CN115125559A - 一种提高海水制氢用阳极材料耐氯腐蚀性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电催化技术领域，涉及一种提高海水制氢用阳极材料耐氯腐蚀性的方法，先将金属载体铁或镍在火源的内焰下煅烧2‑600s至表面呈黑色得到煅烧后的金属载体，再将煅烧后的金属载体用于海水制氢，在1mol/L氢氧化钾和0.5mol/L氯化钠组成的混合溶液模拟海水中，以计时电位法测试煅烧后的金属载体的耐氯腐蚀性，煅烧后的金属载体稳定工作时间延长5倍以上，且金属载体的腐蚀现象明显减轻，工艺简单，耗时短，能大幅度提升电解海水技术中阳极材料中镍或铁载体的耐氯腐蚀性，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于电催化技术领域，涉及一种提高海水制氢用阳极材料耐氯腐蚀性的方法，以提升电解海水制氢过程中阳极的泡沫镍或泡沫铁的耐氯腐蚀性。
背景技术
电解海水制氢技术的反应体系简单、产物氢气纯度高，同时避免使用紧缺的淡水资源，是理想的制备氢能手段。然而，与工业上的碱性电解淡水相比，电解海水制氢技术面临着阳极电极材料稳定性差的难题，这是因为海水中高浓度的氯离子(～0.5mol/L)在阳极析氧反应过程同时会发生析氯副反应。当阳极施加的电压高于1.71V(对应的阳极过电势为480mV)时，析氯副反应动力学加速，在阳极生成大量的氯气或次氯酸离子，腐蚀阳极常用的镍或铁电极材料。虽然现有的电解海水阳极电极材料具有较好的耐氯腐蚀稳定性，但是其稳定性测试电压大多低于1.71V，以避免析氯副反应的发生。但是在实际生产过程中电解海水的电压远高于1.71V，无法避免析氯副反应的干扰，由此引发严重的阳极镍和铁电极材料腐蚀现象。因此，需要开发快速且简便的提高阳极材料耐氯腐蚀的方法，实现阳极电极材料长效、稳定电催化海水分解制氢。
发明内容
为克服现有技术中存在的不足，本发明设计提供了一种提高海水制氢用阳极材料耐氯腐蚀性的方法，以碱性电解水装置中常用的电极材料泡沫镍和泡沫铁为基底，同时充当碳层生长的催化剂，并以火源的燃料作为碳源，利用火焰法在泡沫镍或泡沫铁表面快速生长碳包覆层，提升电解海水过程中阳极泡沫镍或泡沫铁的耐氯腐蚀性，大幅度延长泡沫镍和泡沫铁基底在高于1.71V的电压下的电解海水测试时间。
为了实现上述发明目的，本发明提高海水制氢用阳极材料耐氯腐蚀的过程为：先将金属载体铁或镍在火源的内焰下煅烧2-600s至表面呈黑色得到煅烧后的金属载体，再将煅烧后的金属载体用于海水制氢，在1mol/L氢氧化钾和0.5mol/L氯化钠组成的混合溶液模拟海水中，以计时电位法测试煅烧后的金属载体的耐氯腐蚀性。
作为本发明的进一步技术方案，所述火源选自酒精灯或燃烧丁烷气的喷火枪的一种。
本发明对煅烧后的金属载体在三电极体系下测试其耐氯腐蚀性，取30mL由1mol/L氢氧化钾和0.5mol/L氯化钠组成的混合溶液模拟海水作为电解液，将煅烧后的金属载体用铂片电极夹固定作为工作电极，并用胶水将工作电极与电解液的接触面积固定为0.25cm2，其中铂片作为对电极，银/氯化银电极作为参比电极，并使用内充3mol/L氯化钾溶液的鲁金毛细管作为参比电极的盐桥，以计时电位法测试工作电极的耐氯腐蚀性，设置的恒定电流密度为100-1000mA/cm2，煅烧后的金属载体稳定工作时间延长5倍以上，且金属载体的腐蚀现象明显减轻。
本发明与现有技术相比，工艺简单，耗时短，能大幅度提升电解海水技术中阳极材料中镍或铁载体的耐氯腐蚀性，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例1的耐氯腐蚀稳定性测试图。
图2是本发明实施例1的耐氯腐蚀性测试后的工作电极外观图。
图3是本发明实施例2的耐氯腐蚀稳定性测试图。
图4是本发明实施例2的耐氯腐蚀性测试后的工作电极外观图。
图5是本发明实施例3的耐氯腐蚀稳定性测试图。
图6是本发明对比例1的耐氯腐蚀稳定性测试图。
图7是本发明对比例1的耐氯腐蚀性测试后的工作电极外观图。
图8是本发明对比例2的耐氯腐蚀稳定性测试图。
图9是本发明对比例2的耐氯腐蚀性测试后的工作电极外观图。
图10是本发明对比例3的耐氯腐蚀稳定性测试图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
本实施例先将泡沫镍在酒精灯的内焰下煅烧600s至表面呈黑色，再在三电极体系下测试其耐氯腐蚀性，将30mL的1mol/L氢氧化钾和0.5mol/L氯化钠混合液模拟海水作为电解液，煅烧后的泡沫镍用铂片电极夹固定作为工作电极，并用胶水将工作电极与电解液的接触面积固定为0.25cm2，铂片作为对电极，银/氯化银电极作为参比电极，并使用内充3mol/L氯化钾溶液的鲁金毛细管作为参比电极的盐桥，以计时电位法测试工作电极的耐氯腐蚀性，设置的恒定电流密度为100mA/cm2，其耐氯腐蚀稳定性结果如图1所示，操作电压约为1.8V，稳定时长为27h，耐氯腐蚀性测试后的工作电极外观如图2所示，仍然保持完整。
实施例2
本实施例将泡沫铁在燃烧丁烷气的喷火枪的内焰下煅烧2s至表面呈黑色，再在三电极体系下测试耐氯腐蚀性，将30mL的1mol/L氢氧化钾和0.5mol/L氯化钠混合液模拟海水作为电解液，煅烧后的泡沫铁用铂片电极夹固定作为工作电极，并用胶水将工作电极与电解液的接触面积固定为0.25cm2，铂片作为对电极，银/氯化银电极作为参比电极，并使用内充3mol/L氯化钾溶液的鲁金毛细管作为参比电极的盐桥，以计时电位法测试工作电极的耐氯腐蚀性，设置的恒定电流密度为200mA/cm2，耐氯腐蚀稳定性结果如图3所示，操作电压约为1.75V，稳定时长为18h；耐氯腐蚀性测试后的工作电极外观如图4所示，仍然保持完整，工作电极和液面接触的三相界面处有少量铁锈。
实施例3
本实施例先将泡沫镍在酒精灯的内焰下煅烧60s至表面呈黑色，再在三电极体系下测试其耐氯腐蚀性，将30mL的1mol/L氢氧化钾和0.5mol/L氯化钠混合液模拟海水作为电解液，煅烧后的泡沫镍用铂片电极夹固定作为工作电极，并用胶水将工作电极与电解液的接触面积固定为0.25cm2，铂片作为对电极，银/氯化银电极作为参比电极，并使用内充3mol/L氯化钾溶液的鲁金毛细管作为参比电极的盐桥，以计时电位法测试工作电极的耐氯腐蚀性，设置的恒定电流密度为1000mA/cm2，其耐氯腐蚀稳定性结果如图5所示，操作电压约为2.6V，稳定时长为1.5h，耐氯腐蚀性测试后的工作电极仍然保持完整。
实施例4：
本实施例先将泡沫镍在燃烧丁烷气的喷火枪的内焰下煅烧60s至表面呈黑色，再在三电极体系下测试其耐氯腐蚀性，将30mL的1mol/L氢氧化钾和0.5mol/L氯化钠混合液模拟海水作为电解液，煅烧后的泡沫镍用铂片电极夹固定作为工作电极，并用胶水将工作电极与电解液的接触面积固定为0.25cm2，铂片作为对电极，银/氯化银电极作为参比电极，并使用内充3mol/L氯化钾溶液的鲁金毛细管作为参比电极的盐桥，以计时电位法测试工作电极的耐氯腐蚀性，设置的恒定电流密度为100mA/cm2，其耐氯腐蚀稳定性操作电压约为1.7V，稳定时长为30h，耐氯腐蚀性测试后的工作电极仍然保持完整。
实施例5：
本实施例将泡沫铁在酒精灯的内焰下煅烧300s至表面呈黑色，再在三电极体系下测试耐氯腐蚀性，将30mL的1mol/L氢氧化钾和0.5mol/L氯化钠混合液模拟海水作为电解液，煅烧后的泡沫铁用铂片电极夹固定作为工作电极，并用胶水将工作电极与电解液的接触面积固定为0.25cm2，铂片作为对电极，银/氯化银电极作为参比电极，并使用内充3mol/L氯化钾溶液的鲁金毛细管作为参比电极的盐桥，以计时电位法测试工作电极的耐氯腐蚀性，设置的恒定电流密度为200mA/cm2，耐氯腐蚀稳定性操作电压约为1.7V，稳定时长为20h；耐氯腐蚀性测试后的工作电极仍然保持完整，工作电极和液面接触的三相界面处有少量铁锈。
对比例1:
本对比例在三电极体系下测试耐氯腐蚀性，将30mL的1mol/L氢氧化钾和0.5mol/L氯化钠混合液模拟海水作为电解液，泡沫镍用铂片电极夹固定作为工作电极，并用胶水将工作电极与电解液的接触面积固定为0.25cm2，铂片作为对电极，银/氯化银电极作为参比电极，并使用内充3mol/L氯化钾溶液的鲁金毛细管作为参比电极的盐桥，以计时电位法测试工作电极的耐氯腐蚀性，设置的恒定电流密度为100mA/cm2。耐氯腐蚀稳定性结果如图6所示，操作电压约为1.8V，稳定时长为1.2h；耐氯腐蚀性测试后的工作电极外观如图7所示，全部被腐蚀溶解。
对比例2:
本对比例在三电极体系下测试耐氯腐蚀性，将30mL的1mol/L氢氧化钾和0.5mol/L氯化钠混合液模拟海水作为电解液，泡沫铁用铂片电极夹固定作为工作电极，并用胶水将工作电极与电解液的接触面积固定为0.25cm2，铂片作为对电极，银/氯化银电极作为参比电极，并使用内充3mol/L氯化钾溶液的鲁金毛细管作为参比电极的盐桥，以计时电位法测试工作电极的耐氯腐蚀性，设置的恒定电流密度为200mA/cm2，耐氯腐蚀稳定性结果如图8所示，操作电压约为1.8V，稳定时长为1.4h；耐氯腐蚀性测试后的工作电极外观如图9所示，仍然保持完整，工作电极和液面接触的三相界面处有大量铁锈，工作电极的导电性在三相界面处被铁锈切断。
对比例3:
本对比例在三电极体系下测试耐氯腐蚀性，将30mL的1mol/L氢氧化钾和0.5mol/L氯化钠混合液模拟海水作为电解液，泡沫镍用铂片电极夹固定作为工作电极，并用胶水将工作电极与电解液的接触面积固定为0.25cm2，铂片作为对电极，银/氯化银电极作为参比电极，并使用内充3mol/L氯化钾溶液的鲁金毛细管作为参比电极的盐桥，以计时电位法测试工作电极的耐氯腐蚀性，设置的恒定电流密度为1000mA/cm2，其耐氯腐蚀稳定性结果如图10所示，操作电压约为3.0V，稳定时长为0.3h，耐氯腐蚀性测试后的工作电极全部被腐蚀溶解。
上述对实施例的描述是为有助于该技术领域的普通技术人员理解和应用本发明，熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种提高海水制氢用阳极材料耐氯腐蚀性的方法，其特征在于，具体过程为：先将金属载体铁或镍在火源的内焰下煅烧2-600s至表面呈黑色得到煅烧后的金属载体，再将煅烧后的金属载体用于海水制氢。
2.根据权利要求1所述提高海水制氢用阳极材料耐氯腐蚀性的方法，其特征在于，所述火源选自酒精灯或燃烧丁烷气的喷火枪的一种。
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| H.T.库特利雅夫采夫: "《应用电化学》", vol. 1, 复旦大学出版社, pages: 115 - 116 * |
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|---|---|
| CN115125559B (zh) | 2024-06-18 |
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