CN114941159A - 一种具有自清洁功能的光伏电解水制氢设备及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有自清洁功能的光伏电解水制氢设备及其方法，涉及电解水制氢技术领域。所述设备使用由泡沫镍板涂敷钛氧化物后，在其表面上吸引镍锌铁氧磁性颗粒制得的阴阳双功能电极，通过阴阳极反接溶解电极表面的积垢，实现电极的电化学自清洁。通过设置机械除垢装置，驱动装置驱动传动杆转动，滑块在传动杆上作直线往复运动，刮刀与阴极表面接触，将其表面的沉积的污垢刮除，污垢随电解液流动从壳体内流出，实现电极的机械自清洁。通过太阳能光伏组件将太阳能转化成设备所需的电能，充分利用新能源。通过上述具有自清洁功能的光伏电解水制氢设备和方法，定期清理电解水过程中在电极表面的积垢，使其长期保持稳定运行。

Description

一种具有自清洁功能的光伏电解水制氢设备及其方法
技术领域
本发明涉及电解水制氢技术领域，具体涉及一种具有自清洁功能的光伏电解水制氢设备及其方法。
背景技术
电解水制氢技术主要包括碱性电解水(AWEs)、聚合物质子交换膜电解水(PEMWEs)和高温氧化物电解水(SOEC)等技术。PEMWEs技术的优点是工作电流密度高，电解槽启动快，负载范围宽，灵活性好。缺点是对水质要求极高，内部呈强酸性环境，对催化剂及组件的耐腐蚀性要求高，质子交换膜和电极投资成本较高但稳定性较差(不但降低电流效率，还带来极大的安全隐患)。SOEC制氢技术具有电解效率高，电流密度高，生产速度快等优点，但是技术成熟度低，需要在高温下运行，对关键材料要求高，因此成本最高，还处于研究阶段，近年难以大规模应用。AWEs是已经商业化的电解水制氢技术，性能稳定，成本低，适合大规模应用。电解槽是AWEs的核心装备，主要由槽体、阳极、阴极、隔膜等组成。电解槽对纯水的依赖性较强，导致生产成本较高，采用普通水源可大大降低原料成本，但普通水源中的钙镁等硬度离子杂质易在阴极表面结垢沉积，导致电极寿命缩短、氢气生产效率下降、电解槽堵塞等风险，严重时不得不对制氢系统进行停车处理，大大增加了系统运行成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有自清洁功能的光伏电解水制氢设备及其方法，解决在电解水过程中阴极易结垢导致系统效率下降的问题。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：一种具有自清洁功能的光伏电解水制氢设备，其特征在于：包括太阳能光伏组件、用于控制输出稳定电压的控制电路、电解水装置，所述电解水装置包括壳体、基座、阴阳双功能电极、多孔隔膜板和机械除垢装置，壳体为顶部开口的中空腔体，侧壁上设置有进出水孔，一侧的进出水孔通过循环泵与另一侧的进出水孔连接；基座底部向下延伸有U型反应腔，U型反应腔内从左至右依次装配有阴阳双功能电极、多孔隔膜板和阴阳双功能电极，多孔隔膜板和阴阳双功能电极将U型反应腔分隔成阴极室和阳极室，阴极室和阳极室上方分别开设有排气孔，排气孔位于基座上且与气体收集装置连接；基座密封装配在壳体顶部；机械除垢装置设置在基座顶部且伸入阴极室内，刮除阴极室内阴阳双功能电极表面的结垢物；所述太阳能光伏组件、阴阳双功能电极、循环泵、机械除垢装置分别与控制电路电连接。
更进一步的技术方案是所述机械除垢装置包括刮刀、刀架、连接杆、传动杆、滑块、盖板和驱动装置，刀架侧壁上设置有刮刀，刀架顶部通过连接杆与滑块连接，滑块连接在传动杆上，传动杆转动设置在基座上，基座上开设有让位槽，连接杆插接在让位槽内；驱动装置驱动传动杆转动，滑块在传动杆上作直线往复运动，刮刀与阴阳双功能电极表面接触，盖板密封盖合在传动杆上。
更进一步的技术方案是所述刀架上开设有固定槽，刮刀通过紧固件连接在固定槽内。
更进一步的技术方案是所述阴阳双功能电极由泡沫镍板涂敷钛氧化物后，在其表面上通过磁力吸引镍锌铁氧磁性颗粒制得。
更进一步的技术方案是所述阴阳双功能电极制备方法包括如下步骤：
S1.泡沫镍板预处理：按所需大小裁剪泡沫镍板，将泡沫镍板放入0.1～3mol/L的HCl溶液中酸洗5～30分钟，去除表面氧化物；然后依次放在丙酮、酒精、超纯水中进行超声震荡2～15分钟去除残留的酸和表面有机污染物，最后将泡沫镍板放入真空干燥箱中烘干1～2小时；
S2.钛氧化物涂敷：按体积份数分别称取5份钛酸丁酯和3份浓HCl于高压反应釜中，加入70份去离子水，室温下搅拌至形成均一溶液；将清洗烘干后的泡沫镍板置入装有均一溶液的聚四氟乙烯内胆中，随后将聚四氟乙烯内胆封入不锈钢反应釜中，在50～90℃的温度环境中进行2～6h的水热反应；待反应结束，取出样品，用水和乙醇各洗涤3次，最后将其烘干待用；
S3.磁性颗粒制备：采用共沉淀法制备金属氧化物NiZnFeOx；具体的，将NiCl2、ZnCl2和FeCl3按摩尔比1:1:4溶解于蒸馏水中，然后以NaOH诱导沉淀，反应液在50～90℃保持0.5～2h，沉淀物用蒸馏水彻底洗涤除去多余的钠和氯；洗涤后的沉淀物在100～150℃下干燥过夜，然后在管式烘箱中300～650℃下热斜坡退火1～2h后，在800～1100℃下热斜坡退火1～2h；研磨后得到直径小于500nm的磁性颗粒；
S4.电极的磁组装：通过材料间的直接磁作用，在含有钛氧化物涂层的泡沫镍板表面沉积NiZnFeOx；将一定量的NiZnFeOx颗粒加入1000倍蒸馏水并超声5～30分钟获得均匀的悬浮液；将步骤S2中处理后的泡沫镍板浸在悬浮液中超声处理2～20min，将组装好的电极室温下风干；
S5.电极的活化：将步骤S3中组装好的电极在40～80℃下的0.1～0.5mol/L硫酸钠溶液中交替进行5次阳极极化处理和5次阴极极化处理，电流密度5～50mA/cm2，单次极化处理时间1～5分钟，得到阴阳双功能电极。此阴阳双功能电极为非贵金属电极，成本较低。且其表面为多孔基体负载微纳米尺度颗粒后真实表面积更大，便于传质。
更进一步的技术方案是所述多孔隔膜板是涂敷了硅胶的板材，材质为ABS光敏树脂，孔道为V型，孔径为1～5mm。
更进一步的技术方案是所述设备电解水制氢的方法包括如下步骤：
a.关闭壳体一侧的进出水孔，开启循环泵使电解液进入壳体和U型反应腔内，液面上升后内部空气从排气孔排出；
b.待空气排尽，开启壳体一侧的进出水孔，在循环泵作用下，使电解液流垂直穿过阴阳双功能电极和多孔隔膜板，并实现在U型反应腔内循环流动；
c.阴阳双功能电极分别作为阴极、阳极与控制电路连通，电解液经电解后在阴极和阳极处分别产生氢气与氧气，经排气孔收集在对应的气体收集装置内；
d.定期反接阴极和阳极，实现电极再生，进行电化学自清洁；
e.启动驱动装置，在传动杆带动下，刮刀剥离长期作为阴极的阴阳双功能电极表面的污垢，实现机械自清洁。
更进一步的技术方案是所述电解液为1mol/L KOH电解质溶液，溶液使用纯水或自来水配制。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.使用由泡沫镍板涂敷钛氧化物后，在其表面上通过磁力吸引镍锌铁氧磁性颗粒制得的阴阳双功能电极，此双极性电极不含贵金属元素，成本低，且具有良好的阴阳极循环稳定性，能够在频繁倒极的前提下保证电极的寿命，在保证产氢效率的下，通过阴阳极反接可以溶解电极表面的积垢，实现电极的电化学自清洁。
2.通过设置机械除垢装置，驱动装置驱动传动杆转动，滑块在传动杆上作直线往复运动，刮刀与主要作为阴极的阴阳双功能电极表面接触，将其表面的沉积的污垢刮除，污垢随电解液流动从壳体内流出，实现电极的机械自清洁。
3.通过太阳能光伏组件将太阳能转化成设备所需的电能，通过控制电路提供稳定电压，充分利用新能源。
4.通过上述具有自清洁功能的光伏电解水制氢设备和方法，定期清理电解水过程中在电极表面的积垢，使其长期保持稳定运行。
附图说明
图1为本发明中电解水装置的结构示意图。
图2为本发明中电解水装置的装配示意图。
图3为本发明中基座的结构示意图。
图4为本发明中基座的装配示意图。
图5为本发明中机械除垢装置的结构示意图。
图6为本发明的实物使用状态图。
图7为本发明中阴阳双功能电极的形貌表征图。
图中：1-壳体，101-进出水孔，2-基座，201-U型反应腔，202-排气孔，203-让位槽，3-阴阳双功能电极，4-多孔隔膜板，5-机械除垢装置，501-刮刀，502-刀架，503-连接杆，504-传动杆，505-滑块，506-盖板。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种具有自清洁功能的光伏电解水制氢设备，包括太阳能光伏组件、用于控制输出稳定电压的控制电路、电解水装置。如图1、2所示(图2省略了壳体前侧壁和右侧壁)，所述电解水装置包括壳体1、基座2、阴阳双功能电极3、多孔隔膜板4和机械除垢装置5，壳体1为顶部开口的中空腔体，侧壁上设置有进出水孔101，一侧的进出水孔101通过循环泵与另一侧的进出水孔101连接，循环泵将电解液泵入壳体1内，从壳体1一侧进入从另一侧出来，形成电解液在壳体1内的循环。如图3、4所示，基座2底部向下延伸有U型反应腔201，U型反应腔201内从左至右依次装配有阴阳双功能电极3、多孔隔膜板4和阴阳双功能电极3，多孔隔膜板4和阴阳双功能电极3将U型反应腔201从左至右依次分隔成阳极室和阴极室，阴极室和阳极室上方分别开设有排气孔202，排气孔202位于基座2上且与气体收集装置连接，阴极产生的氢气、阳极产生的氧气分别进入对应的气体收集装置内进行收集保存。为保证气密性，基座2密封装配在壳体1顶部，装配间隙处可以做密封处理，比如灌胶处理或者使用密封垫进行密封。所述太阳能光伏组件、阴阳双功能电极3、循环泵、机械除垢装置5分别与控制电路电连接。
为实现机械自清洁，如图5所示，所述机械除垢装置5包括刮刀501、刀架502、连接杆503、传动杆504、滑块505、盖板506和驱动装置，刀架502上开设固定槽，刮刀501通过紧固件可拆卸的安装在固定槽内。刀架502顶部通过连接杆503与滑块505连接，滑块505连接在传动杆504上，传动杆504转动设置在基座2上，传动杆504可采用丝杠，传功杆504与连接杆503垂直设置。为便于连接杆503在基座2上移动，基座2上开设有让位槽203，连接杆503插接在让位槽203内。使用时，机械除垢装置5设置在基座2顶部且伸入阴极室内，驱动装置驱动传动杆504转动，滑块505在传动杆504上作直线往复运动，刮刀501与阴阳双功能电极3表面接触，将作为阴极的阴阳双功能电极3表面的污垢刮除。为避免电解水后气体逸出，盖板506密封盖合在传动杆504上。将让位槽203盖合在里面。
为实现电极的电化学自清洁，所述阴阳双功能电极3由泡沫镍板涂敷钛氧化物后，在其表面上通过磁力吸引镍锌铁氧磁性颗粒制得。具体制备步骤如下：
S1.泡沫镍板预处理：按所需大小裁剪泡沫镍板，将泡沫镍板放入0.1～3mol/L的HCl溶液中酸洗5～30分钟，去除表面氧化物；然后依次放在丙酮、酒精、超纯水中进行超声震荡2～15分钟去除残留的酸和表面有机污染物，最后将泡沫镍板放入真空干燥箱中烘干1～2小时；
S2.钛氧化物涂敷：取5mL钛酸丁酯和3mL浓HCl于高压反应釜中，加入70mL去离子水，室温下搅拌至形成均一溶液；将清洗烘干后的泡沫镍板置入装有均一溶液的聚四氟乙烯内胆中，随后将聚四氟乙烯内胆封入不锈钢反应釜中，在50～90℃的温度环境中进行2～6h的水热反应；待反应结束，取出样品，用水和乙醇各洗涤3次，最后将其烘干待用；
S3.磁性颗粒制备：采用共沉淀法制备金属氧化物NiZnFeOx；具体的，将NiCl2、ZnCl2和FeCl3按摩尔比1:1:4溶解于蒸馏水中，然后以NaOH诱导沉淀，反应液在50～90℃保持0.5～2h，沉淀物用蒸馏水彻底洗涤除去多余的钠和氯；洗涤后的沉淀物在100～150℃下干燥过夜，然后在管式烘箱中300～650℃下热斜坡退火1～2h后，在800～1100℃下热斜坡退火1～2h；研磨后得到直径小于500nm的磁性颗粒；
S4.电极的磁组装：通过材料间的直接磁作用，在含有钛氧化物涂层的泡沫镍板表面沉积NiZnFeOx；将20mg的NiZnFeOx颗粒加入20g蒸馏水并超声5～30分钟获得均匀的悬浮液；将步骤S2中处理后的泡沫镍板浸在悬浮液中超声处理2～20min，将组装好的电极室温下风干；
S5.电极的活化：将步骤S3中组装好的电极在40～80℃下的0.1～0.5mol/L硫酸钠溶液中交替进行5次阳极极化处理和5次阴极极化处理，电流密度5～50mA/cm2，单次极化处理时间1～5分钟，得到阴阳双功能电极，此电极的形貌表征图如图7所示，可见电极为多孔结构，放大后表面由于微纳颗粒的负载也较为粗糙，电极真实表面积大，便于传质，提高产氢效率。此双极性电极不含贵金属元素，成本低，且具有良好的阴阳极循环稳定性，能够在频繁倒极的前提下保证电极的寿命，在保证产氢效率的下，通过阴阳极反接可以溶解电极表面的积垢，实现电极的电化学自清洁。正常工作电流密度下(20～200mA/cm2)，电极寿命超过一年。频繁倒极下测试，半年以上未测到电极失活。
所述多孔隔膜板4是涂敷了硅胶的板材，材质为ABS光敏树脂，孔道为V型，孔径为1～5mm。树脂成本低，重量轻，易加工。V型孔道相对于普通孔道更易阻碍气泡的穿过(气体上浮特性，不会轻易下沉)。硅胶增加隔膜亲水性(增加疏气性)，气泡不易黏附在隔膜上。故本隔膜可以多维度阻碍阴阳极气泡的相互渗透，避免可能存在的氢氧混合气爆炸风险。
如图6所示，上述具有自清洁功能的光伏电解水制氢设备电解水制氢的方法如下：
a.关闭壳体1一侧的进出水孔101，开启循环泵使电解液进入壳体1和U型反应腔201内，液面上升后内部空气从排气孔202排出；
b.待空气排尽，开启壳体1一侧的进出水孔101，在循环泵作用下，使电解液流垂直穿过阴阳双功能电极3和多孔隔膜板4，并实现在U型反应腔201和壳体1内循环流动；
c.阴阳双功能电极3分别作为阴极、阳极与控制电路连通，电解液经电解后在阴极和阳极处分别产生氢气与氧气，经排气孔202收集在对应的气体收集装置内；
d.定期反接阴极和阳极，实现电极再生，进行电化学自清洁；一般每次时间不超过10-20分钟，每天清洁两到三次；
e.启动驱动装置，在传动杆504带动下，刮刀501剥离长期作为阴极的阴阳双功能电极3表面的污垢，实现机械自清洁；针对自来水一般一天清理一到两次，每次清洁时间1到2分钟。
实施例2
使用实施例1中的设备和电解水制氢的方法，将循环泵的转速调至60rpm，使用内径5mm的软管，将1M KOH电解质溶液(纯水配制)循环注入壳体1内，将阴阳双功能电极3分别作为阳极和阴极与控制电路进行连通，控制电路提供12V的电压。
经过电化学催化，氢气和氧气气泡将分别产生在阴极、阳极处，并随时间的推移逐渐长大，从电极上脱离，进入U型反应腔201上半部分，并从U型反应腔201上方的排气孔202导出，分别进入各自的气体收集装置。
光照参数及其他环境条件如下：
大气质量AM 1.5，温度20℃，风速0m/s，光照强度600W/m2，使用太阳能光伏组件同步发电。
在该条件下，测试20分钟，电压(12V)、电流(2A)平稳，可视为无变化。分别于第5分钟，第10分钟，第20分钟对收集的H2体积进行测量，并计算平均阴极电流效率，测量结果见表1。表1数据说明了上述设备能够成功收集到氢气，产氢电流效率高(副反应少)，接近100％。
表1
时间(分钟) 5 10 20
氢气体积(cm<sup>3</sup>) 68 137 276
电流效率 97.6％ 98.4％ 98.9％
实施例3
使用实施例2中的设备和电解水制氢的方法，其他实验条件一致，将1M KOH电解质溶液的溶剂由纯水更换为自来水。由于自来水中有钙镁离子，设备底部中出现了微量沉淀。
在该条件下，运行20分钟，电压(12V)、电流(2A)平稳，可视为无变化。分别于第5分钟，第10分钟，第20分钟对收集的H2体积进行测量，收集氢气的体积及平均阴极电流效率见表2。表2数据说明了即使水中有杂质，产氢电流效率依然维持在较高的水平，抗干扰能力强。
表2
时间(分钟) 5 10 20
氢气体积(cm<sup>3</sup>) 65 131 262
电流效率 93.2％ 94.0％ 93.7％
实施例4
使用实施例1中的设备和电解水制氢的方法，将循环泵的转速调至60rpm，使用内径5mm的软管，将1M KOH电解质溶液(纯水配制)循环注入壳体1内，将阴阳双功能电极3分别作为阳极和阴极与控制电路进行连通，控制电路提供12V的电压。
经过电化学催化，氢气和氧气气泡将分别产生在阴极、阳极处，并随时间的推移逐渐长大，从电极上脱离，进入U型反应腔201上半部分，并从U型反应腔201上方的排气孔202导出，分别进入各自的气体收集装置。每天运行时间8小时，共持续8天，但每天只收集20分钟内产生的气体，其余时间产生的气体自行向大气中逸散。
因实验周期较长，每天电解8小时后无论是阴极表面还是设备底部均出现少量沉淀。每天电解实验后，均对电极进行倒极处理5分钟，最后刮刀运行2分钟，电极表面沉淀能够全部除去。8天内每天太阳能光伏组件收集的电量均能支持设备稳定工作8小时。每天对收集气体的测量结果见表3。表3数据说明了此设备长期运行也能够保持较高的产氢电流效率，说明系统稳定性佳。
表3
时间(天) 1 2 3 4
氢气体积(cm<sup>3</sup>) 260 265 266 269
电流效率 93.0％ 94.8％ 95.1％ 96.2％
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件或布局进行多种变形和改进。除了对组成部件或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (8)

1.一种具有自清洁功能的光伏电解水制氢设备，其特征在于：包括太阳能光伏组件、用于控制输出稳定电压的控制电路、电解水装置，所述电解水装置包括壳体(1)、基座(2)、阴阳双功能电极(3)、多孔隔膜板(4)和机械除垢装置(5)，壳体(1)为顶部开口的中空腔体，侧壁上设置有进出水孔(101)，一侧的进出水孔(101)通过循环泵与另一侧的进出水孔(101)连接；基座(2)底部向下延伸有U型反应腔(201)，U型反应腔(201)内从左至右依次装配有阴阳双功能电极(3)、多孔隔膜板(4)和阴阳双功能电极(3)，多孔隔膜板(4)和阴阳双功能电极(3)将U型反应腔(201)分隔成阴极室和阳极室，阴极室和阳极室上方分别开设有排气孔(202)，排气孔(202)位于基座(2)上且与气体收集装置连接；基座(2)密封装配在壳体(1)顶部；机械除垢装置(5)设置在基座(2)顶部且伸入阴极室内，刮除阴极室内阴阳双功能电极(3)表面的结垢物；所述太阳能光伏组件、阴阳双功能电极(3)、循环泵、机械除垢装置(5)分别与控制电路电连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有自清洁功能的光伏电解水制氢设备，其特征在于：所述机械除垢装置(5)包括刮刀(501)、刀架(502)、连接杆(503)、传动杆(504)、滑块(505)、盖板(506)和驱动装置，刀架(502)侧壁上设置有刮刀(501)，刀架(502)顶部通过连接杆(503)与滑块(505)连接，滑块(505)连接在传动杆(504)上，传动杆(504)转动设置在基座(2)上，基座(2)上开设有让位槽(203)，连接杆(503)插接在让位槽(203)内；驱动装置驱动传动杆(504)转动，滑块(505)在传动杆(504)上作直线往复运动，刮刀(501)与阴阳双功能电极(3)表面接触，盖板(506)密封盖合在传动杆(504)上。
3.根据权利要求2所述的一种具有自清洁功能的光伏电解水制氢设备，其特征在于：所述刀架(502)上开设有固定槽，刮刀(501)通过紧固件连接在固定槽内。
4.根据权利要求1所述的一种具有自清洁功能的光伏电解水制氢设备，其特征在于：所述阴阳双功能电极(3)由泡沫镍板涂敷钛氧化物后，在其表面上通过磁力吸引镍锌铁氧磁性颗粒制得。
5.根据权利要求4所述的一种具有自清洁功能的光伏电解水制氢设备，其特征在于：所述阴阳双功能电极(3)制备方法包括如下步骤：
S1.泡沫镍板预处理：按所需大小裁剪泡沫镍板，将泡沫镍板放入0.1～3mol/L的HCl溶液中酸洗5～30分钟，去除表面氧化物；然后依次放在丙酮、酒精、超纯水中进行超声震荡2～15分钟去除残留的酸和表面有机污染物，最后将泡沫镍板放入真空干燥箱中烘干1～2小时；
S2.钛氧化物涂敷：按体积份数分别称取5份钛酸丁酯和3份浓HCl于高压反应釜中，加入70份去离子水，室温下搅拌至形成均一溶液；将清洗烘干后的泡沫镍板置入装有均一溶液的聚四氟乙烯内胆中，随后将聚四氟乙烯内胆封入不锈钢反应釜中，在50～90℃的温度环境中进行2～6h的水热反应；待反应结束，取出样品，用水和乙醇各洗涤3次，最后将其烘干待用；
S3.磁性颗粒制备：采用共沉淀法制备金属氧化物NiZnFeOx；具体的，将NiCl2、ZnCl2和FeCl3按摩尔比1:1:4溶解于蒸馏水中，然后以NaOH诱导沉淀，反应液在50～90℃保持0.5～2h，沉淀物用蒸馏水彻底洗涤除去多余的钠和氯；洗涤后的沉淀物在100～150℃下干燥过夜，然后在管式烘箱中300～650℃下热斜坡退火1～2h后，在800～1100℃下热斜坡退火1～2h；研磨后得到直径小于500nm的磁性颗粒；
S4.电极的磁组装：通过材料间的直接磁作用，在含有钛氧化物涂层的泡沫镍板表面沉积NiZnFeOx；将一定量的NiZnFeOx颗粒加入1000倍蒸馏水并超声5～30分钟获得均匀的悬浮液；将步骤S2中处理后的泡沫镍板浸在悬浮液中超声处理2～20min，将组装好的电极室温下风干；
S5.电极的活化：将步骤S3中组装好的电极在40～80℃下的0.1～0.5mol/L硫酸钠溶液中交替进行5次阳极极化处理和5次阴极极化处理，电流密度5～50mA/cm2，单次极化处理时间1～5分钟，得到阴阳双功能电极(3)。
6.根据权利要求1所述的一种具有自清洁功能的光伏电解水制氢设备，其特征在于：所述多孔隔膜板(4)是涂敷了硅胶的板材，材质为ABS光敏树脂，孔道为V型，孔径为1～5mm。
7.根据权利要求1～6任一项所述的一种具有自清洁功能的光伏电解水制氢设备，其特征在于：所述设备电解水制氢的方法包括如下步骤：
a.关闭壳体(1)一侧的进出水孔(101)，开启循环泵使电解液进入壳体(1)和U型反应腔(201)内，液面上升后内部空气从排气孔(202)排出；
b.待空气排尽，开启壳体(1)一侧的进出水孔(101)，在循环泵作用下，使电解液流垂直穿过阴阳双功能电极(3)和多孔隔膜板(4)，并实现在U型反应腔(201)内循环流动；
c.阴阳双功能电极(3)分别作为阴极、阳极与控制电路连通，电解液经电解后在阴极和阳极处分别产生氢气与氧气，经排气孔(202)收集在对应的气体收集装置内；
d.定期反接阴极和阳极，实现电极再生，进行电化学自清洁；
e.启动驱动装置，在传动杆(504)带动下，刮刀(501)剥离长期作为阴极的阴阳双功能电极(3)表面的污垢，实现机械自清洁。
8.根据权利要求7所述的一种具有自清洁功能的光伏电解水制氢设备，其特征在于：所述电解液为1mol/L KOH电解质溶液，溶液使用纯水或自来水配制。
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