原位催化剂沉积与利用的制作方法

所公开的技术一般涉及电催化剂。更具体地，该技术涉及用于维持由非含碳来源高效率制氢和用于维护电解器堆叠体的方法和系统。

背景技术：

1、随着全球转向无碳经济，开发用于水分解反应(即析氢反应(her)和析氧反应(oer))的高效、地球丰产的电催化剂是非常重要的。在电解器中，her发生在阴极电极上而oer发生在阳极电极上。传统地，在装配电解器堆叠体之前，将电极涂覆电催化剂，该电解器由堆叠体重复的电解槽和电解槽之间的双极板组成，该电解槽包括阴极和阳极，阳极和阴极之间具有分隔体。一旦与配套设备(balance of plant)整合用于运行，该堆叠体通常是无法维护的(non-serviceable)，由于效率随时间降低，最终必须被整体地更换。对于碱性电解器，典型的堆叠体更换间隔在60,000小时至100,000小时的范围内。通常地，效率退化到低于初始值的大约90％标志着堆叠体的寿命终点。更换堆叠体是一项重大的资本成本，占总系统的初始资本成本范围为45-50％。堆叠体更换还需要将电解器关闭、拆卸和重新组装。因此，需要有用于保持高效率和用于维护堆叠体而无需关闭、拆卸或重新组装该堆叠体的方法和系统。

技术实现思路

1、本文公开了用于维持高效率以及用于维护电解器堆叠体而无需关闭、拆卸或重新组装该堆叠体的方法、系统和组成。本发明的一个方面提供了一种电解质，其包含oh-和氢析出电催化剂、氧析出电催化剂、双功能氢/氧析出电催化剂或其任意组合。

2、本技术的另一方面提供了一种分隔体电极组装件，其包含：电极，其中电极包含多个将其穿透的开口；分隔体，其中电极与分隔体接触，分隔体具有由多个开口限定的暴露于电解质的表面；以及电催化剂，其中电催化剂被沉积在电极和分隔体的暴露于电解质的表面上，以及其中电催化剂是氢析出电催化剂、氧析出电催化剂、双功能氢/氧析出电催化剂或其任意组合。

3、本发明的另一方面提供了一种碱性电解器，其包含本文所述的任何分隔体电极组装件和/或任何电解质。

4、本发明的另一方面提供了一种反应器系统，其包含电解器，进一步包含配置成使电解质循环通过电解器的泵。

5、本发明的另一方面提供了一种用于沉积电催化剂的方法。在足以将氢析出电催化剂、氧析出电催化剂、双功能氢/氧析出电催化剂或其任意组合沉积到电极上的条件下，该方法可包含使本文所述的任何电解质再循环通过电解器或反应器。在一些实施方案中，沉积与析氢反应或者析氧反应同时发生。

6、本发明的这些及其他方面将在本文进一步描述。

技术特征：

1.一种包含oh-和电催化剂的电解质，其中电催化剂是氢析出电催化剂、氧析出电催化剂、双功能氢/氧析出电催化剂或其任意组合。

2.根据权利要求1所述的电解质，其中电解质包含有效量的电催化剂，用于降低对于给定电流密度的析氢反应或者析氧反应所需的电压。

3.根据权利要求1所述的电解质，其中电催化剂包含悬浮的颗粒。

4.一种分隔体电极组装件，其包含

5.根据权利要求4所述的分隔体电极组装件，其中电极包括由多根相交的导电线形成的网格、由导电材料中的多个孔隙形成的泡沫、已开槽或穿孔的导电板、或金属板网。

6.一种碱性电解器，其包含根据任一权利要求1所述的电解质和电极。

7.一种碱性电解器，其包含电解质和根据权利要求4所述的分隔体电极组装件。

8.根据权利要求7所述的碱性电解器，其中电解质包含oh-和电催化剂。

9.一种反应器系统，其包含根据权利要求6所述的电解器和配置成使电解质循环通过电解器的泵。

10.根据权利要求9所述的反应器系统，其中将泵配置成使电解质循环通过反应再循环回路或沉积再循环回路。

11.根据实施方案9所述的反应器系统，其中泵包含配置成使氢析出电催化剂或双功能氢/氧析出电催化剂循环通过阴极沉积再循环回路的阴极沉积泵，和配置成使氧析出电催化剂或双功能氢/氧析出电催化剂循环通过阳极沉积再循环回路的阳极沉积泵。

12.一种用于沉积电催化剂的方法，所述方法包括在足以将电催化剂沉积到电极上的条件下，使根据权利要求1所述的电解质再循环通过电解器。

13.根据权利要求12所述的方法，其中电极包含多个将其穿透的开口且电极与分隔体相接触，其中分隔体具有由多个开口限定的暴露于电解质的表面，其中电催化剂被沉积到电极和分隔体暴露于电解质的表面上。

14.根据权利要求12所述的方法，其中电解质再循环通过反应再循环回路。

15.根据权利要求14所述的方法，其中沉积与析氢反应或者析氧反应同时发生。

16.根据权利要求12所述的方法，其中电解质再循环通过沉积再循环回路。

17.根据权利要求16所述的方法，其中沉积发生在析氢反应或者析氧反应之前、期间和/或之后，无需关闭、拆卸或者重新组装电解器。

18.根据权利要求12所述的方法，其中使氢析出电催化剂或双功能氢/氧析出电催化剂再循环通过阴极沉积再循环回路，氧析出电催化剂或双功能氢/氧析出电催化剂再循环通过阳极沉积再循环回路。

19.根据权利要求18所述的方法，其中沉积发生在析氢反应或者析氧反应之前、期间和/或之后，无需关闭、拆卸或者重新组装电解器。

20.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括将所述电解质从电解器中排出并用第二电解质替代所述电解质，其中第二电解质缺少电催化剂或者其中第二电解质包含与所述电解质中的电催化剂不同的电催化剂。

技术总结
本文公开了一种电解质，其包含OH‑和用于原位沉积或应用中的氢析出电催化剂、氧析出电催化剂、双功能氢/氧析出电催化剂或其任意组合。还公开了一种分隔体电极组装件，电催化剂将被沉积于其上以维持高的反应器效率。

技术研发人员：M·A·道格赫提,K·C·里奥纳德,T·R·拉尔森,J·M·巴法洛氏
受保护的技术使用者：阿维姆有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7