一种电极改性再生利用的方法与流程

本发明涉及氢能及燃料电池，尤其涉及一种电极改性再生利用的方法。

背景技术：

1、在电解水制氢装置中，电极是决定氢气生产能耗的核心部件。电极材料涉及到镍、铁、钴等多种金属成分，一些制氢装置还涉及贵金属铂、铱等，如国外的碱性电解水制氢装置和一般的pem制氢装置。随着碳达峰和碳中和目标的逐步落实，预计2060年中国以电解方式生产的绿氢将达到7200万吨，电解槽装机将达到750gw，而这将耗用大量的镍、铂、铱和其他金属成分，给绿氢生产的发展带来资源限制。

2、为支持绿氢产量目标的实现以保障碳中和任务的完成，有必要对电极进行再生利用，以降低对新增金属矿产能的压力。当前，由于全球电解槽累计装机尚未形成规模、电解槽使用时间较短，尚未形成成熟的电极再生工艺，关于制氢电解槽电极再生的研究也非常有限。同时，电极在电解槽生产成本中占有较大比重，大约占到总成本的20％-30％，通过回收方式获得高效的电极，也是降低电解制氢装备整体成本，从而降低绿氢成本的重要途径。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、为此，本发明的实施例提出一种电极改性再生利用的方法。

3、本发明提出了一种电极改性再生利用的方法，包括以下步骤：

4、(1)获得失活电极表面金属成分组成，与初始电极表面金属成分组成对比，计算流失率，判断活性组分是否流失；

5、(2)若活性组分无流失，则将所述失活电极放入等离子体电解氧化装置处理；

6、(3)若活性组分有流失，则按照流失率在所述等离子体电解氧化装置的电解液中加入流失组分的金属盐，然后将所述失活电极放入等离子体电解氧化装置处理；

7、(4)处理后的失活电极经水洗干燥后重新用于电解制氢。

8、在一些实施例中，所述判断活性组分是否流失为：计算失活电极与初始电极中活性组分的相对质量分数的差值，若差值＜0，则该活性组分有流失；若差值≥0，则该活性组分无流失，所述活性组分的相对质量分数为电极中活性组分的质量分数与电极基体质量分数之比。

9、在一些实施例中，在所述等离子体电解氧化装置的电解液中加入至少一种还原性高于基体金属的新增活性组分。

10、在一些实施例中，所述电极表面金属成分组成通过xps或eds获得。

11、在一些实施例中，将所述失活电极放入等离子体电解氧化装置处理的时间为10-90s。

12、在一些实施例中，所述等离子体电解氧化装置的阴极为失活电极，阳极为不锈钢电极，电解液为有机物和无机物的混合水溶液，电压为100-600v，电流为1000-5000a/m2，工作模式为恒压模式或脉冲电压模式。

13、在一些实施例中，所述有机物为甘油、尿素、硼砂中的至少一种，所述无机物为kcl、nh4cl中的至少一种。

14、在一些实施例中，所述步骤(3)中所述流失组分的金属盐为流失组分的硝酸盐、硫酸盐或氯化盐。

15、在一些实施例中，在所述等离子体电解氧化装置的电解液中加入流失组分的金属盐的总浓度为5wt％-10wt％。

16、在一些实施例中，所述流失率为失活电极与初始电极中活性组分的相对质量分数的变化率的绝对值。

17、相对于现有技术，本发明的有益效果为：

18、本发明的方法利用等离子体电解氧化装置处理失活电极，通过电极表面的电加热使表面聚结的活性成分重新恢复活性或脱落的活性成分在补充活性成分的条件下重新恢复活性，同时，基体金属与表面活性成分形成合金氧化物，协同改性，增强电催化效果，具有操作简单、能耗低、再生活性高、经济性好的优点。

19、本发明的方法再生过程简单，不需要对电极进行破坏，与常规加热再生相比，本发明再生加热快、耗时短、效率高、能够灵活调整电极表面成分，获得较高的活性恢复率，甚至产生改性增强效果。

技术特征：

1.一种电极改性再生利用的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断活性组分是否流失为：计算失活电极与初始电极中活性组分的相对质量分数的差值，若差值＜0，则该活性组分有流失；若差值≥0，则该活性组分无流失，所述活性组分的相对质量分数为电极中活性组分的质量分数与电极基体质量分数之比。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述等离子体电解氧化装置的电解液中加入至少一种还原性高于基体金属的新增活性组分。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电极表面金属成分组成通过xps或eds获得。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述失活电极放入等离子体电解氧化装置处理的时间为10-90s。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述等离子体电解氧化装置的阴极为失活电极，阳极为不锈钢电极，电解液为有机物和无机物的混合水溶液，电压为100-600v，电流为1000-5000a/m2，工作模式为恒压模式或脉冲电压模式。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述有机物为甘油、尿素、硼砂中的至少一种，所述无机物为kcl、nh4cl中的至少一种。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中所述流失组分的金属盐为流失组分的硝酸盐、硫酸盐或氯化盐。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述等离子体电解氧化装置的电解液中加入流失组分的金属盐的总浓度为5wt％-10wt％。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述流失率为失活电极与初始电极中活性组分的相对质量分数的变化率的绝对值。

技术总结
本发明公开了一种电极改性再生利用的方法。本发明的方法利用等离子体电解氧化装置处理失活电极，通过电极表面的电加热使表面聚结的活性成分重新恢复活性或脱落的活性成分在补充活性成分的条件下重新恢复活性，同时，基体金属与表面活性成分形成合金氧化物，协同改性，增强电催化效果，具有操作简单、能耗低、再生活性高、经济性好的优点。

技术研发人员：张畅,郭海礁,吴展,徐显明,王金意,任志博,闫旭鹏,刘丽萍,王凡
受保护的技术使用者：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15