[发明专利]基于碳膜的氢的氧化和产生

权利要求书

1.一种用于电化学电池的电极，其包括含碳体，其中该含碳材料的碳的至少一部分由多于99％的sp²杂化碳组成，并且其中碳材料已经经酸处理并且已经历多次低电压阴极循环以形成用于析氢反应(HER)和氢氧化反应(HOR)的电极。

2.根据权利要求1所述的电极，其中所述含碳材料包括单壁碳纳米管(SWNT)、双壁碳纳米管(DWNT)、多壁碳纳米管(MWNT)、石墨烯、热解石墨、微晶石墨或其任何组合。

3.根据权利要求1所述的电极，其还包括多孔膜，其中所述多孔膜支撑所述含碳体，其中所述含碳体是含碳膜。

4.根据权利要求3所述的电极，其中所述多孔膜包括聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚酰胺或多孔碳纸。

5.根据权利要求3所述的电极，其中所述含碳膜的厚度为20nm至100μm。

6.根据权利要求3所述的电极，其中所述含碳膜是SWNT膜，该SWNT膜已经经酸溶液处理足够时间，以对于厚度为1.5μm并且单位面积质量为0.106mg/cm²的膜在与1M H₂SO₄溶液相接触时在析氢反应(HER)中实现-0.4V下大小为至少-15mA/cm²的电流密度，并且没有过电位。

7.根据权利要求1所述的电极，其还包括与所述含碳体的金属触点。

8.根据权利要求1所述的电极，其中开始过电位在电解质溶液pH＝1时小于10mV，并且在所述电解质溶液pH＝7时小于70mV。

9.一种电化学装置，其包括至少一个根据权利要求1所述的电极，析氢反应(HER)或氢氧化反应(HOR)能够在其中进行，其中所述装置起电解器或氢燃料电池的作用。

10.一种电能发生系统，其包括：

至少一个一次能量发生器，其包括不含燃料的天然可再生能量发生器；和

至少一个二次能量发生器，其包括一个或更多个根据权利要求9所述的电化学装置，其中所述二次能量发生器耦合到所述一次能量发生器，其中所述二次能量发生器起电解器的作用以在所述一次能量发生器供应能源时根据需要产生氢，并且其中所述二次能量发生器起氢燃料电池的作用以根据需要产生电力。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述一次能量发生器包括太阳能电池、风力涡轮机或水力涡轮机。