[发明专利]一种高效氧析出薄膜电极及其制备方法和应用

说明书

本发明属于电极材料领域，公开了一种高效氧析出薄膜电极及其制备方法和应用。所述制备方法为：在单晶氧化钇稳定的氧化锆衬底上通过离子溅射制备金集流体，然后在所得金集流体表面通过脉冲激光沉积的方法制备PrBa_0.5Sr_0.5Co_1.5Fe_0.5O_5+α催化活性材料层，将所得催化活性材料层进行等离子体表面处理，得到所述高效氧析出薄膜电极。本发明通过氩气或氢气等离子体处理能高效的降低催化剂的氧析出的过电势，提高氧析出催化剂的利用率且能较大程度降低电解水的能耗。

技术领域

本发明属于电极材料领域，具体涉及一种高效氧析出薄膜电极及其制备方法和应用。

背景技术

目前，新能源转换设备原料的选取中，氢气原料因其在能量转换过程中完全没有污染产生具有非常大的潜能。另外，氢能设备的比能量高、安全性能好，作为新能源转换设备具有广阔的发展前景。目前，制备氢气原料的最理想的方法是电解水，电解水生成的氢气可应用于转换设备经过氧化再生成水，是一个绿色的能源转换。随着科技的进步及市场的不断发展，提升电解水的效率日益显得重要而迫切。在电解水中，分为氧析出与氢析出两个过程。其中，电解水的理论分解电压为1.23V(相对于可逆氢电极)，但是由于氧析出过程是控速步，是电解水中过电势的主要贡献步骤，实际中电解水的电压远高于1.23V。因此电解水中往往需要用到催化剂，其中降低电解水中的氧析出过程的过电势是目前研究的重点与热点，除了现有材料和电解水工艺的改进之外，对现有氧析出催化剂的改性是比较热门的研究方向之一，改性可以通过一些较简单的处理方式提高催化剂的催化活性，从而实现降低电解水的能量消耗。

目前发现的有效的析氧催化剂有如下几大类：(1)贵重金属氧化物，如IrO₂和RuO₂等；(2)具有催化活性的钙钛矿材料：LaCoO₄，CaMnO₃,La_0.7Sr_0.3CoO_3+α，PrCoO₄和PrMnO₃等；(3)具有金属掺杂的双钙钛矿材料：Ba_0.5Sr_0.5Co_0.8Fe_0.2O_3-α,La_0.8Sr_0.2MnO_3-α,Ca_1.5Sr_0.5Co_1.5Fe_0.5O_5+α和PrBa_0.5Sr_0.5Co_1.5Fe_0.5O_5+α等；(4)过渡金属氧化物，如Co₃O₄和NiO₂等。由于贵金属价格昂贵，特别是IrO₂和RuO₂，在实际的大范围使用有非常大的局限性。其中，钙钛矿材料制备相对简单，价格低，催化寿命长，低毒，晶型结构稳定和原料丰富等优点，是电解水首选的氧析出材料之一。