一种电解槽及电解制氢系统的制作方法

本技术属于氢能及海水资源利用领域，具体涉及一种电解槽及电解制氢系统。

背景技术：

1、电解水制氢是实现大规模绿氢制备的技术方法，对推进氢能社会建设、实现双碳目标具有至关重要的作用。目前主流的电解水制氢技术，包括碱性电解水制氢、pem制氢、高温固体氧化物电解制氢，均对原料水的水质有较高要求，限制了电解水制氢技术在干旱缺水地区的发展。在水资源丰富的地区，原水在应用前往往也需经过纯化，导致电解水制氢过程繁琐、成本增加。

2、由于海水在地球上的储量丰富，海上风能、太阳能、波浪能等资源丰富，因此可以利用海上可再生能源发电耦合海水电解制氢。海水的含盐量高，在海上制氢过程中大多需经过反渗透等过程对海水进行预处理，采用预处理具有处理难度大、成本高、出水水质不稳定、影响电解制氢设备的寿命和性能等缺点。采用海水直接制氢的方式会造成海水中高含量的氯离子对材料的腐蚀，以及氯离子对电解制氢过程的竞争，导致电极寿命较差。

技术实现思路

1、有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种电解槽及电解制氢系统，有利于降低海水对电极材料的腐蚀作用。

2、为实现上述目的，本实用新型的技术方案为一种电解槽，包括电解小室，所述电解小室包括阴极、阳极和隔膜；所述阴极和阳极相互独立地包括电极基体和复合在所述电极基体表面的催化层；所述催化层为层状双金属氢氧化物-硫酸盐复合材料。

3、本实用新型所述电解槽装置包括多个电解小室，所述电解小室包括阴极、隔膜和阳极，构成阴极室和阳极室，所述阴极和阳极为片状。

4、本实用新型所述阴极和阳极中，电极基体为多孔或致密的导电金属片状材料，优选为铁、镍、钴和钼中的一种或多种。所述电极基体厚度为100～500μm，优选为300～500μm。

5、本实用新型所述阴极和阳极中，催化层为层状双金属氢氧化物-硫酸盐复合材料，催化层厚度为50～500nm，优选为50～200nm。所述层状双金属氢氧化物-硫酸盐复合体可以通过市购得到，可以为以下结构：

6、(m1(oh)a)x-na+y-(m2(oh)b)z-(so42-)y/2；

7、其中m1为铁、镍、钴或钼，为二价离子；m2为铁、镍、钴或钼，为三价离子；且m1和m2不相同；a和b相互独立地为2、3、4或5；x和z满足如下关系：(2-a)x+(3-b)z＝0；y为2、3、4、5、6、7、8、9或10。

8、本实用新型所述电解槽采用的阴极和阳极具有电极基体和复合在所述电极基体表面的催化层，所述催化层具有高比表面积和孔隙率，催化活性高。同时，电极基体和催化层之间结合牢固，避免了接触电阻的产生，导电性好。

9、本实用新型还提供了一种电解制氢系统，包括电解槽；与所述电解槽的海水入口相连的海水贮槽装置；与所述电解槽的氢气出口相连的氢气存储装置；与所述电解槽的氧气出口相连的氧气存储装置；所述电解槽包括电解小室，所述电解小室包括阴极、阳极和隔膜；所述阴极和阳极相互独立地包括电极基体和复合在所述电极基体表面的催化层；所述催化层为层状双金属氢氧化物-硫酸盐复合材料。

10、本实用新型所述电解制氢系统中，电解槽装置包括多个电解小室，所述电解小室包括阴极、隔膜和阳极，构成阴极室和阳极室，所述阴极和阳极为片状。所述阴极和阳极中，电极基体为多孔或致密的导电金属片状材料，优选为铁、镍、钴和钼中的一种或多种。所述电极基体厚度为100～500μm，优选为300～500μm。所述催化层为层状双金属氢氧化物-硫酸盐复合材料，催化层厚度为50～500nm，优选为50～200nm。所述层状双金属氢氧化物-硫酸盐复合体可以通过市购得到，可以为以下结构：

11、(m1(oh)a)x-na+y-(m2(oh)b)z-(so42-)y/2；

12、其中m1为铁、镍、钴或钼，为二价离子；m2为铁、镍、钴或钼，为三价离子；且m1和m2不相同；a和b相互独立地为2、3、4或5；x和z满足如下关系：(2-a)x+(3-b)z＝0；y为2、3、4、5、6、7、8、9或10。

13、本实用新型所述电解制氢系统中，海水贮槽装置用于提供电解液至电解槽，所述电解槽用于电解海水产生氢气和氧气，氢气存储装置用于存储所述电解槽阴极产生的氢气，氧气存储装置用于存储所述电解槽阳极产生的氧气。

14、本实用新型所述电解制氢系统的工作流程为：连通海水贮槽装置和电解槽，所述海水贮槽装置中海水进入所述电解槽中，连通所述电解槽中电源，所述海水在直流电的作用下分解，产生氢气和氧气，所述氢气经过电解槽的氢气出口进入氢气存储装置进行收集，所述氧气经过电解槽的氧气出口进入氧气存储装置进行收集。

15、本实用新型提供了一种电解槽，包括电解小室，所述电解小室包括阴极、阳极和隔膜；所述阴极和阳极相互独立地包括电极基体和复合在所述电极基体表面的催化层；所述催化层为层状双金属氢氧化物-硫酸盐复合材料。所述电解槽中阴极和阳极表面具有催化层，所述催化层的硫酸根离子对电解反应中的氯离子形成了阻挡作用，有效增强了反应选择性，提高了电极寿命。阴极和阳极的催化层具有高比表面积和孔隙率，活性位点密度高，催化活性高，电极基体和催化层之间结合牢固，避免了接触电阻的产生，导电性好。阴极和阳极的电极基体未使用贵金属成分，成本低，电解槽及其系统简单，有利于大规模推广。

技术特征：

1.一种电解槽，其特征在于，包括电解小室，所述电解小室包括阴极、阳极和隔膜；

2.根据权利要求1所述电解槽，其特征在于，所述阴极和阳极为片状。

3.根据权利要求1所述电解槽，其特征在于，所述电极基体为铁、镍、钴和钼中的一种。

4.根据权利要求1所述电解槽，其特征在于，所述电极基体厚度为100～500μm，所述催化层厚度为50～500nm。

5.一种电解制氢系统，其特征在于，包括电解槽；

6.根据权利要求5所述电解制氢系统，其特征在于，所述阴极和阳极为片状。

7.根据权利要求5所述电解制氢系统，其特征在于，所述电极基体为铁、镍、钴和钼中的一种。

8.根据权利要求7所述电解制氢系统，其特征在于，所述电极基体厚度为100～500μm，所述催化层厚度为50～500nm。

技术总结
本申请提供了一种电解槽及电解制氢系统，所述电解槽包括电解小室，所述电解小室包括阴极、阳极和隔膜；所述阴极和阳极相互独立地包括电极基体和复合在所述电极基体表面的催化层；所述催化层为层状双金属氢氧化物‑硫酸盐复合材料。所述电解槽中阴极和阳极表面的硫酸根离子对电解反应中的氯离子形成了阻挡作用，有效增强了反应选择性，同时，催化层具有高比表面积和孔隙率，催化活性高，导电性好，电解槽及其系统简单，有利于大规模推广。

技术研发人员：张畅,王金意,郭海礁,徐显明,潘龙,王韬,刘丽萍,王凡
受保护的技术使用者：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司
技术研发日：20220829
技术公布日：2024/1/12