所谓的原位硫化工艺，已经存在的电解槽单元可以从本专利技术中受益。
9、本专利技术的又一方面是提供一种根据第一方面的碱性水电解电极。
10、本专利技术的又一方面是提供一种电解系统，其具有根据第一和/或任何其他方面的电极，该电极用于碱性水电解或如下所述的其他电化学应用。
11、根据任何上述方面，本专利技术的主要应用涉及通过提供电催化活性纳米位点而改进的碱性电解。然而，通过理论上的考虑，预期并建议电极和用于生产这样的电极的相应方法也可以有益地应用于cl2生产、nh3的电催化生产或将co2转化为co的电极。
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【技术保护点】
1.一种生产基于泡沫Ni基底的碱性电解电极的方法，所述方法包括首先提供泡沫镍(Ni)基底，所述方法包括以下单独步骤：
2.根据权利要求1所述的生产电极的方法，其中步骤S1)金属沉积在硫化步骤S2)之前在所述泡沫Ni基底上进行，优选通过电镀，所述金属是Mo、Ni、Co、Fe和/或W，从而在泡沫Ni基底上和/或泡沫Ni基底中形成金属-S-Ni化合物。
3.根据前述权利要求中任一项所述的生产电极的方法，其中所述包含Ni-S化合物的电催化活性纳米位点能够在最小电流密度为0.2A/cm2下，使碱性水电解过程中的电极过电位降低至少0.1V、可选地0.2V、优选至少0.3V、更优选至少0.4V。
4.根据前述权利要求中任一项所述的生产电极的方法，其中形成包含Ni-S化合物的电催化活性纳米位点能够通过增加所述纳米位点的表面积来降低碱性水电解过程中的电极过电位。
5.根据前述权利要求中任一项所述的生产电极的方法，其中形成包含Ni-S化合物的电催化活性纳米位点能够通过降低所述纳米位点上氢气的绝对结合能来降低碱性水电解过程中的电极过电位。
6.根据前述权利要求中任一项所述的生产电极的方法，其中形成包含Ni-S化合物的电催化活性纳米位点能够通过降低所述纳米位点上氧气的绝对结合能来降低碱性水电解过程中的电极过电位。
7.根据前述权利要求中任一项所述的生产电极的方法，其中形成包含Ni-S化合物的电催化活性纳米位点能够通过改变在所述纳米位点上形成的氢气的气泡形成和/或脱附来降低碱性水电解过程中的电极过电位。
8.根据前述权利要求中任一项所述的生产电极的方法，其中形成包含Ni-S化合物的电催化活性纳米位点能够通过改变在所述纳米位点上形成的氧气的气泡形成和/或脱附来降低碱性水电解过程中的电极过电位。
9.根据前述权利要求中任一项所述的生产电极的方法，其中形成包含Ni-S化合物的电催化活性纳米位点能够通过降低所述纳米位点上氢气形成的启动电压能来降低碱性水电解过程中的电极过电位。
10.根据前述权利要求中任一项所述的生产电极的方法，其中所述形成包含Ni-S化合物的电催化活性纳米位点能够通过降低所述纳米位点上氧气形成的启动电压来降低碱性水电解过程中的电极过电位。
11.根据前述权利要求中任一项所述的生产电极的方法，其中形成包含Ni-S化合物的电催化活性纳米位点能够通过促进更多能够被氧化的纳米位点以产生有利于氧气形成的Ni-氧化物-纳米位点来降低碱性水电解过程中的电极过电位。
12.根据前述权利要求中任一项所述的生产电极的方法，其中硫化所述Ni泡沫基底在约20-150℃的温度区间下、优选在约50-100℃的温度区间下、最优选在约70-80℃的温度区间下进行。
13.根据前述权利要求中任一项所述的生产电极的方法，其中硫化所述Ni泡沫基底用气体组合物进行，优选所述气体组合物的最小压力为大约0.5atm.、1atm.、2atm.、3atm.、4atm.或5atm。
14.根据前述权利要求中任一项所述的用于生产电极的方法，其中硫化所述Ni泡沫基底用气体组合物进行，所述气体组合物的水的相对体积部分在大约0.1-20％的区间内、优选在大约5-15％的区间内、更优选在大约10％的区间内。
15.根据前述权利要求中任一项所述的生产电极的方法，其中基于泡沫Ni基底的碱性电解电极是阳极部分和/或阴极部分。
16.根据前述权利要求中任一项所述的生产电极的方法，其中硫化在小于10小时、优选小于5小时、最优选小于2小时内进行。
17.根据前述权利要求中任一项所述的生产电极的方法，其中生产的电极是现有电解系统的一部分。
18.根据前述权利要求中任一项所述的生产电极的方法，其中预处理在硫化所述泡沫Ni之前进行，所述预处理包括：
19.根据前述权利要求中任一项所述的生产电极的方法，其中在所述Ni化合物上的硫化步骤S2)用硫化介质进行，所述硫化介质包括硫化氢，即H2S，或者二甲基硫醚(DMS)、二甲基亚砜(DMSO，(CH3)2SO)、乙硫醇(CH3CH2SH)、丁硫醇(C4H10S)、硫脲、C2S2或H2S2。
20.根据前述权利要求中任一项所述的生产电极的方法，其中硫化所述泡沫Ni基底用气体组合物进行，所述气体组合物可选地为H2S气体，优选所述H2S气体具有以下气体组成：1-10vol.％的H2S、优选2-4vol.％的H2S、更优选约3vol.％的H2S。
21.根据前述权利要求中任一项所述的生产电极的方法，其中所述泡沫Ni由选自由Fe、Co、Cr和/或...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种生产基于泡沫ni基底的碱性电解电极的方法，所述方法包括首先提供泡沫镍(ni)基底，所述方法包括以下单独步骤：
2.根据权利要求1所述的生产电极的方法，其中步骤s1)金属沉积在硫化步骤s2)之前在所述泡沫ni基底上进行，优选通过电镀，所述金属是mo、ni、co、fe和/或w，从而在泡沫ni基底上和/或泡沫ni基底中形成金属-s-ni化合物。
3.根据前述权利要求中任一项所述的生产电极的方法，其中所述包含ni-s化合物的电催化活性纳米位点能够在最小电流密度为0.2a/cm2下，使碱性水电解过程中的电极过电位降低至少0.1v、可选地0.2v、优选至少0.3v、更优选至少0.4v。
4.根据前述权利要求中任一项所述的生产电极的方法，其中形成包含ni-s化合物的电催化活性纳米位点能够通过增加所述纳米位点的表面积来降低碱性水电解过程中的电极过电位。
5.根据前述权利要求中任一项所述的生产电极的方法，其中形成包含ni-s化合物的电催化活性纳米位点能够通过降低所述纳米位点上氢气的绝对结合能来降低碱性水电解过程中的电极过电位。
6.根据前述权利要求中任一项所述的生产电极的方法，其中形成包含ni-s化合物的电催化活性纳米位点能够通过降低所述纳米位点上氧气的绝对结合能来降低碱性水电解过程中的电极过电位。
7.根据前述权利要求中任一项所述的生产电极的方法，其中形成包含ni-s化合物的电催化活性纳米位点能够通过改变在所述纳米位点上形成的氢气的气泡形成和/或脱附来降低碱性水电解过程中的电极过电位。
8.根据前述权利要求中任一项所述的生产电极的方法，其中形成包含ni-s化合物的电催化活性纳米位点能够通过改变在所述纳米位点上形成的氧气的气泡形成和/或脱附来降低碱性水电解过程中的电极过电位。
9.根据前述权利要求中任一项所述的生产电极的方法，其中形成包含ni-s化合物的电催化活性纳米位点能够通过降低所述纳米位点上氢气形成的启动电压能来降低碱性水电解过程中的电极过电位。
10.根据前述权利要求中任一项所述的生产电极的方法，其中所述形成包含ni-s化合物的电催化活性纳米位点能够通过降低所述纳米位点上氧气形成的启动电压来降低碱性水电解过程中的电极过电位。
11.根据前述权利要求中任一项所述的生产电极的方法，其中形成包含ni-s化合物的电催化活性纳米位点能够通过促进更多能够被氧化的纳米位点以产生有利于氧气形成的ni-氧化物-纳米位点来降低碱性水电解过程中的电极过电位。
12.根据前述权利要求中任一项所述的生产电极的方法，其中...
【专利技术属性】
技术研发人员：拉尔斯·普莱斯·尼尔森，理查德·埃斯佩赛斯，佩尔·默勒，马库斯·维克托·克拉格施瓦兹，莫滕·林丁·弗雷泽里克森，
申请(专利权)人：制氢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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