[发明专利]一种阳极处理方法及水解氢单元

说明书

本发明涉及电解水制氢领域，涉及一种阳极处理方法及水解氢单元，将由钛构成的或含钛的阳极基材通过以下方法进行表面处理，具体方法如下：S1.对阳极基材进行等离子表面处理；S2.对经过等离子表面处理的阳极基材进行水或稀酸处理。本发明的优点是：(1)本发明通过对阳极基材的表面进行等离子轰击处理，使其活化从而具有亲水性，如此水可以更加顺畅地通过阳极基材到达反应场所，从而在不需要引入化学试剂的情况下，提高水解氢装置的电解性能。(2)本发明通过水或稀酸将被等离子处理过的阳极基材进行二次处理，延长水解氢装置高性能运行状态的时间，进一步避免了传质损失导致的反应物浪费和水解氢装置失效导致的经济损失。

技术领域

本发明涉及电解水制氢领域，更具体地，涉及一种阳极处理方法及水解氢单元。

背景技术

质子交换膜(PEM)电解水制氢技术是一种新兴的电解水制氢技术。相比于目前其他的制氢技术，PEM电解槽作为制氢装置具有更高的效率和更高的电流密度，同时使用PEM作为隔膜，减少了阴阳极气体的互串，提高了气体的纯度和生产的安全性。此外电解槽可承受一定的压力，可制备带压的氢气，有利于氢气的储存，优点显而易见，因此PEM电解水制氢技术被认为是极具发展前景的。

PEM电解槽主要由CCM、多孔传输层(PTL)、双极板和端板等组成。在电解槽运行时，水通过阳极侧的端板进入PEM电解槽内，并沿着流道被输送到整个活性区域。然后水穿过阳极PTL，到达阳极催化剂层，被氧化形成质子和氧气。质子通过PEM从阳极侧迁移到阴极侧，在阴极催化层处被还原生成氢气。氧气则必须从阳极催化层，通过阳极PTL，返回到流道里，此时氧气与从流场到催化层的水呈逆流，若氧气不能被有效的排出，氧气气泡会在PTL的孔体中积累，阻碍反应物水到达催化剂位点，导致传质过电位大大增加，并最终使得电池失效。因此，高效的气体和液体通过PTL的传输对于PEM电解槽的稳定运行至关重要。

在PEM电解槽运行时，阳极处于高电势、强酸和析氧的电解环境下，因此一般稳定性较好的钛材料会被用作阳极的PTL，例如钛毡、钛烧结板等。Benzhong Zhao等(Superhydrophilic porous transport layer enhances efficiency ofpolymerelectrolyte membrane electrolyzers，Cell Reports Physical Science 2021(2)100580)公开了一种提高PTL亲水性可以改善PEM电解槽传质的方法，将钛烧结板(PTL)置于氨水和过氧化氢溶液中处理，然后通过超纯水清洗干净，制备出表面超亲水钛烧结板(PTL)，与未处理的PTL相比，超亲水PTL组装的电解槽在较高的电流密度下电压更低。但是此方法是使用化学方法进行处理，后处理步骤比较麻烦，且使用氨水气味较大，不利于工作人员的操作处理，也不够环保，因此不适合大批量应用。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种阳极处理方法及水解氢单元，以环保的方式提高阳极基材的传质效率，从而提高水解氢装置的电解性能。

本发明的一个目的是提供一种阳极处理方法，将由钛构成的或含钛的阳极基材通过以下方法进行表面处理，具体方法如下：

S1.对阳极基材进行等离子表面处理；

S2.对经过等离子表面处理的阳极基材进行水或稀酸处理。

钛构成的或者含钛的阳极基材虽然稳定性较高，能够适应阳极高电势、强酸和析氧的电解环境，但其内部孔道结构通常是分布随机，导致反应物水和反应产物氧气泡在其内部传输阻力较大，尤其是在大电流之下，传质损失会更加明显。

本方案在步骤S1中通过对阳极基材的表面进行等离子轰击处理，使其活化从而具有亲水性，如此水可以更加顺畅地通过阳极基材到达反应场所，提高传质效率，从而在不需要引入化学试剂的情况下，提高水解氢装置的电解性能。此方法灵活环保，且操作过程简单，适用于工业化批量生产使用。