[发明专利]一种适用于高温电化学氢泵的阳极制备方法

说明书

本发明公开了一种适用于高温电化学氢泵的阳极制备方法，采用有序化水热法制备阳极材料，从而改善三相界面的接触条件，增大活性面积并减小接触电阻，降低电化学氢泵运行时的能耗损失。本发明水热法制备金属基纳米阵列阳极的膜电极的界面阻抗更小，通过对氢气提纯度的分析，得出利用水热法原位生长制备金属基纳米阵列阳极的膜电极相比于传统涂覆法来说，在氢气的分离提纯方面的性能更好。

技术领域

本发明涉及一种适用于高温电化学氢泵的阳极制备方法，属于电化学氢能技术领域。

背景技术

随着经济的快速发展，能源需求和环境保护是人类面临的主要挑战，因此发展环境友好型的新型能源成为当今社会亟待解决的问题。氢能具有以下特点：质量轻，导热性好，燃烧热值高，无毒无污染；燃烧生成的水还可继续制氢，能反复循环使用；利用率高，运输及贮存方便，且氢能可取代化石燃料能最大限度地减弱温室效应。氢气的应用领域非常广，其中用量最大的是作为一种重要的石油化工原料，用于生产合成氨、甲醇以及石油炼制过程的加氢反应。此外还广泛应用于电子工业、冶金工业、浮法玻璃、精细化工和有机合成、食品加工等民用行业，以及科研领域、航空航天工业、核工业等国防工业领域。氢气还可以作为燃料电池(Fuel Cell)的燃料，是未来发电及驱动汽车的重要动力来源。因此近年来备受关注。

自Sedlak等人发现用PEM CELL电解分离氢气的可行性，并成功的从氢气氮气混合气中分离出氢气，证明了氢气分离可以在很低的电压下进行，且具有很高的分离效率。电化学氢泵的核心部件就是质子交换膜，而根据质子交换膜的工作温度，可简单分为低温质子交换膜(小于100℃)，中温质子交换膜(100-400℃)和高温质子交换膜(大于400℃)。低温质子膜对贵金属催化剂依赖性高，如在更高的温度下(≥100℃)，非贵金属催化剂的电极反应动力学速度会进一步提高，但是过高的温度(800℃以上)对电解质、催化剂和装置构建材料的要求苛刻，配套材料如电子传导的内部连线、气体绝缘密封等材料等的选择余地有限。因此，统筹考虑高温和低温下电化学氢泵的优缺点，发展高温(大于400℃)电化学氢泵是具有重要意义的。

膜电极是电化学氢泵的核心部分，主要是由催化剂层、反应气体和电解质膜构成的三相界面，其性能的好坏直接影响电化学氢泵的整体性能。质子交换膜不仅用于传导质子和阻隔气体，还是电极材料的支撑体，为保证电化学氢泵正常运行，质子交换膜应具备优异的化学稳定性、热稳定性和良好的质子传导性，同时，膜表面与电极表面应接触良好，能有效阻止气体跨膜扩散，电化学提纯效率高。经过对膜电极结构及制备工艺的研究，通常采用某种技术使膜电极的结构立体化来扩大三相界面，以增大电化学反应的面积，同时减少接触电阻。

目前适用于高温条件的质子膜以无机质子陶瓷膜为主，电极材料通常使用氧化镍，但其通常在氢气中还原为镍从而对氢有催化作用。传统采用涂覆法制备的膜电极，该方法制备的催化层已被广泛使用。而有序化膜电极是指通过纳米生长的方式使电极材料和催化层有序的原位生长在电解质膜上而形成膜电极，从而改善三相界面的接触条件，增大活性面积并减小接触电阻，降低电化学氢泵运行时的能耗损失具有重大意义。

发明内容

本发明旨在提供一种适用于高温电化学氢泵的阳极制备方法，采用有序化水热法制备阳极材料，从而改善三相界面的接触条件，增大活性面积并减小接触电阻，降低电化学氢泵运行时的能耗损失。

本发明适用于高温电化学氢泵的阳极制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将前驱体粉末置于马弗炉中于1000-1400℃下烧结4-6小时，得到电解质粉末；