專利名稱：水電解器用高性能陰極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于自水獲得氫和氧的電解器。更具體而言，本發(fā)明公開了用于水電 解器的高性能陰極，所述陰極尤其在與不穩(wěn)定和/或間歇性電源一起使用時(shí)具有高效率和 長使用壽命。本發(fā)明還涉及制作所述陰極的工藝。
現(xiàn)有技術(shù)水電解是自水生成純氫和氧的眾所周知的工藝。原則上，水通過電流按如下總化 學(xué)反應(yīng)分解成其元素2H20 — 2H2+02這表明以固定的體積比生成氫和氧，即每兩體積氫為一體積氧。反應(yīng)在所謂的電解池內(nèi)進(jìn)行，其中通過施加電勢而在兩電極即負(fù)極(陽極)和正 極(陰極)間產(chǎn)生電場。通常呈適宜電解質(zhì)(如鹽、酸或堿)的水溶液形式的水受到電流 作用，H2O分子按上述反應(yīng)分裂，從而在陰極析出氫并在陽極析出氧。盡管該工藝看起來簡單，但在工業(yè)規(guī)模上的實(shí)現(xiàn)涉及大量技術(shù)問題，包括電力的 高效使用及工廠成本的制約。水的電解被視為以氫(H2)的形式積聚和輸送電力的關(guān)鍵技術(shù)。H2被高度評價(jià)為 二次能源載體，因?yàn)槠淙紵蛲ㄟ^燃料電池再轉(zhuǎn)化為電力基本不產(chǎn)生有害產(chǎn)物。特別地，水 的電解作為開拓可再生能源、提供可被貯存、輸送和高效再轉(zhuǎn)化為電力或用作潔凈燃料的 純氫的非常有前景的方式?；剂衔廴镜募觿〖俺杀镜纳呤怯每稍偕茉锤倪M(jìn)該水電 解技術(shù)的強(qiáng)激勵(lì)因素。適宜的可再生能源包括太陽光伏、水電、地?zé)帷L(fēng)、生物質(zhì)。但大多數(shù)可再生能源具有提供不穩(wěn)定的間歇性電力的缺點(diǎn)。例如對于強(qiáng)烈依賴于 氣候條件的、提供不連續(xù)且波動的電力的由風(fēng)輪機(jī)供能的發(fā)電機(jī)或光伏(PV)電池即是如 此。當(dāng)這類不穩(wěn)定的間歇性電力被施加于常規(guī)水電解器時(shí)，電極反應(yīng)相應(yīng)地在寬幅 地、并且有時(shí)會快速變換的極化條件下進(jìn)行。因此，電極在應(yīng)力條件下運(yùn)行，還達(dá)到異常的 電勢范圍，從而導(dǎo)致電極表面、基材和支承結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重腐蝕甚至損壞。已有人指出陽極側(cè)上 的侵蝕是力學(xué)性質(zhì)的，而陰極受到化學(xué)腐蝕。已提出了若干種電極材料，目的在于減輕或解決水電解器的電極在可變極化條件 下嚴(yán)重降解這一上述技術(shù)問題。一般而言，熟知的是用覆蓋活化材料薄層的金屬基材實(shí)現(xiàn) 電極，以降低與電極反應(yīng)相關(guān)的析氫過電壓。涂覆電極在例如DE-A-3612790中有公開。更具體而言，保護(hù)陽極的一種熟知方法是用多孔的保護(hù)性涂層覆蓋鎳基材上沉積 的催化劑顆粒的電化學(xué)鍍程序。對于較長期穩(wěn)定性有價(jià)值的另一陽極材料是鈷。覆蓋有 NiO和Co3O4的混合物或NiCo2O4的鎳陽極被認(rèn)為是有前景的材料。據(jù)已知數(shù)據(jù)，通過真空 等離子噴涂沉積的Raney鎳(雷尼鎳)和Co3O4的混合物被證明在間歇運(yùn)行下的長期試驗(yàn) 過程中是穩(wěn)定的。另一方面，陰極保護(hù)很成問題。
對于穩(wěn)態(tài)情況下的水電解所常用的Raney鎳涂層已證明在可變極化下是高效的， 但僅直到初始合金中與鎳相伴的金屬(通常是Al或Zn)痕量存在。如眾所周知，在Raney 鎳的制備中，在基材上沉積Ni-Al或Ni-Zn合金后，合金化的金屬將被堿浸析出，留下特別 多孔的鎳金屬。根據(jù)一些作者的報(bào)道，未浸析出的Al或Zn為陰極提供較好的穩(wěn)定性，直至 其被堿性電解質(zhì)帶走。這種類型的陰極顯然非常沒有意義，因?yàn)槠涫褂脡勖邢?。已有人指出，?dāng)通過添加鉬來穩(wěn)定化時(shí)，即通過在等離子噴涂技術(shù)下向預(yù)成型的 Ni-Al合金中添加純鉬粉時(shí)，Raney鎳的穩(wěn)定性可提高。但所述技術(shù)非常昂貴，此外，在電解 過程中，Mo也傾向于從合金中逐漸去除。也已對貴金屬進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)Ni/Al/Pt合金具有非常好的初始過電壓數(shù)據(jù)，但在Al 完全去除后Pt不能防止合金的分解。此外，這些電極非常昂貴，因?yàn)槠湫枰^高量的Pt。 也已通過電流技術(shù)將少量(l-2g/m2)鉬分散在M電極中，在模擬如太陽光伏電站提供的日 光動力循環(huán)下，在長期運(yùn)行中表現(xiàn)出非常好的結(jié)果。但是限制在于，當(dāng)電源被切斷時(shí)，其必 須置于保護(hù)極化電壓下，這是需要不希望有的電力消耗的措施?？傊诓环€(wěn)定的和/或間歇性的電力條件下，對水電解器中陰極的保護(hù)問題，現(xiàn) 有技術(shù)并沒有提供一種可靠且費(fèi)用有效的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明面臨的技術(shù)問題是解決現(xiàn)有技術(shù)的上述限制，即保護(hù)水電解器的陰極免于 因快速和寬幅的極化改變而損壞，以提高在不穩(wěn)定和/或間歇性電源下運(yùn)行的電解器的性 能并增長使用壽命。這通過電解池中用于析氫的新型陰極實(shí)現(xiàn)，所述陰極包括-金屬基材，以及-設(shè)置在所述基材上的涂層，所述涂層由基本純凈的氧化釕組成。術(shù)語“基本純凈的氧化釕”用來指無合金化或外加元素的氧化釕。按本發(fā)明，基材 沒有其他涂層，即在使用時(shí)所述基本純凈的氧化釕涂層與所述電解池的電解質(zhì)接觸。按優(yōu)選的實(shí)施方法，所述涂層為0. l-2mg/cm2、更優(yōu)選0. 4-lmg/cm2的薄層。電極基材可呈穿孔或膨脹的板或片形式或呈greed的形式，具體取決于所選電解 池的構(gòu)造。電極基材的材料為導(dǎo)電材料，優(yōu)選選自軟鋼、合金鋼、鎳和鎳合金。根據(jù)本發(fā)明的陰極尤其可用于在堿性介質(zhì)中進(jìn)行的水電解工藝。本發(fā)明還涉及包含所述陰極的電解池以及包含具有所述陰極的電解池的電解器。根據(jù)本發(fā)明，產(chǎn)生氫的電解器包含適宜數(shù)量的電解池，各個(gè)電解池具有帶如上限 定的氧化釕(RuO2)涂層的陰極，并優(yōu)選由可再生能源如太陽或風(fēng)供電。本發(fā)明的另一方面在于使用基本純凈的氧化釕來涂布電解池的金屬陰極，用于在 所述電解池中析出氫。特別地，本發(fā)明公開了使用基本純凈的氧化釕作為陰極的涂層材料， 用于提高電解池在不穩(wěn)定和間歇性供電下(例如當(dāng)電解池由通常提供間歇的和波動的電 力輸出的可再生能源如太陽或風(fēng)源供電時(shí))的性能。因此，本發(fā)明的一個(gè)方面是通過堿性水溶液在至少包含電解池的適宜單元中電解 而自水產(chǎn)生純氫的方法，其中，氫在陰極處收集且陰極包含金屬基材和基本純凈的氧化釕 的涂層。所述電解池優(yōu)選由可再生能源供電。術(shù)語“可再生能源”指太陽光伏、水電、地?zé)?、風(fēng)、生物質(zhì)或其他可再生源中的任何一者。優(yōu)選的應(yīng)用是使用太陽光伏或風(fēng)。本發(fā)明還涉及通過向所述金屬基材的表面涂施所述氧化釕涂層的前體的適宜溶 液制作根據(jù)以上所述陰極的工藝。所述前體可呈可溶鹽的形式以便在后來轉(zhuǎn)化為氧化物形式。前體的溶液優(yōu)選通過 將釕氯化物(優(yōu)選呈水合三氯化物RuCl3. IiH2O形式)溶解在添加了蒸餾水和鹽酸水溶液的 醇溶液(優(yōu)選基于異丙醇或2-丙醇的醇溶液)中制備。用氧化釕涂布金屬基材也稱基材的活化。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，基 材的活化工藝基本上包括四個(gè)步驟，即a)預(yù)處理所述金屬基材；b)通過將適宜的氧化釕前體溶解在溶劑中來制備活化溶液；c)在所述金屬基材上涂施所述活化溶液；d)提供最終的熱處理以使所述涂層固定在所述金屬基材上。優(yōu)選地，所述預(yù)處理包括對金屬表面進(jìn)行脫脂和清潔。根據(jù)本發(fā)明的其他優(yōu)選方 面，活化溶液通過將適宜的氧化釕前體溶解在溶劑中制備；涂施通過重復(fù)的步驟進(jìn)行，必要 時(shí)具有讓多余溶液滴落的中間步驟，并干燥所述經(jīng)部分涂布的陰極。步驟數(shù)優(yōu)選介于5到 15之間。上述工藝步驟更優(yōu)選的細(xì)節(jié)如下。在通過噴砂或化學(xué)蝕刻進(jìn)行表面處理后對金屬 基材進(jìn)行脫脂并清潔；活化溶液通過將氧化釕(優(yōu)選呈水合三氯化物RuCl3. IiH2O形式)溶 解在添加了蒸餾水和鹽酸水溶液的醇溶液(優(yōu)選基于異丙醇或2-丙醇的醇溶液)中制備。前體溶液通過本身熟知的方法涂施，例如將經(jīng)預(yù)處理的基材浸沒在溶液中、將所 述溶液刷涂或噴射到基材上，根據(jù)陰極的大小和/或形式來選擇最佳程序。然后反復(fù)涂施， 優(yōu)選在陰極的兩面上涂施，直至規(guī)定量的活化物質(zhì)已沉積在基材上；在相繼的所述重復(fù)涂 施之間，如有必要，可讓多余的溶液滴落或通過輕輕吹風(fēng)除去。各個(gè)涂施步驟后在烘箱中干燥涂施了溶液層的基材。干燥在150-350°C、優(yōu)選 250-300°C的熱空氣中進(jìn)行，干燥時(shí)間為數(shù)分鐘，通常為3-12分鐘。然后取出陰極，讓其冷 卻，隨后進(jìn)行下一次溶液涂施。為達(dá)到足夠的生產(chǎn)率，可通過適宜的支承構(gòu)架將許多陰極一 起支承于烘箱中。溶液涂施重復(fù)數(shù)根據(jù)表面的性質(zhì)或用作基材的組件的設(shè)計(jì)來選擇，直至已沉積所 需量的活化物質(zhì)為止，活化物質(zhì)的所需量以重量/成品組件單位表面來表示。電極的最終熱處理在與重復(fù)涂施活化溶液的過程中使用的同一烘箱中或在單獨(dú) 的烘箱中進(jìn)行。讓陰極在烘箱中于溫度為250-400°C、優(yōu)選300-350°C的適度熱空氣循環(huán)下 停留1-2小時(shí)的時(shí)間。在完成熱處理后，根據(jù)一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方法，構(gòu)成基材的電極組件的重量的增加 對應(yīng)于活化材料的沉積，沉積量在0. l-2mg/cm2、甚至優(yōu)選0. 4-lmg/cm2活化表面的范圍內(nèi)。本發(fā)明的陰極(析氫電極)令人驚奇地在如大多數(shù)可再生能源所提供的寬幅、快 速電力波動下提供非常好的電源效率和長期持續(xù)時(shí)間。此外已發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的陰極在堿性水 電解工藝中具有優(yōu)異的效率，甚至在穩(wěn)態(tài)情況下。另一優(yōu)勢是在當(dāng)電源被切斷時(shí)不需施加 保護(hù)極化電壓。上面公開的用于制造陰極的工藝還具有低成本的優(yōu)勢，這使其適合于工業(yè)規(guī)模應(yīng)用。本發(fā)明還提供了一種使用可再生能源通過分解水(或適宜的水溶液)獲得潔凈氫 (H2)的可靠且成本高效的方法。示出本發(fā)明的一些典型實(shí)施方式的具體實(shí)施例在下面以非限制性目的給出。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1使用具有含60個(gè)雙極電解池的電解池組的水電解單元，其中所述雙極電解池容 納工作表面為IOOcm2的電極。電極呈環(huán)形，自0.2mm厚的精細(xì)穿孔的鎳片切取。孔眼的直 徑為0. 5mm，三角形節(jié)距為1mm。各個(gè)電解池陰極和陽極由插入的0. 5mm厚聚砜布隔膜分開。 各個(gè)電極和隔膜之間置有薄尼龍網(wǎng)。雙極電解池由0.5mm厚鎳片雙極板彼此分開。電極通 過鎳制的集電器與雙極板保持良好接觸。電解池組所在的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)濃度為26%的氫氧化鉀水溶液在受控的溫度下通過電 解池組自身的穩(wěn)態(tài)循環(huán)。陽極由純鎳制成，通過溶劑刷洗進(jìn)行脫脂和清潔，隨后干燥并在鹽酸溶液中短時(shí) 間蝕刻進(jìn)行。通過如上關(guān)于陽極所述那樣清潔基材而準(zhǔn)備陰極后，陰極被倒入活化溶液中。所述溶液的制備自36. 5克Ru含量為41. 55 %的水合釕氯化物開始，在室溫和機(jī) 械攪拌下將所述水合釕氯化物溶解在1升異丙醇中并向其中加入IOml 25%的鹽酸溶液和 IOOml水。此溶液在攪拌下保持30分鐘。選擇這些條件是為了保證Ru鹽的完全溶解及所 得溶液的穩(wěn)定性。將經(jīng)預(yù)處理的陰極保持在所述溶液中達(dá)約1分鐘，插入在垂直方向上容納一組10 個(gè)陰極的支承物中，停留數(shù)分鐘時(shí)間讓多余的溶液滴落在適當(dāng)?shù)谋馄饺萜魃希缓笠胼p 微空氣循環(huán)下的270°C烘箱中保持10分鐘。此操作結(jié)束時(shí)，從烘箱中取出攜帶陰極的支承 物，讓其在室溫下露天冷卻。溶液涂施、在烘箱中將其干燥的步驟及相繼的冷卻重復(fù)六次。其后將攜帶所述一 組10個(gè)陰極的支承物在烘箱中熱處理1. 5小時(shí)的時(shí)間，烘箱中溫度控制在320°C并處于適 度的空氣循環(huán)下，隨后取出支承物并露天冷卻。同時(shí)通過相同的程序制備另外5組10個(gè)陰極。完成處理時(shí)對陰極稱重表明與基材上的沉積對應(yīng)的增重為0. Smg活化材料/ cm2(相對于額定的IOOcm2電極而言)，但分布在各個(gè)電極的兩個(gè)相對面上。通過將如上所述制得的陽極和陰極插入電解池構(gòu)架中來組裝60個(gè)電解池的電解 池組。將所述電解池組安裝在水電解單元中，提供循環(huán)電解質(zhì)的所有功能，控制工藝溫度， 分離來自電解質(zhì)的生成的氣體并保持所需的工作壓力。下表1. 1匯集了記錄和計(jì)算的工作數(shù)據(jù)。表 1. 1
6 觀察到的組電壓及相關(guān)的平均電解池電壓對應(yīng)的電源效率大大高于已知技術(shù)的 堿性電解器的效率。這一論點(diǎn)得到例如下述對比例證實(shí)。表1. 2給出了與上面所述相同的電解器的數(shù) 據(jù)，所述電解器裝配了相同種類的電解池組，但所述電解池組配備的是通過沉積市售Raney 鎳涂層而活化的陰極，所述涂層通過在M陰極基材上火焰噴射沉積Raney Al-Ni合金并在 其后通過在KOM溶液中沸騰浸出鋁而獲得。表 1. 2 實(shí)施例2水電解單元基于包含48個(gè)雙極電解池的電解池組，其中所述電解池容納工作面 積為600cm2的電極。電極呈環(huán)形，自0. 2mm厚、具有菱形開口的膨脹鎳片切取，所述開口的 特征在于橫向節(jié)距為1. 3mm、縱向節(jié)距為0. 65mm、前移量為0. 25mm。電解池具有零間隙構(gòu)造，這意味著各個(gè)電解池陽極和陰極與電解池隔膜的兩面直 接接觸，所述隔膜為0.6mm厚的Zirfon 材料。電極通過鎳制的集電器與雙極板保持接觸。在受控的溫度下因重力系統(tǒng)而保持循環(huán)的濃度為30%的氫氧化鉀水溶液穿過該 電解池組。陽極為經(jīng)脫脂、通過常規(guī)的S/6牌號的結(jié)晶二氧化硅噴砂處理、最終通過壓縮空 氣流清潔的純鎳。陰極的制備用上面針對陽極所述相同的處理進(jìn)行，然后用軟刷在兩個(gè)面上涂刷活 化溶液。制備2. 7升體積的活化溶液，從100克Ru含量為41%的市售水合釕氯化物開始， 并加入足量的異丙醇、270ml蒸餾水和27ml 25%的HCl溶液。將陰極插入在垂直方向上容納一組24個(gè)陰極的支承物中。在多余的溶液滴落后， 將其引入保持300°C的烘箱中并在其中于輕微空氣循環(huán)下干燥6分鐘。此操作結(jié)束時(shí)，從烘 箱中取出攜帶陰極的支承物，讓其在室溫下露天冷卻。溶液涂施、在烘箱中加熱的步驟及相繼的冷卻重復(fù)八次。其后將攜帶所述陰極的支承物置于連續(xù)烘箱的皮帶上，在這里于350°C的溫度和 適度空氣循環(huán)下停留2小時(shí)。在烘箱出口處讓該組陰極露天冷卻。
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完成熱處理后，單個(gè)陰極的平均增重為430mg，相當(dāng)于0.36mg/cm2總有效陰極表面 (考慮兩個(gè)相對面)或約0. 72mg/cm2 (如果相對于陰極面積而言)。通過將如上所述制得的陽極和陰極插入電解池構(gòu)架中來組裝48個(gè)電解池的電解 池組。對容納了所述電解池組的水電解單元提供所有必要的功能并監(jiān)督所有工藝參數(shù) 如工藝溫度、壓力、液位、氣體分析。通過直接連接到額定值為30kWp的太陽光伏場對電解池組供電，所述太陽光伏場 包含300個(gè)PV板，每3個(gè)板一排，共連成100排，彼此串聯(lián)連接。最大DC電流為300A，其對 應(yīng)于5000A/m2的電解池峰電流密度。當(dāng)DC電流輸入減至30A以下時(shí)，供給電解器的電力將自動斷開以避免生成不夠純 凈的氫。因此，會出現(xiàn)以下情況不僅在夜間，而且在白天由于云減少太陽輻射，所以供給電 解池的電力可能被切斷。當(dāng)輻射產(chǎn)生足夠的DC電流(> 30A)時(shí)，電解池供電將自動重新 開始。在北緯41. 5°處從四月中旬到五月中旬為期30天的運(yùn)行過程中，記錄到總共72 次DC電流中斷，在單獨(dú)的一天中記錄到最多45個(gè)強(qiáng)度峰值。在70士 1°C的電解質(zhì)溫度和15巴的恒定壓力下在選定的各DC電流下、運(yùn)行的最初 幾天內(nèi)各時(shí)間及運(yùn)行過程結(jié)束時(shí)分別記錄的平均數(shù)據(jù)在下表2. 1中給出。表 2.1 結(jié)果表明了良好的性能穩(wěn)定性。實(shí)施例3用包含10個(gè)電極面積為IOOcm2的雙極型電解池的電解池組建立實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)。將 該電解池組安裝在電解試驗(yàn)臺上，所述試驗(yàn)臺能通過電源模擬器供給高達(dá)120A的DC電流， 該電源模擬器能再現(xiàn)(以20分鐘的時(shí)間間隔壓縮)風(fēng)輪機(jī)在24小時(shí)的時(shí)間長度內(nèi)記錄的 電力輸出。事實(shí)上，風(fēng)輪機(jī)的電力輸出可能比太陽光伏場的輸出隨時(shí)間有更大變化，從而在 電解池中導(dǎo)致高度變化的負(fù)荷和相應(yīng)的應(yīng)力。瞬時(shí)負(fù)荷包括整個(gè)DC電流場中的偏移，所述 偏移包括當(dāng)DC電流降到5A以下時(shí)的自動中斷，以避免產(chǎn)生不純的氫。在所考慮的時(shí)間段 內(nèi)，負(fù)荷中斷4次。電極基材如上面實(shí)施例2中一樣并經(jīng)噴砂處理，但前體涂施技術(shù)不同。陽極通過沉積鈷氧化物(Co3O4)活化，而陰極活化通過涂施利用前述實(shí)施例的程 序借助于0. 15M的水合三氯化釕(cat. Fluka 84050)/2-丙醇(cat. Fluka 59300)制得的 活化溶液進(jìn)行。所述涂施是通過將溶液以空氣噴涂到每一個(gè)陰極的兩面上進(jìn)行的。
在用于從陰極除去多余溶液的輕輕吹風(fēng)之后，這些陰極被安置在支承物中并在保 持330°C的馬弗爐中放置5-6分鐘。溶液的涂施和馬弗爐中的加熱被重復(fù)8次，最終使具有陰極的支承物在330°C保 持1小時(shí)。單個(gè)陰極因活化引起的平均增重為105mg。在安裝在電解池內(nèi)并組裝電解池組后，向系統(tǒng)中充入30%濃度的KOH溶液作為電 解質(zhì)并保持適當(dāng)?shù)难h(huán)。將由風(fēng)輪機(jī)模擬器生成的DC電流應(yīng)用于所述電解池組，將日負(fù)荷圖連續(xù)重復(fù)持 續(xù)的50天(按如上所述壓縮)。這意味著在24小時(shí)內(nèi)該循環(huán)重復(fù)72次，總共重復(fù)3600 次，從而模擬所述單元約10年的運(yùn)行?？偟腄C負(fù)荷中斷次數(shù)超過14000。在DC電流中斷期間不向電解池施加保護(hù)極化電壓。在整個(gè)過程中處理壓力恒定保持于10巴。讓溫度隨電流密度的變化而波動，僅在 溫度達(dá)到85°C時(shí)才通過冷卻對其加以限制。通過比較試驗(yàn)開始和結(jié)束時(shí)電解池組的電特性進(jìn)行陰極效率的評價(jià)。測定在溫度 為80 士 2°C、壓力為10巴、30% KOH電解質(zhì)的穩(wěn)態(tài)條件下進(jìn)行。結(jié)果如下 如上所示，電解池的效率在整個(gè)試驗(yàn)過程中有下降，但對于任何工業(yè)應(yīng)用而言，此 下降限制在可接受的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種用于電解池中的水電解的陰極，所述陰極包含 金屬基材，以及 設(shè)置在所述金屬基材上并由基本純凈的氧化釕組成的涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陰極，其中，所述涂層為0.l-2mg/cm2、優(yōu)選0. 4-lmg/cm2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的陰極，其中所述金屬基材由選自軟鋼、合金鋼、鎳和鎳合 金的材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中的任一項(xiàng)所述的陰極，所述陰極呈選自如下的形式板、穿孔片 或膨脹片、greed。
5.一種用于水電解的電解池，至少包含陽極和陰極，所述陰極為根據(jù)權(quán)利要求1-4中 的任一項(xiàng)所述的陰極。
6.一種用于自水的電解產(chǎn)生純氫的電解單元，所述單元至少包含根據(jù)權(quán)利要求5所述 的電解池。
7.基本純凈的氧化釕用于涂布水電解用電解池的金屬陰極的用途，以提高所述電解池 在不穩(wěn)定和間歇性供電下的性能。
8.如權(quán)利要求7中所述的基本純凈的氧化釕的用途，所述不穩(wěn)定的間歇性供電由可再 生能源供給。
9.一種自水制備氫(H2)的方法，所述方法包括在至少一個(gè)電解池中實(shí)現(xiàn)堿性水溶液的 電解的步驟，其中，氫在陰極處收集，所述電解池包含根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任一項(xiàng)所述的 一個(gè)或多個(gè)陰極。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制氫方法，所述電解池由可再生能源供電。
11.一種用于制作根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任一項(xiàng)所述的陰極的工藝，所述工藝至少包 括如下步驟a)預(yù)處理所述金屬基材；b)通過將適宜的氧化釕前體溶解在溶劑中來制備活化溶液；c)在所述金屬基材上涂施所述活化溶液；d)提供最終的熱處理以使所述涂層固定在所述金屬基材上。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的工藝，其中所述步驟b)通過將釕氯化物溶解在醇溶液中進(jìn)行。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的工藝，其中所述釕氯化物為水合三氯化釕RuCl3.IiH2O，所述 溶液基于的是添加了蒸餾水和鹽酸水溶液的異丙醇或2-丙醇。
14.根據(jù)權(quán)利要求11-13中的任一項(xiàng)所述的工藝，其中所述步驟c)是通過活化溶液在 所述金屬基材上的一系列涂施進(jìn)行的，在每次涂施后進(jìn)行讓多余溶液自所述金屬基材滴落 的中間步驟，且在下一次涂施前干燥所述陰極。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的工藝，其中，所述干燥在熱風(fēng)烘箱中利用溫度為150-350°C 的空氣進(jìn)行，基材的停留時(shí)間為3-12分鐘。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的工藝，其中，所述活化溶液的涂施重復(fù)5-15次。
17.根據(jù)權(quán)利要求11-16中的任一項(xiàng)所述的工藝，其中所述最終熱處理步驟d)在熱風(fēng) 烘箱中在250-400°C溫度下進(jìn)行且處理時(shí)間為1-2小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電解池中的析氫陰極，所述陰極包含金屬基材和由基本純凈的氧化釕組成的涂層。本發(fā)明的陰極在不穩(wěn)定和間歇供電，如來自太陽能電池的供電下具有提高的性能和增長的使用壽命。本發(fā)明還公開了涂布所述金屬基材的工藝。
文檔編號C25B11/04GK101925694SQ200980103129
公開日2010年12月22日 申請日期2009年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月31日
發(fā)明者格蘭卡羅·索里, 羅伯特·馬托尼 申請人:卡薩爾化學(xué)股份有限公司