一种多孔镍电极及其制备方法与流程

1.本发明涉及电极技术领域，特别是涉及一种多孔镍电极及其制备方法。


背景技术：

2.当前，世界范围内新一轮能源技术革命正在兴起，国际能源格局也在发生深刻变化，可再生能源正在逐步成为新增电力的主要来源，电网结构和运行模式都将发生重大变化，作为清洁低碳的能源利用介质，可以实现波动性可再生能源的大规模消纳，氢具有能量和物质相联通的双重属性，是电能向各行业领域延伸替代化石燃料的重要纽带，使用过程中不排放大气污染物和温室气体，因此发展氢能产业是应对上述挑战的重要途径，对构建低碳清洁能源体系、应对环境挑战、推动能源革命、保证能源安全等具有重大战略意义；
3.电解水制氢被视为未来应用于可再生能源消纳生产“绿氢”的主流技术，主要分为3类：碱性电解水制氢、质子交换膜电解水制氢和固态氧化物电解质电解水制氢，前两种技术已经比较成熟，制氢装置在国内外均有商业化运行，soe技术还处于研发示范阶段，pem水电解制氢装置成本较高，一般是碱性水电解装置的3倍左右；
4.目前电解水制氢的主要问题是能耗高、效率低，在水电解生产中，80％～90％成本是电费，因此如何降低水电解的能耗是问题的关键所在，为此我们提出一种多孔镍电极及其制备方法。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术的不足，本发明提供一种多孔镍电极及其制备方法，纳米多孔镍的真实表面积远大于表观面积，能够有效增加电解液与电极材料的接触面积，这使得在较高电流密度的工业电解过程中，能够有效降低电极表面的真实电流密度，进而极大降低电解反应过程中电极的析氢过电位。
6.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种多孔镍电极，包括基体，所述基体为镍基纳米非晶合金，所述基体的表面覆盖设置有电极层，所述电极层包括纳米多孔镍，所述电极外形为片状且表面为网状。
7.优选的，所述基体包括泡沫镍，所述电极外部表面为波纹状。
8.一种多孔镍电极的制备方法，采用如下步骤：
9.s1、选用镍基纳米非晶合金作为电极基体；
10.s2、电极基体利用金属电迁移负载技术进行纯化；
11.s3、电极基体进行预处理，其表面清理完成；
12.s4、纳米多孔镍的制备，首先完成镍合金的冶炼；
13.s5、制备的镍合金通过去合金化工艺选择性腐蚀部分；
14.s6、腐蚀完成得到纳米多孔的镍合金；
15.s7、合金按尺寸需求压制成薄带并裁剪成段。
16.优选的，所述s3步骤中表面处理包括打磨、去除氧化膜和清洗。
17.优选的，所述s4步骤中镍合金为nifemn合金，其中ni原子含量为10％
‑
30％，mn原子含量为50％
‑
75％，余量为fe原子。
18.优选的，所述s5步骤中选用化学去合金化法或电化学去合金化法。
19.优选的，所述s6步骤中的孔径分布在5～80nm之间，比表面积在10～100m2/g。
20.与现有技术相比，本发明能达到的有益效果是：
21.镍基纳米非晶合金能够使析氢电极与溶液中活性h构成的化学键具有适当的吸附键强度，因此在析氢反应电化学过程中，有利于提高活性h的吸附或脱附能力，进而能够有效降低析氢电化学反应过程中的极化阻力，从而提高电极的析氢电催化活性，纳米多孔镍增加电极与电解液间接触面积，提高极板真实电流密度，纳米多孔镍的真实表面积远大于表观面积，能够有效增加电解液与电极材料的接触面积，这使得在较高电流密度的工业电解过程中，能够有效降低电极表面的真实电流密度，进而极大降低电解反应过程中电极的析氢过电位。
具体实施方式
22.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
23.实施例1
24.一种多孔镍电极，包括基体，基体为镍基纳米非晶合金，基体的表面覆盖设置有电极层，电极层包括纳米多孔镍，电极外形为片状且表面为网状。
25.本发明公开了基体包括泡沫镍，电极外部表面为波纹状；
26.一种多孔镍电极的制备方法，采用如下步骤：
27.s1、选用镍基纳米非晶合金作为电极基体；
28.s2、电极基体利用金属电迁移负载技术进行纯化；
29.s3、电极基体进行预处理，其表面清理完成，表面处理包括打磨、去除氧化膜和清洗；
30.s4、纳米多孔镍的制备，首先完成镍合金的冶炼；
31.s5、制备的镍合金通过去合金化工艺选择性腐蚀部分；
32.s6、腐蚀完成得到纳米多孔的镍合金；
33.s7、合金按尺寸需求压制成薄带并裁剪成段。
34.实施例2
35.一种多孔镍电极的制备方法，采用如下步骤：
36.s1、选用镍基纳米非晶合金作为电极基体；
37.s2、电极基体利用金属电迁移负载技术进行纯化；
38.s3、电极基体进行预处理，其表面清理完成，表面处理包括打磨、去除氧化膜和清洗；
39.s4、纳米多孔镍的制备，首先完成镍合金的冶炼，镍合金为nifemn合金，其中ni原
子含量为10％，mn原子含量为75％，余量为fe原子；
40.s5、制备的镍合金通过去合金化工艺选择性腐蚀部分，选用化学去合金化法，采用0.005
‑
0.05mol/l盐酸进行腐蚀或0.2
‑
8mol/l弱酸性硫酸铵溶液进行腐蚀，腐蚀时间在2～8h；
41.s6、腐蚀完成得到纳米多孔的镍合金；
42.s7、合金按尺寸需求压制成薄带并裁剪成段。
43.实施例3
44.一种多孔镍电极的制备方法，采用如下步骤：
45.s1、选用镍基纳米非晶合金作为电极基体；
46.s2、电极基体利用金属电迁移负载技术进行纯化；
47.s3、电极基体进行预处理，其表面清理完成，表面处理包括打磨、去除氧化膜和清洗；
48.s4、纳米多孔镍的制备，首先完成镍合金的冶炼，镍合金为nifemn合金，其中ni原子含量为30％，mn原子含量为50％，余量为fe原子；
49.s5、制备的镍合金通过去合金化工艺选择性腐蚀部分，选用电化学去合金化法，根据电位与ph关系选择1～5mol/l的硫酸铵溶液，去合金化电位选择
‑
0.2v～
‑
1.2v，去合金化时间可控在2～8h；
50.s6、腐蚀完成得到纳米多孔的镍合金；
51.s7、合金按尺寸需求压制成薄带并裁剪成段。
52.实施例4
53.一种多孔镍电极的制备方法，采用如下步骤：
54.s1、选用泡沫镍作为电极基体；
55.s2、电极基体进行预处理，其表面清理完成，表面处理包括打磨、去除氧化膜和清洗；
56.s3、纳米多孔镍的制备，首先完成镍合金的冶炼，镍合金为ni
‑
ti
‑
zr
‑
al合金，将ni
‑
ti
‑
zr
‑
al合金锭去除表层氧化皮；
57.s4、制备的镍合金通过去合金化工艺选择性腐蚀部分，镍合金在室温下置于氢氟酸腐蚀液中进行自由脱合金处理，1～5h，然后用去离子水冲洗；
58.s5、腐蚀完成得到纳米多孔的镍合金；
59.s6、合金按尺寸需求压制成薄带并裁剪成段。
60.本发明提供一种多孔镍电极及其制备方法，镍基纳米非晶合金能够使析氢电极与溶液中活性h构成的化学键具有适当的吸附键强度，因此在析氢反应电化学过程中，有利于提高活性h的吸附或脱附能力，进而能够有效降低析氢电化学反应过程中的极化阻力，从而提高电极的析氢电催化活性，纳米多孔镍增加电极与电解液间接触面积，提高极板真实电流密度，纳米多孔镍的真实表面积远大于表观面积，能够有效增加电解液与电极材料的接触面积，这使得在较高电流密度的工业电解过程中，能够有效降低电极表面的真实电流密度，进而极大降低电解反应过程中电极的析氢过电位。
61.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明
的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。