[发明专利]一种电解碱水镍基电极的制备方法

说明书

本发明公开了一种电解碱水镍基电极的制备方法，属于电解制氢和材料表面工程技术领域。所述电解碱水镍基电极是采用纯镍为外皮制备药芯焊丝，内包裹有5‑20wt.％的铝粉和1‑5wt.％的锌粉，具体步骤包括：对基体表面进行清洁和喷砂粗化；在经过预处理的基体表面采用脉冲熔化极弧增材工艺制备阵列焊点，工艺参数为：电流100‑120A，电压22‑23V，氩气流量15L/min，干伸长10‑11mm，焊接速度15‑35mm/s，脉冲频率10‑50Hz；将得到的电极试样放入氢氧化钾和酒石酸钾钠混合溶液中进行水浴加热，即得到电解碱水镍基电极。电解碱性水镍基电极双电层电容高、制氢过电位低，具有良好的电催化性能。

技术领域

本发明属于电解制氢和材料表面工程技术领域，尤其涉及一种电解碱水镍基电极的制备方法。

背景技术

随着全球能源需求不断增加，电气化趋势明显，全球能源行业正经历着以低碳化、低污染为方向的第三次能源革命。氢能是一种来源广泛、清洁无碳、灵活高效、应用场景丰富的二次能源，可通过多种途径获取，是推动传统化石能源清洁高效利用和支撑可再生能源大规模发展的理想互联媒介。

氢能应用广泛，需求量大，目前电解碱水制氢技术成熟，具有高的能源转化效率，工艺简单，前景广阔，然而，受限于电极使用铂等贵金属催化剂，导致碱水电解析氢电极制备的成本较高，在实际生产和大规模推广应用中受到限制。

镍基材料拥有相对较低的析氢过电位和成本低廉的双重优势，是析氢材料的首选。研究表明，催化剂的催化性能与电解电极表面的形貌、活性位点数量、比表面积等因素密切相关。更大的比表面积提供了更多电极与电解液的接触面积，从而降低了水电解的制氢过电位，增加电极的表面积可有效提升电极的催化效率，即在相同电压下获得较高的电解工作电流。

目前制备镍电极的方法有很多，包括电镀、化学镀层、冲压和磁控溅射等。然而这些方法合成电极材料的效率极低，制备的电极厚度受限，且成本较高，无法满足规模化应用时对催化材料的大量消耗。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种电解碱水镍基电极的制备方法。本发明制备的电解碱性水镍基电极双电层电容高、制氢过电位低，具有良好的电催化性能。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种电解碱水镍基电极，采用纯镍(镍带)制备药芯焊丝，镍带外皮内包裹有5-20wt.％的铝粉和1-5wt.％的锌粉。铝粉和锌粉总的填充量不高于23％。

进一步地，所述药芯焊丝的直径为1.6mm，正负公差在0.03mm以内。

本发明还提供一种所述的电解碱水镍基电极的制备方法，包括以下步骤：

(1)采用纯镍外皮将5-20wt.％的铝粉和1-5wt.％的锌粉包裹在内，形成药芯焊丝，同时对基体表面进行清洁和喷砂粗化；

(2)在经过预处理的基体表面采用脉冲熔化极弧增材工艺制备焊点，工艺参数为：电流100-120A，电压22-23V，氩气流量15L/min，干伸长10-11mm，焊接速度15-35mm/s，脉冲频率10-50Hz；将焊枪布置于机械手或者行走装置上，按所需电极的表面外形来合理设置增材的路径，逐一将所需表面覆盖完全；

(3)将得到的电极试样放入30wt.％KOH和10wt.％酒石酸钾钠溶液中进行水浴加热，以去除增材获得镍层中的Al和Zn，形成微细孔的构造，即得到电解碱水镍基电极。

进一步地，步骤(1)中经过处理的基体表面粗糙度Ra为2-10μm，所述基体为镍板。

进一步地，步骤(3)中，所述水浴加热是指在70℃下水浴加热24-128h。

利用本发明制备方法制备得到的电解碱水镍基电极电位低于0.22V，表现出优异的电催化性能。