一种阳极材料及其制备方法

本发明涉及电解水，具体涉及一种阳极材料及其制备方法。

背景技术：

1、目前常见的可再生能源有风能、水能、太阳能、核能、生物质能等，在这些可再生能源之中，氢能是不可或缺的部分，是新能源革命的重要参与者和推动者。

2、氢能作为重要的二次绿色能源，具有燃烧热值高、燃烧产物清洁无污染、易于储运等优点，是风能、太阳能等清洁能源的储存媒介，可以有效解决可再生能源发电不稳定的问题，减少弃风、弃光等现象的发生。

3、在众多生产氢能的方法中，水电解制氢具有氢气纯度高、生产过程清洁无污染、设备响应快等优点，是获取氢能的重要途经。目前常见的电解水制氢技术包括碱性电解水(awe)、质子交换膜电解水(pemwe)和阴离子交换膜电解水(aemwe)等。其中awe和pemwe发展时间较久，已经具有商业化应用能力。awe出现最早，目前已经发展至较为成熟，但存在氢氧混合发生爆炸的风险，同时欧姆阻抗较大，电能利用率低。pemwe工作电流密度高，可以快速响应，但需要使用储量低且成本高的贵金属来制备催化剂，且酸性条件易于腐蚀电解设备，以上缺点阻碍了其大规模应用。

4、aemwe在此背景下应运而生，该技术兼具awe和pemwe的优点，降低了催化剂成本和电解的能耗，提高了工作电流密度和电解效率，具有广泛的应用前景。

5、cn110152673a公开了一种铁镍层双金属氢氧化物/泡沫镍复合材料及其制备方法和应用，该方法包括：1)在溶剂的存在下，将铁源、氟化铵、尿素与泡沫镍进行溶剂热反应以制得反应产物a；2)在溶剂的存在下，将镍源、氟化铵、尿素、反应产物a进行溶剂热反应以制得铁镍层状双金属氢氧化物/泡沫镍复合材料。该铁镍层状双金属氢氧化物/泡沫镍复合材料具有低过电位和高稳定性的特性，进而其能够应用于析氧反应和析氢反应中，但是该材料的活性低，并且在实际应用过程中易发生短路。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有电解水制氢用的阳极材料存在活性差且在阴离子膜电解水的应用中存在正负极易短路的问题。

2、为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种制备用于电解水制氢的阳极材料的方法，该方法包括：

3、(1)将原料物质进行辊压处理以得到物质i；定义k＝h/d，控制所述辊压处理的条件，使得k的范围为1-1.04；所述h为所述物质i的上表面的最高处与下表面的最低处的垂直距离，单位为微米；所述d为所述物质i的平均厚度，单位为微米；所述原料物质选自泡沫镍、泡沫钛、镍毡、镍网和不锈钢毡中的任意一种；

4、(2)将所述物质i与含有二价镍盐和亚铁盐的混合溶液接触以进行水热反应，得到所述阳极材料；进行所述水热反应的体系中不含有功能剂；所述功能剂包括沉淀剂、络合剂和表面活性剂。

5、本发明的第二方面提供由第一方面所述的方法制备得到的阳极材料。

6、本发明的方案至少具有以下优点：

7、(1)在阴离子膜电解水(aemwe)的应用中，使用本发明的阳极材料，能够解决正负极容易短路的问题；

8、(2)本发明制备用于电解水制氢的阳极材料的方法，使得在不必使用沉淀剂、络合剂和表面活性剂(例如尿素、氨水、硫脲、氟化铵、柠檬酸三钠和聚乙二醇)的前提下，获得的阳极材料具有优异的活性；

9、(3)本发明制备用于电解水制氢的阳极材料得方法操作简单、易于控制、条件温和，同时具有成本低的优点。

技术特征：

1.一种制备用于电解水制氢的阳极材料的方法，其特征在于，该方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合溶液中的ni元素和fe元素的摩尔含量比为5-15：1。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述功能剂包括尿素、氨水、硫脲、氟化铵、柠檬酸三钠和聚乙二醇。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其特征在于，所述混合溶液中的ni元素的摩尔浓度为0.01-0.1mol/l。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其特征在于，所述水热反应的条件包括：温度为120-180℃，时间为4-8h；

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其特征在于，所述原料物质的面密度为300-500g/m2、孔径为50-150ppi。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的方法，其特征在于，该方法还包括：在步骤(2)中，将所述阳极材料进行后处理的步骤；所述后处理的步骤包括将所述阳极材料依次进行洗涤处理和干燥处理；

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的方法，其特征在于，所述二价镍盐选自硝酸镍、氯化镍、醋酸镍和硫酸镍中的至少一种。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的方法，其特征在于，所述亚铁盐选自硫酸亚铁铵、硫酸亚铁、硝酸亚铁、醋酸亚铁和氯化亚铁中的至少一种。

10.权利要求1-9中任意一项所述的方法制备得到的阳极材料。

技术总结
本发明涉及电解水技术领域，公开了一种阳极材料及其制备方法。该方法包括：将原料泡沫镍进行辊压处理以得到泡沫镍I，然后将混合溶液与所述泡沫镍I进行水热反应，得到所述泡沫镍/镍铁层氢氧化物复合材料；所述混合溶液中含有二价镍盐和亚铁盐；且所述混合溶液中不含有功能剂；所述功能剂包括沉淀剂、络合剂和表面活性剂。本发明制备得到的材料用于电解水阳极电极中具有优异的活性。

技术研发人员：庄仲滨,王勇胜,朱威
受保护的技术使用者：北京化工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/7/18