[发明专利]一种水电解制氢用双层电极及其制备方法和应用有效
| 申请号： | 202111256317.8 | 申请日： | 2021-10-27 |
| 公开（公告）号： | CN113957454B | 公开（公告）日： | 2023-05-23 |
| 发明（设计）人： | 张畅;郭海礁;徐显明;刘丽萍;王韬;潘龙;王金意 | 申请（专利权）人： | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司;四川华能氢能科技有限公司;华能集团技术创新中心有限公司;四川华能太平驿水电有限责任公司;四川华能宝兴河水电有限责任公司;四川华能嘉陵江水电有限责任公司;四川华能东西关水电股份有限公司;四川华能康定水电有限责任公司;四川华能涪江水电有限责任公司;华能明台电力有限责任公司 |
| 主分类号： | C25B1/04 | 分类号： | C25B1/04;C25B11/031;C25B11/097;C25B11/057 |
| 代理公司： | 北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙) 11201 | 代理人： | 赵迪 |
| 地址： | 102209 北京市昌平区北七*** | 国省代码： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索关键词： | 一种 水电 解制氢用 双层 电极 及其 制备 方法 应用 | ||
1.一种水电解制氢用双层电极，其特征在于，包括集电体；所述集电体表面设有至少一层氢/氧发生多孔催化层，氢/氧发生多孔催化层包括导电多孔载体和分散在载体表面的氢/氧发生催化剂颗粒；最外层的氢/氧发生多孔催化层表面设有至少一层气体除杂多孔催化层，气体除杂多孔催化层包括导电多孔载体和分散在载体表面的气体除杂催化剂颗粒；
氢/氧发生多孔催化层和气体除杂多孔催化层的导电多孔载体均为三维石墨烯气凝胶或导电二维MOF材料；
氢/氧发生催化剂颗粒为Ni-Fe双金属颗粒，气体除杂催化剂颗粒为Pt-Pd纳米颗粒；
气体除杂多孔催化层的孔容低于氢/氧发生多孔催化层的孔容；氢/氧发生多孔催化层的孔容范围为1000-2000mm3/g，平均孔径范围为10-20纳米；气体除杂多孔催化层的孔容范围为500-1500mm3/g，平均孔径范围为2-8纳米；
氢/氧发生多孔催化层的催化剂负载量在3-15wt％之间，气体除杂多孔催化层的催化剂负载量在1-8wt％之间。
2.根据权利要求1所述的水电解制氢用双层电极，其特征在于，当氢/氧发生多孔催化层的层数在2层以上时，各层氢/氧发生多孔催化层的催化剂负载量和孔容从靠近集电体的方向到靠近气体除杂多孔催化层的方向依次降低。
3.根据权利要求1所述的水电解制氢用双层电极，其特征在于，当气体除杂多孔催化层的层数在2层以上时，各气体除杂多孔催化层的催化剂负载量从靠近氢/氧发生多孔催化层的方向向远离氢/氧发生多孔催化层的方向依次升高，孔容依次降低。
4.根据权利要求1所述的水电解制氢用双层电极，其特征在于，集电体为平板状。
5.一种制备如权利要求1至4任意一项所述的水电解制氢用双层电极的方法，其特征在于：包括在氢/氧发生多孔催化层导电多孔载体上负载氢/氧发生催化剂颗粒形成氢/氧发生多孔催化层的步骤；在气体除杂多孔催化层导电多孔载体上负载气体除杂催化剂颗粒形成气体除杂多孔催化层的步骤；将氢/氧发生多孔催化层、集电体和气体除杂多孔催化层组装在一起的步骤；
和/或，还包括制备氢/氧发生多孔催化层导电多孔载体和/或气体除杂多孔催化层导电多孔载体的步骤；
和/或，当氢/氧发生多孔催化层或气体除杂多孔催化层的层数在2层以上时，以已经制备好的前一层氢/氧发生多孔催化层或气体除杂多孔催化层为基底，重复形成氢/氧发生多孔催化层的步骤或形成气体除杂多孔催化层的步骤制备新的氢/氧发生多孔催化层或体除杂多孔催化层。
6.一种制备如权利要求1至4任意一项所述的水电解制氢用双层电极的方法，其特征在于：包括将氢/氧发生多孔催化层载体形成在集电体上，并在氢/氧发生多孔催化层载体导电多孔载体上负载氢/氧发生多孔催化层纳米颗粒，获得氢/氧发生多孔催化层-集电体复合体的步骤；以氢/氧发生多孔催化层-集电体复合体为基体，氢/氧发生多孔催化层-集电体复合体的氢/氧发生多孔催化层一侧表面形成气体除杂多孔催化层导电多孔载体，并在气体除杂多孔催化层导电多孔载体上负载气体除杂多孔催化层纳米颗粒的步骤；
和/或，还包括制备氢/氧发生多孔催化层导电多孔载体和/或气体除杂多孔催化层导电多孔载体的步骤；
和/或，当氢/氧发生多孔催化层或气体除杂多孔催化层的层数在2层以上时，以已经制备好的前一层氢/氧发生多孔催化层或气体除杂多孔催化层为基底，重复形成氢/氧发生多孔催化层或形成气体除杂多孔催化层的方法制备新的氢/氧发生多孔催化层或体除杂多孔催化层。
7.一种电解制氢单元，其特征在于：包括隔膜；
所述隔膜一侧设有阴极双层电极，另一侧设有阳极双层电极；
所述阴极双层电极和阳极双层电极均采用如权利要求1至4任意一项所述的水电解制氢用双层电极，且所述阴极双层电极的气体去除多孔催化层和阳极双层电极的气体去除多孔催化层均紧邻隔膜。
8.一种水电解制氢系统，其特征在于：包括如权利要求1至4任意一项所述的水电解制氢用双层电极。
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