CN211713211U - 一种用于电解酸性水的柔性涂层电极 - Google Patents

一种用于电解酸性水的柔性涂层电极 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及的用于电解酸性水的柔性涂层电极形状为条状、网状、棒状、盘状、U型以及U型阵列中的一个，柔性涂层电极由表面沉积有MoC和NiC混合涂层的金属丝形成。该柔性涂层电极可以应用在任意电解操作环境下、在电解槽中的分布更为灵活、比表面积更大、以及相同电流密度下过电位更低；直接将MoC和NiC混合涂层形成在金属丝上，相较于传统的采用粘合剂制备的涂覆型电极，该柔性涂层电极结合力更好，具有更佳的稳定性，延长了电极的使用寿命。

Description

一种用于电解酸性水的柔性涂层电极
技术领域
本实用新型涉及一种用于电解酸性水的柔性涂层电极。
背景技术
氢气(H2)因具有高能量密度和环境友好性，被视为有前途的清洁能源载体，可替代化石燃料。当前，通过电解水方法在阴极进行析氢反应(HER)，大规模生产高纯度氢气被认为是一种经济有效的方法。到目前为止，对于析氢反应具有高催化效率的催化剂仍限于贵金属材料(例如：铂)，但是高成本和低储量严重地限制了贵金属材料的工业应用。3d过渡金属由于具有特殊的电子结构，并且储量丰富，成本较低等成为非贵金属催化材料的研究热点。其中，过渡金属碳化物具有类似于铂等贵金属的良好催化活性，同时，过渡金属碳化物具有良好的稳定性和耐蚀性等机械性能。但是目前难以制备具有高比表面积的过渡金属碳化物。此外，大部分用于析氢反应的电极都是采用粘合剂将粉末状的催化材料涂覆在基底电极上，粘结剂会导致电极电阻增加、活性位点减少并掩蔽反应离子的扩散通道，极大地降低了阴极的析氢效率；并且粘合剂自身的附着力差，在电解过程中易脱落，从而降低电极的工作稳定。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种用于电解酸性水且具有高比表面积、稳定性高且在使用中更为灵活的柔性涂层电极。
为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种用于电解酸性水的柔性涂层电极的形状为条状、网状、棒状、盘状、U型以及U型阵列中的一个，所述柔性涂层电极由表面沉积有MoC和NiC混合涂层的金属丝形成。
进一步地，所述柔性涂层电极的形成方式为编织。
进一步地，所述金属丝为金属Ti丝。
进一步地，所述金属Ti丝直径为0.2mm-1mm。
进一步地，所述MoC和NiC混合涂层的厚度为2um-5um。
进一步地，所述MoC和NiC混合涂层包括MoC和NiC。
进一步地，所述MoC和NiC混合涂层由磁控溅射技术沉积制备形成。
本实用新型的有益效果在于：本实用新型所提供的用于电解酸性水的柔性涂层电极由表面沉积有MoC和NiC混合涂层的金属丝形成条状、网状、棒状、盘状、U型以及U型阵列等形状，该柔性涂层电极可以应用在任意电解操作环境下、在电解槽中的分布更为灵活、比表面积更大、以及相同电流密度下过电位更低；直接将MoC和NiC混合涂层形成在金属丝上，相较于传统的采用粘合剂制备的涂覆型电极，该柔性涂层电极结合力更好，具有更佳的稳定性，延长了电极的使用寿命。
上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为本实用新型一实施例中表面沉积有MoC和NiC混合涂层的金属Ti丝的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的机构或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本实用新型一实施例所示的用于电解酸性水的柔性涂层电极由表面沉积有 MoC和NiC混合涂层2的金属丝1形成，柔性涂层电极的形状可以为条状、网状、棒状、盘状、U型以及U型阵列等且柔性涂层电极的形状和尺寸大小可根据实际需要进行制备。柔性涂层电极的形成方式为将表面沉积有MoC和NiC混合涂层2的金属丝1编织成所需要的结构。
请参见图1，本实施例金属丝1为金属Ti丝1，金属Ti丝直径为0.2mm-1mm，在其他实施例中，金属丝1可以选择其他金属丝。形成在金属Ti丝1表面的MoC 和NiC混合涂层2的厚度为2um-5um。MoC和NiC混合涂层2包括MoC和NiC， Mo和Ni都是过渡金属，过渡金属碳化物MoC和NiC具有类似于铂等贵金属的良好催化活性，可应用在催化析氢反应，同时，过渡金属碳化物MoC和NiC具有良好的稳定性和耐蚀性等，由此，将掺杂的MoC和NiC得到的MoC和NiC混合涂层2可做阴极来催化析氢反应。MoC和NiC都为现有材料并且也都可以由现有技术手段得到，且Ti、MoC以及NiC掺杂在一起也不会发生任何反应。而本领域的技术人员为了获得催化析氢的涂层，将MoC以及NiC掺杂以获得相应的功能性涂层也是本领域常用的技术手段。在其他实施例中，也可以使用具有相同功能的其他涂层形成在金属Ti丝外表面。
相较于传统的在硬基底上得到的涂层电极，该柔性涂层电极可以弯曲，其可以应用在任意电解操作环境下，并且在电解槽中的分布更为灵活。该柔性涂层电极相对传统涂层电极比表面积更大，在相同电流密度下过电位更低，使用寿命更长。
制备上述用于电解酸性水的柔性涂层电极的制备方法如下：
步骤1、提供金属Ti丝1，将金属Ti丝1表面粗糙化。具体的，将金属Ti 丝1放入硫酸溶液中加热30min，对其进行表面刻蚀。
步骤2、由离子轰击清洁金属Ti丝1并活化金属Ti丝1上的原子。具体的，将表面粗糙化的金属Ti丝1进行超声波清洗以及烘干，然后装进入磁控溅射仪的真空腔体内；抽真空、加热，待真空度到达1.0×10-3Pa以上，通入纯度为99.999％的氩气(Ar)，压力控制在1Pa-2Pa，开启电弧离子源对金属Ti丝1进行离子轰击，电流控制在40A-80A，偏压电压控制在100V-1000V，占空比控制在30％-50％，离子轰击时间为20min-40min。
步骤3、在金属Ti丝1表面沉积MoC和NiC混合层21。具体的，MoC和 NiC混合层21由磁控溅射技术共沉积制备，抽真空到1.0x10-3Pa以上，采用C2H2作为反应气体，真空室压力控制在0.1Pa-0.2Pa。衬底偏压控制在60V-100V，同时开启Mo靶电源和Ni靶电源。Mo靶和Ni靶溅射功率分别设定在10KW。镀膜时长控制在1h-3h，得到的MoC和NiC混合涂层2总厚度为2um-5um。
步骤4、将表面沉积有MoC和NiC混合层21的金属Ti丝1手工编织成所需要的结构。在其他实施例中，也可以通过机器将表面沉积有MoC和NiC混合层 21的金属Ti丝1编织成所需要的结构，比如针织机等。
本实施例在金属Ti丝1表面直接由磁控溅射技术共沉积制备得到MoC和 NiC混合涂层2，相对采用粘合剂将涂层黏合到基底上，该方法得到的MoC和 NiC混合涂层2在金属Ti丝1表面结合力更好，更牢固，形成的柔性涂层电极更加稳定。
将制备所得的柔性涂层电极作为阴极置于在0.5mol L-1硫酸溶液中，表现出良好的电解水催化活性能，由本实施例制得的条状柔性涂层电极可以应用在细管状电解池中，实现电解池中气体均匀析出；由本实施例制得的U型柔性涂层电极应用在长方体电解池中，过电位较传统涂层电极降低30％，电极寿命提高一倍；由本实施例制得的网状柔性涂层电极应用在长条形电解池中，过电位较传统涂层电极降低40％，电极寿命提高150％。
综上，本实用新型所提供的用于电解酸性水的柔性涂层电极由表面沉积有 MoC和NiC混合涂层的金属丝形成条状、网状、棒状、盘状、U型以及U型阵列等形状，该柔性涂层电极可以应用在任意电解操作环境下、在电解槽中的分布更为灵活、比表面积更大、以及相同电流密度下过电位更低；直接将MoC和 NiC混合涂层形成在金属丝上，相较于传统的采用粘合剂制备的涂覆型电极，该柔性涂层电极结合力更好，具有更佳的稳定性，延长了电极的使用寿命。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种用于电解酸性水的柔性涂层电极，其特征在于，所述用于电解酸性水的柔性涂层电极形状为条状、网状、棒状、盘状、U型以及U型阵列中的一个，所述柔性涂层电极由表面沉积有MoC和NiC混合涂层的金属丝形成。
2.如权利要求1所述的用于电解酸性水的柔性涂层电极，其特征在于，所述柔性涂层电极的形成方式为编织。
3.如权利要求1所述的用于电解酸性水的柔性涂层电极，其特征在于，所述金属丝为金属Ti丝。
4.如权利要求3所述的用于电解酸性水的柔性涂层电极，其特征在于，所述金属Ti丝直径为0.2mm-1mm。
5.如权利要求1所述的用于电解酸性水的柔性涂层电极，其特征在于，所述MoC和NiC混合涂层的厚度为2um-5um。
6.如权利要求1所述的用于电解酸性水的柔性涂层电极，其特征在于，所述MoC和NiC混合涂层包括MoC和NiC。
7.如权利要求1所述的用于电解酸性水的柔性涂层电极，其特征在于，所述MoC和NiC混合涂层由磁控溅射技术沉积制备形成。
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