专利名称：一种电解水制氢电极材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种电极的制备，特别涉及一种电解水制氢电极材料的制备方法。
背景技术：
能源和环境是实现可持续发展的两个必要条件。燃料电池以其独特的优点，被认为是最有希望的汽车动力源，其广泛应用可以缓解能源和环保两方面的压力。与甲醇、其他化石燃料相比，氢气的应用领域很广，如电子工业、冶金工业、食品加工、浮法玻璃、精细化工等领域。氢作为能源，是未来发电、电动汽车用燃料电池的燃料。以氢气作燃料，氧气作氧化剂，通过燃料的燃烧反应，将化学能转变为电能的氢氧燃料电池，是很有发展前途的新的动力电源。该电池具有转换效率高、容量大、比能量高、功率范围广、不用充电等优点。目前工业上电解水制氢的方法主要有一是将水蒸气通过灼热的焦炭(称为碳还原法)，得到纯度为75%左右的氢气；二是将水蒸气通过灼热的铁，得到纯度在97%以下的氢气；三是由水煤气中提取氢气，得到的氢气纯度也较低；第四种方法就是电解水法，制得的氢气纯度可高达99%以上，这是工业上制备氢气的一种重要方法。采用该方法制氢成本低、氢气含量高，可以满足氢燃料电池的需要。但采用该方法制氢过程中也会发生各种副反应会给体系引入杂质气体，从而给氢气的净化带来一定干扰。Raney Ni是一种作为电解制氢的多孔阴极材料，但其存在孔径过小(往往小于10nm)，析氢过程中氢气堵在孔内不能及时排除，活性降低等问题。本发明的关键技术在于采用较细的N1、Al粉制成孔径呈正态分布的多孔材料，并引入到电解制氢领域，开拓了多孔金属间化合物的应用领域。
发明内容
本发明目的是提供一种具有丰富比表面，且孔径相对较大的多孔阴极材料，即一种具有高比表面、高催化活性的电解水制氢电极材料及制备方法。本发明采用的技术方案是—种电解水制氢电极材料的制备方法，所述方法按如下步骤进行(1)冷压成型将Ni粉与Al粉混合制成混合物，然后将混合物冷压成型制成压坯；所述的Ni粉和Al粉的粉末粒径均为I 15 μ m,基于所述的所述的Ni粉和Al粉,所述的Ni粉重量80 95%,所述的Al粉重量的5 20% ; (2)烧结、冷却将压坯在IX 10_2 IX 10_3Pa的真空条件下加热至350 500°C，保温60 90min，然后升温至700 950°C，保温30 120min，冷却至室温，即得所述电解水制氢电极材料。进一步,所述Ni粉平均粒径为1 8 μ m。进一步,所述Al粉平均粒径为1 8 μ m。进一步,所述Ni粉重量为Ni粉与Al粉总重量的85 95%。进一步，步骤(I)所述混合物冷压成型是在80 300Mpa下保压10秒钟的条件下进行，优选在150Mpa下保压10秒钟的条件下进行。
进一步，步骤(2)所述烧结、冷却的条件为将压坯在lX10_3Pa真空条件下以5 80C /min的速率匀速升温至350 500°C，保温60 90min，然后再以5 8°C /min的速率匀速升温至700 950°C，保温30 120min，冷却至室温，即得所述电解水制氢电极材料。更进一步，本发明所述电解水制氢电极材料的制备方法推荐为(1)冷压成型将Ni粉与Al粉混合制成混合物，然后将混合物冷压成型制成压坯；基于所述的Ni粉和Al粉，所述的Ni粉重量85 95%，所述的Al粉重量的5 15% ;所述Ni粉平均粒径为3 8 μ m，所述Al粉平均粒径为3 8 μ m ; (2)烧结、冷却将压坯在I X 10_3Pa真空条件下以5 8°C /min (优选5°C /min)的速率勻速升温至400 500°C,保温60 80min (优选60min),然后以5 8°C /min (优选5°C /min)的速率匀速升温至750 950°C，保温60 120min(优选60min)，冷却至室温，即得所述电解水制氢电极材料。本发明与现有的·技术相比，具有以下优点(I)本发明所述电解水制氢电极材料(即N1-Al多孔材料)的制备工艺简单，烧结温度低，制备过程中能耗低。(2)本发明所制得的N1-Al多孔材料，充分利用细粉压坯中粉末粒度之间的间隙孔和烧结过程中的反应造孔，所制得的孔结构尺寸均匀，呈现正态分布，并且孔隙丰富，孔隙率达35-45%，多孔阴极材料比表面积大。(3)所制得的N1-Al多孔阴极材料，其骨架结构中的晶粒尺寸细小，平均晶粒尺寸为14纳米左右,具有闻的催化活性。(4)所制得的N1-Al多孔材料具有优异的抗碱腐蚀性能，因此其在电解过程中能保持良好的孔结构特性和良好的催化稳定性。总之，本发明电解水制氢电极材料，孔径分布均匀，其具有高比表面、高活性，使用寿命较长，催化效率高，生产方法简单，成本低，为电解水制氢提供了一种新的阴极材料的选择，具有广阔的应用前景。
图1为实施例1制备的电解水制氢电极材料的SHM图。图2为实施例1制备的电解水制氢电极材料的孔径分布图。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此实施例1电解水制氢电极催化活性测试采用平均粒径为3微米的镍粉和平均粒径为3微米的铝粉，按Ni粉重量占Ni粉与Al粉总重量15wt%的配比进行混料制成混合物，然后将混合物在150MPa的压力下保压10秒钟冷压成型制成条状压还，压还宽为6mm,厚度为2mm,长度为6mm。将压还置于I X 10_3Pa真空条件下，首先以5°C /min的升温速率升至500°C，保温Ih ;然后以5°C /min的升温速率升至900°C，保温Ih ;最后随炉冷却至室温(25°C)，即得所述电解水制氢电极材料。之后采用点焊从电极材料上引出电极线。本发明电解水制氢电极材料为多孔材料，采用美国康塔仪器公司生产的PoreMaster 60GT压汞仪测试得出其大部分孔径分布在I 2微米之间，孔隙度为40%。所制得的电极的微观形貌图(SEM)见图1所示，孔径分布如图2所示。测定本发明的催化活性，具体的工艺参数如下
本发明的工作电极的几何面积Icm2本发明工作电极的质量 0.3g电解制氢控制温度25 C
电极的粗糙度546.5微米
电解液6M/L KOH水溶液
扫描电位区间-0.5 -1.35V 扫描速率 10mV/s
测试设备型号CHI660C电解活性测定前先用N2赶气，之后在6mol/L的常用碱性电解液(通常为KOH水溶液)中采用-1. 5V的电解电压活化5min，静置15min，之后以10mV/S的速率加载电压，测定析氢电流密度以及单位面积上有效的电流密度。结果见表I ,Ni片和泡沫镍均购自长沙力元新材料有限责任公司，几何面积与多孔N1-Al (即本发明制备的电解水制氢电极)相同。本发明的N1-Al多孔材料的交换电流密度、起始电位和在相同电位下的电流密度值都显示该发明材料的催化活性要远优于纯镍和泡沫镍。表I在线性扫描范围内获得的电极的电催化活性数据
权利要求
1.一种电解水制氢电极材料的制备方法，其特征在于所述方法按如下步骤进行(1)冷压成型将Ni粉与Al粉混合制成混合物，然后将混合物冷压成型制成压坯；所述的Ni粉和Al粉的粉末粒径均为I 15 μ m,基于所述的Ni粉与Al粉,所述的Ni粉重量为80 95%，所述的Al粉重量为5 20% ; (2)烧结、冷却将压坯在IX 10_2 IX 10_3Pa的真空条件下加热至350 500°C，保温60 90min，然后升温至700 950°C，保温30 120min，冷却至室温，即得所述电解水制氢电极材料。
2.如权利要求1所述电解水制氢电极材料的制备方法，其特征在于所述Ni粉粒径为I 8 μ m0
3.如权利要求1所述电解水制氢电极材料的制备方法，其特征在于所述Al粉粒径为I 8 μ m0
4.如权利要求1所述电解水制氢电极材料的制备方法，其特征在于所述Ni粉重量为85 95%。
5.如权利要求1所述电解水制氢电极材料的制备方法，其特征在于所述步骤(I)混合物冷压成型是在80 300Mpa下保压10秒钟的条件下进行。
6.如权利要求1所述电解水制氢电极材料的制备方法，其特征在于所述步骤(2)所述烧结、冷却的条件为将压坯在I X IO-3Pa真空条件下以5 8°C /min的速率匀速升温至350 500°C，保温60 90min，然后再以5 8°C /min的速率匀速升温至700 950°C，保温30 120min，冷却至室温，即得所述电解水制氢电极材料。
7.如权利要求1所述电解水制氢电极材料的制备方法，其特征在于所述方法为(1)冷压成型将Ni粉与Al粉混合制成混合物，然后将混合物冷压成型制成压坯；基于所述的Ni粉和Al粉，所述的Ni粉重量85 95%，所述的Al粉重量的5 15%，所述Ni粉粒径为3 ,8 μ m，所述Al粉粒径为3 8μπι ;(2)烧结、冷却将压坯在I X 10_3Pa真空条件下以5 ,80C /min的速率匀速升温至400 500°C，保温60 80min，然后以5 8°C /min的速率匀速升温至750 950°C，保温60 120min，冷却至室温，即得所述电解水制氢电极材料。
全文摘要
本发明公开了一种电解水制氢电极材料的制备方法，所述方法按如下步骤进行(1)冷压成型将Ni粉与Al粉混合制成混合物，然后将混合物冷压成型制成压坯；基于所述的Ni粉和Al粉，所述的Ni粉重量80～95%，所述的Al粉重量的5～20%；(2)烧结、冷却将压坯在真空条件下加热至350～500℃，保温60～90min，然后升温至700～950℃，保温30～120min，冷却至室温，即得所述电解水制氢电极材料；本发明电解水制氢电极材料，孔径分布均匀，其具有高比表面、高活性，使用寿命较长，催化效率高，生产方法简单，成本低，为电解水制氢提供了一种新的阴极材料的选择，具有广阔的应用前景。
文档编号C25B11/04GK103042217SQ20121050870
公开日2013年4月17日 申请日期2012年11月29日 优先权日2012年11月29日
发明者董虹星, 刘秋平, 陈文娴, 贺跃辉 申请人:浙江工业大学