氢能专利库

本申请涉及电解水制氢技术领域，具体涉及复合隔膜及其制备方法、复合隔膜制备装置、电解水制氢装置。本申请提供的复合隔膜制备方法，包括以下步骤：将铸膜液涂覆于多孔支撑织物的表面，静置进行初始相转变后，制备中间体；将中间体浸入凝固浴中进行二次相转化，制备复合隔膜；铸膜液包括如下重量份的各组分：高分子聚合物 5份~20份、无机亲水颗粒 30份~60份以及有机溶剂 15份~65份；涂覆的工艺参数包括：涂覆速率为2.5m/min~5m/min；静置的工艺参数包括：温度为20℃~60℃，湿度为30%~70%，静置时间为2s~1min。本申请的制备方法工艺简单，适合工业化生产，且制备的复合隔膜兼具优异的稳定性和阻气性能。

本发明涉及一种电解水设备，包括电解容器、阳极以及阴极。电解容器包括依次连通的第一电解管道、第一连接管道、第二连接管道以及第二电解管道，第一连接管道和第二连接管道均倾斜于水平面设置，且相邻的管道之间呈夹角设置，其中，第一连接管道的较高端与第二连接管道的较高端连接，第一连接管道的较低端与第一电解管道的较低端连接，第二连接管道的较低端与第二电解管道的较低端连接；阳极设置在第一电解管道中，阴极设置在第二电解管道中。上述结构设计能够较好地减少电解后的电解液的交换，有利于减少溶解在电解液中的氧气和氢气相混合，提高气体纯度。上述电解水设备无需设置隔膜，在电源低功率的情况下，也能够获得较高的气体纯度。

本发明涉及一种电解水设备。上述电解水设备包括电解腔室、化学析氧腔室、电源装置第一阳极、第二阳极以及阴极；所述第一阳极和所述阴极设置在所述电解腔室中，所述第二阳极设置在所述化学析氧腔室中，所述第一阳极和所述第二阳极并联且能够相互独立地控制通断电。电解腔室中第一阳极通电反应达到材料的容量上限后，使第二阳极通电进行反应，释放完氧气后，继续使第一阳极通电反应。如此，第一阳极和第二阳极交替循环进行通电反应，阴极持续通电制氢，实现连续制氢。

本发明涉及一种膜电极及其制备方法、电解水制氢设备。上述膜电极的制备方法包括以下步骤：提供质子交换膜；采用超声喷涂工艺在所述质子交换膜上涂布催化剂浆料，干燥处理，得到所述膜电极；所述超声喷涂工艺的喷涂方向为自所述质子交换膜的第一端至相对的第二端的方向，且喷涂起始线端位于与所述第一端远离所述第二端第一距离位置处，喷涂终止端位于所述第二端远离所述第一端第二距离位置处，所述第一距离和所述第二距离均大于或等于5mm。上述膜电极的制备方法能够避免传统喷涂带来的膜电极边缘催化层偏厚的问题，提高膜电极的性能稳定性。

本申请涉及一种合金基复合材料及其制备方法、析氢电极和制氢方法。合金基复合材料的制备方法包括以下步骤：通过等离子喷涂法制备含有镍、铬和钴的合金涂层；在所述合金涂层表面形成石墨烯层；通过等离子刻蚀法对所述石墨烯层进行氮掺杂处理，以形成氮掺杂石墨烯层，制备所述合金基复合材料。本申请制得的合金基复合材料，其孔隙率达到15%~25%，电流密度为300mA/cm2下的过电位仅有150mV~270mV，并且在持续电解10h后电压的衰减量低于2.3%，展现出优异的析氢催化活性和催化稳定性，可用于制备析氢电极并在工业级电流下高效且稳定地进行电解水制氢。

本发明提供了用于电解水制氢的电极及其制备方法，其中电极的制备方法包括：将电极基片浸泡在还原剂和含有至少一种第二金属离子的氧化剂组成的混合溶液中，第一金属与第二金属离子发生置换反应以生成第一金属离子和沉积在电极基片表面的第二金属，第一金属离子与还原剂发生还原反应以在电极基片重新生成第一金属，在电极基片表面形成由第一金属和第二金属组成的合金催化剂。使用本实施例的电极制作方法，基于置换反应和还原反应在电极基片表面原位生长多种金属组成的合金催化剂，原位生长技术避免了粘接剂的使用，具有较低制备成本。同时，不同金属催化剂在整个电解水制氢过程中的各阶段起到相应的催化作用，能够提升电解水制氢效率。

本发明提供制备碱性电解水制氢隔膜的方法，所述方法包括：用聚酰胺和碳量子点混合溶液改性聚合物基材；其中，所述碳量子点的碳源为层状石墨烯、碳纳米管或柠檬酸，所述聚合物基材选自聚苯硫醚、聚砜、聚醚醚酮、聚四氟乙烯或聚四氟乙烯树脂改性石棉。本发明的方法能够降低碱性电解水制氢隔膜的面电阻和/或提高所述隔膜的亲水性，从而降低碱性电解水制氢的能耗。

本发明涉及一种电解水制氢的复合隔膜及制备方法，该复合隔膜包括网状编织物衬底和附接于网状编织物衬底的复合膜层，复合膜层含有无机陶瓷纤维和制膜液主体材料；其中，无机陶瓷纤维选自Ti、Zr、Si和Al中一种或多种氧化物的纤维。该制备方法包括(1)将陶瓷前驱体和助剂混合得纺丝液，然后将纺丝液进行纺丝，并将纺丝所得纤维进行煅烧，得无机陶瓷纤维；(2)将无机陶瓷纤维分散于制膜液中，然后进行刮膜和烘干。本发明电解水制氢的复合隔膜中在网状编织物衬底的表面增加了含有无机陶瓷纤维和制膜液主体材料的复合膜层，该复合膜层为无机‑有机复合层，使复合隔膜的稳定性和亲水性都显著提高，并提高膜电流和降低膜电阻。

本发明涉及一种电解水析氧催化剂及制备方法、碱性电解水制氢装置，该电解水析氧催化剂为含有镍和铁的球状催化剂，且所述球状催化剂的表面具有纳米级孔隙的多孔结构，其中，镍与铁的摩尔比为1:(0.1～0.5)。电解水析氧催化剂的制备方法包括：使镍前驱体和铁前驱体溶解于溶剂中，加入球状模板剂、表面活性剂和沉淀剂，然后进行水热反应、分离固相产物并进行烧结；所述球状模板剂为聚苯乙烯微球和/或无机碳微球。本发明电解水析氧催化剂为中空球状且表面具有多孔结构，催化剂的比表面积大、催化活性高，电解槽的电流密度和析氧性能显著提高。

本申请涉及碱性水电解制氢用的电解系统、方法以及电解槽，该电解系统包括：电解槽，所述电解槽内设置有阴极电极、阳极电极和隔膜，隔膜位于阴极电极和阳极电极之间；位于电解槽腔体内的电解液；其中，所述阳极电极包含电极基体和负载在电极基体表面上的催化剂层，催化剂包括选自Fe、Co、Ni和Mn的活性组分；电解液包含所述催化剂。通过在电解液中特别是阳极电解液里添加催化剂，在电解过程中，催化剂通过可以静电作用力或者进一步氧化沉积在电极基体表面，修复脱落的催化剂，可以保证电解系统的长期运行稳定性。