CN111519205A - 一种振动增强脱附阴极 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种振荡增强脱附阴极，该阴极包括导电基底、尖锥、磁致伸缩部，磁致伸缩部置于导电基底内。应用时，在外加磁场的作用下，磁致伸缩部产生伸缩，从而带动导电基底和尖锥振荡，增强导电基底和尖锥的气体脱附能力，从而提高电解水制氢效率。本发明将磁致伸缩部置于导电基底内，磁致伸缩部不受电解液影响，具有使用方便、制氢效率高的优点，在电解水制氢领域具有重要的应用价值。

Description

一种振动增强脱附阴极

技术领域

本发明涉及制氢技术领域，具体涉及一种振动增强脱附阴极。

背景技术

氢在地球上主要以化合态的形式出现，是宇宙中分布最广泛的物质。氢能是二次能源。氢能，具有清洁无污染、燃烧效率高效、可运输等诸多优点，是一种理想的绿色能源。氢能在21世纪有可能在世界能源舞台上成为重要的能源。因为地球的水资源很多，所以氢能也是一种潜在的取之不尽的能源，氢能的开发和利用受到各国的高度重视。电解水制氢是利用太阳能照射阳极光解水制氢，是一种获取氢能的重要方式。但是，由于氢气从阴极表面脱附速度慢，制约了传统光解水制氢的效率。提高阴极的氢气脱附性能，是提高电解水制氢的重要途径。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种振荡增强脱附阴极，该阴极包括导电基底、尖锥、磁致伸缩部；尖锥为多个，尖锥设置于导电基底上，磁致伸缩部置于导电基底内；应用时，施加外磁场，磁致伸缩部在外磁场作用下振荡，带动导电基底和尖锥振荡，增强导电基底和尖锥的气体脱附能力。

更进一步地，磁致伸缩部的个数多于一个。

更进一步地，磁致伸缩部的厚度不同。

更进一步地，磁致伸缩部设置为多层。

更进一步地，磁致伸缩部设置为两层。

更进一步地，靠近尖锥处，所述磁致伸缩部的体积小。

更进一步地，尖锥的直径和高度不同。

更进一步地，导电基底和尖锥的材料为镍。

更进一步地，磁致伸缩部的材料为镍合金、铁基合金、铁氧体材料。

更进一步地，在尖锥的顶部设有碳纳米管层。

本发明的有益效果：本发明提供了一种振荡增强脱附阴极，该阴极包括导电基底、尖锥、磁致伸缩部，磁致伸缩部置于导电基底内。应用时，在外加磁场的作用下，磁致伸缩部产生伸缩，从而带动导电基底和尖锥振荡，增强导电基底和尖锥的气体脱附能力，从而提高电解水制氢效率。本发明将磁致伸缩部置于导电基底内，磁致伸缩部不受电解液影响，具有使用方便、制氢效率高的优点，在电解水制氢领域具有重要的应用价值。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是振荡增强脱附阴极的示意图。

图2是又一种振荡增强脱附阴极的示意图。

图3是再一种振荡增强脱附阴极的示意图。

图4是再一种振荡增强脱附阴极的示意图。

图中：1、导电基底；2、尖锥；3、磁致伸缩部。

具体实施方式

为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

实施例1

本发明提供了一种振荡增强脱附阴极，如图1所示，该振荡增强脱附阴极，包括导电基底1、尖锥2、磁致伸缩部3。导电基底1和尖锥2的材料为镍。磁致伸缩部3的材料为镍合金、铁基合金、铁氧体材料。尖锥2为多个，尖锥2设置于导电基底上，尖锥2为矩形周期或方形周期。此外，尖锥2也可以为平行四边形周期。尖锥2为圆锥或近似圆锥形状。磁致伸缩部3置于导电基底1内。也就是说，导电基底1包覆磁致伸缩部3，这样一来，磁致伸缩部3不与电解液接触，使用方便。

应用时，阳极、阴极、隔膜置于电解槽内。隔膜置于阳极和阴极间。阳极的电极材料为铂、石墨、石墨烯或二氧化钛。在太阳光照射下，阳极附近的水分解，氢离子穿过隔膜，氢离子在阴极附近接受电子，转化为氢气。应用本发明振动增强脱附阴极时，施加外加交变磁场，在外加交变磁场的作用下，磁致伸缩部3产生伸缩，从而带动导电基底1和尖锥2振荡，增强导电基底1和尖锥2的氢气脱附能力，从而提高电解水制氢效率。此外，可以通过调节所施加的外加交变磁场，调节磁致伸缩部3的振动频率和振动幅度，具有可调性高的优点。由于本发明将磁致伸缩部3置于导电基底1内，磁致伸缩部3不受电解液影响，具有使用方便、制氢效率高的优点，在电解水制氢领域具有重要的应用价值。

实施例2

在实施例1的基础上，如图2所示，磁致伸缩部3的个数多于一个。也就是说，磁致伸缩部3不是一个整体。磁致伸缩部3是分离的多个部分。这样一来，在外加磁场的作用下，多个磁致伸缩部3产生不同频率或幅度的振动，带动不同位置处的尖锥2产生更大幅度的振动。

更进一步地，磁致伸缩部3的厚度不同。也就是说，多个磁致伸缩部3的体积和质量不同。因此，不同的磁致伸缩部3的共振频率不同。可能发生这样的情形：当一个磁致伸缩部3发生共振时，附近的尖锥2的振动幅度最大；因为磁致伸缩部3的厚度不同，所以临近的磁致伸缩部3没有发生共振，附近的尖锥2的振动幅度小。这样一来，相邻的尖锥2的振动幅度不同，相当于相邻的尖锥2错开。该错开效果，引起相邻尖锥2间流体的紊流，该紊流能够作用到氢气气泡上，使得氢气气泡更容易从尖锥2上脱附，提高氢气气泡的脱附能力，从而提高装置的电解水制氢效率。

实施例3

在实施例1的基础上，如图3所示，磁致伸缩部3设置为多层。具体地，磁致伸缩部3设置为两层。在靠近尖锥2处，磁致伸缩部3的体积或尺寸小；在远离尖锥2处，磁致伸缩部3的体积或尺寸大。在图3中，在导电基底1的底部，磁致伸缩部3长，在导电基底1靠近尖锥2一侧，磁致伸缩部3短；在导电基底1靠近尖锥2一侧，设置有多个磁致伸缩部3。各较短的磁致伸缩部3的长度、厚度设置为不同。除在长、短上设置区别外，还可以在物理量厚度上设置不同。这样一来，图3中体积或尺寸大的磁致伸缩部3和体积或尺寸小的磁致伸缩部3协同作用，产生不同幅度和不同共振频率的振荡，带动不同位置处的尖锥2产生不同幅度的振荡，从而在不同尖锥2间产生紊流或涡流，从而增强作用到氢气气泡上的作用力，提高氢气气泡的脱附能力，从而最终提高电解水制氢的效率。

实施例4

在实施例3的基础上，如图4所示，尖锥2的直径和高度不同。不同直径和高度的尖锥2破坏了相邻尖锥2之间的空间的结构对称性。当尖锥振荡时，更容易在相邻尖锥2之间形成紊流或涡流，提高作用在氢气气泡上的作用力，提高氢气气泡的脱附能力，从而最终提高电解水制氢的效率。

实施例5

在以上所有实施例的基础上，在尖锥2的顶部设有碳纳米管层。碳纳米管层和尖锥2共同作为阴极，用于析氢。碳纳米管的尺寸更小，在碳纳米管上产生的氢气气泡更小，更容易脱附。在磁致伸缩部3的作用下，碳纳米管层也发生振荡。所以磁致伸缩部3的作用也提高了碳纳米管层的脱附能力，从而提高装置的制氢效率。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种振荡增强脱附阴极，其特征在于，包括：导电基底、尖锥、磁致伸缩部；所述尖锥为多个，所述尖锥设置于所述导电基底上，所述磁致伸缩部置于所述导电基底内；应用时，施加外磁场，所述磁致伸缩部在外磁场作用下振荡，带动所述导电基底和所述尖锥振荡，增强所述导电基底和所述尖锥的气体脱附能力。

2.如权利要求1所述的振荡增强脱附阴极，其特征在于：所述磁致伸缩部的个数多于一个。

3.如权利要求2所述的振荡增强脱附阴极，其特征在于：所述磁致伸缩部的厚度不同。

4.如权利要求2所述的振荡增强脱附阴极，其特征在于：所述磁致伸缩部设置为多层。

5.如权利要求4所述的振动增强脱附阴极，其特征在于：所述磁致伸缩部设置为两层。

6.如权利要求5所述的振荡增强脱附阴极，其特征在于：靠近所述尖锥处，所述磁致伸缩部的体积小。

7.如权利要求6所述的振荡增强脱附阴极，其特征在于：所述尖锥的直径和高度不同。

8.如权利要求1-7任一项所述的振荡增强脱附阴极，其特征在于：所述导电基底和所述尖锥的材料为镍。

9.如权利要求8所述的振荡增强脱附阴极，其特征在于，所述磁致伸缩部的材料为镍合金、铁基合金、铁氧体材料。

10.如权利要求9所述的振荡增强脱附阴极，其特征在于：在所述尖锥的顶部设有碳纳米管层。

Images