一种电极材料制备和再生方法及其应用与流程

本发明属于电化学催化领域，涉及电极材料制备及再生方法，具体涉及阴极电极材料制备及再生方法，在其他能源开发和电极材料回收再利用领域也具备潜在的应用价值。

背景技术：

1、电化学技术在化工、能源、电解、电镀、防护、环保等行业中广泛应用，其电极材料为改善电化学性能、降低能耗的关键组件。电极表面通常采用活性涂层的设计以实现高效电化学过程，而电极在工作过程中随着电极的使用程度逐渐加深，久而久之电极的表面会产生诸如划伤、凹坑、印迹等不同程度的损伤和表面缺陷，同时会有不同程度的离子沾污和金属污染，导致电极的性能衰减、使用寿命变短以及失效等问题。而目前市场主要通过购买新的电极来替换使用过的电极，暂无成熟的再生清洗方法用来处理已使用过的电极，造成生产效率下降和成本的增加，也给社会造成了极大的资源浪费。

2、因此亟需开发一种制备高活性电极和再生失活电极的方法来应对上述情况。对于电化学技术中电解水制氢、氯碱工业、水处理等工艺的阴极析氢电极，铂族贵金属可以提供催化活性提升、催化性能再生修复的功能。基于此本发明提供了一种电极制备和再生的方法，以期获得上述优化性能效果的电解电极，提升电解效率。

技术实现思路

1、本发明针对上述问题进行，提供了一种电极材料制备和再生方法及其应用。该方法适用于多种金属导电基底表面制备活性涂层制备，失活电极材料的再生恢复，制备方法简单，具有电极普适性和规模化制备应用潜力。

2、本发明的技术原理如下：利用酸性贵金属溶液对金属导电基底或者低活性金属电极的微刻蚀作用，在烧结过程中将两性金属氧化物均匀地引入镍钴金属氧化物晶体，可以固定的负载在金属导电基底表面形成高活性涂层，实现高活性电极材料的制备和低活性金属电极再生。本发明方法制备或再生的电极材料可应用于阴极析氢电极，可在低的过电位下实现高电流密度，能够应用于工业条件下电极的制备和再生。

3、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

4、本发明第一方面，提供了电极材料制备及再生方法，步骤概述如下：配制酸性贵金属溶液，将其涂覆在预处理后的金属导电基底或者待再生电极表面进行微刻蚀，干燥后在马弗炉烧结形成高活性涂层，实现高活性电极材料的制备或低活性金属电极再生。

5、优选的，电极选自阴性电极，进一步优选为应用在电解析氢反应中的阴性电极。

6、优选的，电极材料制备及再生方法的具体步骤如下：

7、a、金属导电基底或者待再生电极预处理

8、对金属导电基底进行除油、酸洗去除氧化层，对于待再生电极进行水洗处理：

9、具体的，金属导电基底包括镍、铁、不锈钢金属或金属合金网、泡沫、片材；待再生电极包括具有涂层结构的电极，如热喷涂雷尼镍涂层的镍网电极；

10、金属导电基底预处理时分别采用丙酮、乙醇、酸溶液进行超声清洗，除去表面油污和氧化层，最后通过水和乙醇洗涤至中性，然后转移至真空烘箱干燥备用；待再生电极使用浓度为1mol/l强碱性溶液中浸泡24h后，去离子水洗涤若干次至中性，然后转移至真空烘箱干燥备用。

11、b、酸性贵金属溶液涂覆

12、采用无机酸作为溶剂配置4～20mmol/l的酸性贵金属溶液作为前驱体液，在步骤a中得到的基底材料表面形成涂层，然后置于干燥箱进行低温干燥。

13、具体的，贵金属选自铂、钌中的任一种；无机酸选自盐酸、高氯酸、硝酸、硫酸等溶液的一种或若干组合。

14、进一步优选，酸性贵金属溶液选自氯化铂、氯铂酸、氯铂酸钾、乙酰丙酮铂、氯铂酸铵、氯化钌、醋酸钌中的任意一种或多种；该酸性贵金属溶液的浓度优选为10mmol/l。

15、将步骤a中得到的基底材料在前驱体液中通过浸渍、喷涂、刷涂或其组合工序，在基底表面形成涂层，而后置于50～120℃干燥箱进行低温干燥。

16、c、烧结

17、将步骤b得到的负载有贵金属前驱体的金属导电基底，置于马弗炉中300～500℃条件下进行高温烧结10～15min(优选350℃烧结时间为15min)形成高活性涂层，然后取出冷却；

18、d、重复步骤b和步骤c 5～10次(优选5次)，控制贵金属在金属导电基底或者待再生电极表面的载量。

19、本发明第二方面，提供了一种电极材料，采用上述任一项所述的方法制备得到。

20、本发明第三方面，提供了上述所述的电极材料在电解槽析氢反应中的应用，进行电催化反应。电解析氢反应活性在浓度为6mol/l的koh溶液，工作条件为60℃下进行评估。

21、与现有技术相比，本发明的有益技术效果如下：

22、(1)本发明的电极材料制备及再生方法对金属导电基底和电解电极具有广泛普适性，适用于泡沫金属、金属编织网、金属冲孔网、金属板材、金属片材等广泛的金属导电基底类型。同时该方法适用于再生多种电极材料，使失活电极材料恢复高催化活性，节约电极材料成本。

23、(2)材料组分和结构易于调控，制备方法简单，实际可操作性强，制备过程环境友好，反应周期短，可重复性高，可大面积制备。

24、(3)本发明的制备方法获得的电极催化活性高，可实现低能耗下的高效电解性能。

技术特征：

1.一种电极材料制备及再生方法，其特征在于，步骤如下：配制酸性贵金属溶液，将其涂覆在预处理后的金属导电基底或者待再生电极表面进行微刻蚀，干燥后在马弗炉烧结形成高活性涂层，实现高活性电极材料的制备或低活性金属电极再生。

2.根据权利要求1所述的电极材料制备及再生方法，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的电极材料制备及再生方法，其特征在于，具体步骤如下：

4.根据权利要求3所述的电极材料制备及再生方法，其特征在于：

5.根据权利要求3所述的电极材料制备及再生方法，其特征在于：

6.根据权利要求3所述的电极材料制备及再生方法，其特征在于：

7.根据权利要求3所述的电极材料制备及再生方法，其特征在于：

8.根据权利要求7所述的电极材料制备及再生方法，其特征在于：

9.一种电极材料，其特征在于，采用权利要求1～8任一项所述的方法制备得到。

10.权利要求9所述的电极材料在电解槽析氢反应中的应用。

技术总结
本发明公开了一种电极材料制备和再生方法及其应用，利用酸性贵金属溶液对金属导电基底或者低活性金属电极的微刻蚀作用，在烧结过程中形成高活性涂层，实现高活性电极材料的制备和低活性金属电极再生。制备和再生方法如下：配制酸性贵金属溶液，将其涂覆在预处理后的金属导电基底或者待再生电极表面进行微刻蚀，干燥后在马弗炉烧结形成高活性涂层，实现高活性电极材料的制备或低活性金属电极再生。本发明的方法制备或再生的电极材料可应用于阴极析氢电极，可在低的过电位下实现高电流密度，能够应用于工业条件下电极的制备和再生。

技术研发人员：董礼,杨化桂,李晓霞,刘鹏飞,王照亮,毛芳欣,傅晓朋,王增国
受保护的技术使用者：中广核风电有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11