一种高性能电解水复合电极及其制备方法与流程

本发明涉及电解水电极，特别是涉及一种高性能电解水复合电极及其制备方法。

背景技术：

1、电极属于电解水制氢电解槽的核心部件，是影响电解槽能耗和制氢效率最为关键的部分，传统的碱性电解槽电极阴极一般采用镍网喷涂雷尼镍来增大电极的比表面积，降低电极与隔膜、极板之间的接触电阻，从而提高电解的电流密度，此种电极结构延续至今已有数十年。但随着单体电解槽的产氢量越来越大，需要进一步提高电解槽的电流密度，而优化改良电极的性能已成为行业共识。

2、现有技术中主要使用泡沫镍电极和镍网喷涂多元合金，这两种工艺均处于大型电解槽的试用阶段，尚未大规模使用。与此同时，其也存在一些不足之处，如：泡沫镍电极结构疏松多孔，比表面积大，但质地较软，电解槽经高强度挤压安装后，泡沫镍受压变薄且不可逆，电解液循环过程中的杂质不断滞留在泡沫镍中，引起阻塞，导致电解槽循环受阻，且受压后泡沫镍不可重复利用，维修成本很高；新型的多元合金电极采用镍网等离子体涂覆镍、钼或少量的贵金属铂，虽然电极性能可提高30-50％，但成本较雷尼镍电极大幅度增加。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种高性能电解水复合电极及其制备方法，制得的复合电极具有孔隙率高、接触面积大和难以压缩的独特优势，大大改善了高电流密度泡沫镍电极的回弹性，大幅度增加了其重复使用价值，并且制备方法简单，大大降低了电解槽的生产成本，提高了生产效率。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种高性能电解水复合电极及其制备方法，包括横截面为圆形的复合电极，复合电极包括镍网电极内芯和包覆在镍网电极内芯外侧的泡沫镍包覆层，其中镍网电极内芯上设有若干个均匀分布的小孔。

3、一种高性能电解水复合电极的制备方法，包括以下步骤：

4、s1.准备成品镍网

5、将成品镍网的中部和边沿位置连接均匀的打若干个小孔；

6、s2.制备聚氨酯海绵与镍网的复合体

7、将镍网均匀间隔的叠加放置于海绵成形箱中，然后再将生产聚氨酯海绵的原料在储罐中混合搅拌均匀，然后迅速加入成形箱中，同时将预先准备好的异氰酸酯一共加入成形箱中，反应完成后得到含有多层镍网的聚氨酯海绵与镍网的复合体一；

8、s3.切割

9、将步骤s2得到的复合体一切割为基块，基块为只含有单层镍网的镍网与聚氨酯海绵的复合体；

10、s4.制备镍网、泡沫镍与聚氨酯海绵的复合体

11、将步骤s3得到的基块的聚氨酯海绵导电化，然后再对导电化后的基块进行复合镀镍处理，得到镍网、泡沫镍与聚氨酯海绵的复合体二；

12、s5.制得复合电极

13、将步骤s4制得的复合体二在还原气氛中热解烧结，得到耐高温的泡沫镍包覆着镍网的复合电极。

14、优选的，步骤s2中生产聚氨酯海绵的原料包括聚醚多元醇90-110份、硅油1.5-3份、乙二醇1.4-2.2份、胺0.1-0.5份、辛酸亚锡0.22-0.6份、二氯甲烷5.5-6.5份。

15、优选的，步骤s4中的导电化为pvd法，在真空条件下，将复合体二的聚氨酯海绵表面气化为分子或部分电离为离子，然后通过低压气体在聚氨酯海绵表面沉积一层致密的薄膜，薄膜的厚度为得到的泡沫镍丝径的60％。

16、优选的，步骤s4中复合镀镍为电镀镍，电镀镍的厚度为得到的泡沫镍丝径的40％。

17、优选的，电镀镍包括以下步骤：

18、1)首先对导电化复合体二的聚氨酯海绵进行表面处理，将表面的杂质和油脂进行脱除，然后彻底清洗；

19、2)将经过步骤1)处理后的复合体二放入镍的金属盐溶液中，并通过直流电解将镍离子沉积在聚氨酯海绵表面；

20、3)将电镀后复合体二的聚氨酯海绵进行磷化处理；

21、4)使用膦酸镍电镀水对步骤3)磷化后的聚氨酯海绵进行镀镍，然后取出清洗；

22、5)在镀镍后的聚氨酯海绵表面喷涂钝化液，使镀层表面形成一层致密的钝化膜。

23、优选的，步骤s5中还原气氛为氨分解气，氨分解气中氮气和氢气的体积比为1:3，氨分解气的用量为每克镍消耗0.3～0.6l/g。

24、优选的，步骤s5中热解烧结的温度为600～800℃，时间为45min。

25、本发明的有益效果：

26、1)高性能复合电极为泡沫镍与镍网的复合体，具有孔隙率高、接触面积大和难以压缩的独特优势，电解槽碱液流畅分布更为均匀；

27、2)大大改善了高电流密度泡沫镍电极的回弹性，大幅度增加了其重复使用价值；

28、3)相比于纯镍网电极，复合电极与双极板的接触面积更大，直接提高了电流密度和电解效率；

29、4)针对目前主流的平板结构电解槽，复合电极的使用将可省去繁多的支撑网，兼具电极和扩散层的双重功能；

30、5)复合电极取代了支撑网和支撑网镀镍工序，并且镍网不需要催化剂喷涂，而复合电极本身成本不高，因此大大降低了电解槽的生产成本，提高了生产效率。

31、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种高性能电解水复合电极，包括横截面为圆形的复合电极，其特征在于：复合电极包括镍网电极内芯和包覆在镍网电极内芯外侧的泡沫镍包覆层，其中镍网电极内芯上设有若干个均匀分布的小孔。

2.一种如1所述的一种高性能电解水复合电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种高性能电解水复合电极的制备方法，其特征在于：步骤s2中生产聚氨酯海绵的原料包括聚醚多元醇90-110份、硅油1.5-3份、乙二醇1.4-2.2份、胺0.1-0.5份、辛酸亚锡0.22-0.6份、二氯甲烷5.5-6.5份。

4.根据权利要求2所述的一种高性能电解水复合电极的制备方法，其特征在于：步骤s4中的导电化为pvd法，在真空条件下，将复合体二的聚氨酯海绵表面气化为分子或部分电离为离子，然后通过低压气体在聚氨酯海绵表面沉积一层致密的薄膜，薄膜的厚度为得到的泡沫镍丝径的60％。

5.根据权利要求2所述的一种高性能电解水复合电极的制备方法，其特征在于：步骤s4中复合镀镍为电镀镍，电镀镍的厚度为得到的泡沫镍丝径的40％。

6.根据权利要求5所述的一种高性能电解水复合电极的制备方法，其特征在于：电镀镍包括以下步骤：

7.根据权利要求2所述的一种高性能电解水复合电极的制备方法，其特征在于：步骤s5中还原气氛为氨分解气，氨分解气中氮气和氢气的体积比为1:3，氨分解气的用量为每克镍消耗0.3～0.6l/g。

8.根据权利要求2所述的一种高性能电解水复合电极的制备方法，其特征在于：步骤s5中热解烧结的温度为600～800℃，时间为45min。

技术总结
本发明公开了一种高性能电解水复合电极，包括横截面为圆形的复合电极，复合电极包括镍网电极内芯和包覆在镍网电极内芯外侧的泡沫镍包覆层，其中镍网电极内芯上设有若干个均匀分布的小孔。本发明采用上述一种高性能电解水复合电极及其制备方法，制得的复合电极具有孔隙率高、接触面积大和难以压缩的独特优势，大大改善了高电流密度泡沫镍电极的回弹性，大幅度增加了其重复使用价值，并且制备方法简单，大大降低了电解槽的生产成本，提高了生产效率。

技术研发人员：查鹏飞,朱成元,李鹏,王钟涛,郝来疆,李佳男,李岳奇
受保护的技术使用者：内蒙古亿利氢田时代技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15