本申請涉及電解制氧，尤其涉及電解水制氧，具體地，本申請涉及一種電解槽、陽極催化材料及其制備方法和應用。

背景技術：

1、在堿性電解水制氧技術中，電解槽內一般采用高濃度堿性溶液作為電解液，并在75-90℃溫度條件下運行。在此環(huán)境中，陽極側析氧反應的動力學反應遲緩，是制約堿性電解水制氧的瓶頸，并且，電解槽陽極側小室需要承受高電壓（1.6~3?v）作業(yè)，同時還需持續(xù)耐受氧氣的不斷析出。因此要求陽極側電極材料需要具備較好的電化學活性、以及耐堿與耐氧腐蝕性能。

2、在實現本申請構思的過程中，發(fā)明人發(fā)現相關技術中至少存在如下問題：相關技術中采用耐堿腐蝕性較好的金屬鎳作為陽極材料，但純鎳材料析氧性能有限，導致電解槽陽極過電位偏高，影響了整體電解效率。

技術實現思路

1、有鑒于此，為了至少部分地解決上述提及的技術問題中的至少之一，本申請?zhí)峁┝艘环N陽極催化材料及其制備方法和應用。

2、為了實現上述目的，本申請的技術方案如下：

3、根據本申請一個方面的實施例，提供了一種陽極催化材料，包括：基底，為包含鎳元素和鐵元素的合金；以及富鎳氧化層，包覆于基底的表面，其中富鎳氧化層包含鎳氧化物和/或鎳氫氧化物，且富鎳氧化層的金屬組分中鎳元素的質量含量大于70%。

4、根據本申請另一個方面的實施例，提供了一種上述陽極催化材料的制備方法，包括：在基底的表面沉積含鎳金屬層，得到中間體，其中基底為包含鎳元素和鐵元素的合金；以中間體為陽極，在堿性電解液中進行陽極氧化，形成富鎳氧化層，從而得到陽極催化材料。

5、根據本申請再一個方面的實施例，提供了一種陽極催化材料的制備方法，包括：提供一種基底，所述基底的鎳元素和鐵元素的質量比為0.4~10，鎳元素的質量含量為21%~80%；以所述基底為陽極，在堿性電解液中進行陽極氧化，得到所述陽極催化材料。

6、根據本申請再一個方面的實施例，提供了一種上述陽極催化材料作為陽極在電解制氧領域中的應用。

7、根據本申請又一個方面的實施例，提供了一種不銹鋼或鎳基合金在制備陽極催化材料中的應用，不銹鋼或鎳基合金中鎳元素和鐵元素的質量比為0.4~10，鎳元素的質量含量為21%~80%。

8、根據本申請又一個方面的實施例，提供了一種電解槽，所述電解槽包括上述任一項所述的陽極催化材料。

9、根據本申請實施例提供的陽極催化材料及其制備方法和應用，首先，采用包含鎳元素和鐵元素的合金作為陽極催化材料的基底，可以通過陽極氧化的方法在基底表面包覆富鎳氧化層，實現了陽極過電位的降低，進而降低電解水的能耗。其次，通過調控合金中鎳鐵含量的比例，可以提高富鎳氧化層的長期穩(wěn)定性，在保持低過電位的同時，顯著抑制了基底中其他元素（如鐵元素等）的溶出，增強催化材料的穩(wěn)定性，并提高了制得的氧氣純度。尤其對于高鎳鐵比合金，可以直接對其進行陽極氧化，得到所述陽極催化材料，并適用于通過原位陽極氧化制備法制備陽極催化材料；而對于低鎳鐵比合金，可以在其表面沉積含鎳金屬層，在增加基底層表面鎳含量后，再通過陽極氧化，同樣也可以在基底表面構建長期結構穩(wěn)定的富鎳氧化層。此外，當合金材料中包含適量的鉬元素時，微量的鉬元素會動態(tài)沉積于陰極側，改善陰極的表面結構和電催化活性，從而提升陰極的催化性能，降低整體的電解能耗。本申請的電解槽相較于現有技術與前述的陽極催化材料具備相同或相似的優(yōu)勢，在此不再贅述。

技術特征：

1.一種陽極催化材料，包括：

2.根據權利要求1所述的陽極催化材料，其中：

3.根據權利要求1或2所述的陽極催化材料，其中，所述基底的鎳元素和鐵元素的質量比為0.15~10，鎳元素的質量含量不小于10%，優(yōu)選為10%~80%。

4.根據權利要求1或2所述的陽極催化材料，其中，所述基底的鎳元素和鐵元素的質量比為0.15以上且小于0.4，鎳元素的質量含量為10%~21%。

5.根據權利要求1或4所述的陽極催化材料，其中，所述基底和所述富鎳氧化層之間具有單質鎳或鎳基合金。

6.根據權利要求1或2所述的陽極催化材料，其中，所述基底的鎳元素和鐵元素的質量比為0.4~10；鎳元素的質量含量為21%~80%。

7.根據權利要求1或2所述的陽極催化材料，其中，所述基底中除鎳元素和鐵元素之外的其他元素的總質量含量小于等于30%；

8.一種陽極催化材料的制備方法，包括：

9.根據權利要求8所述的制備方法，其中：

10.根據權利要求8或9所述的制備方法，其中，所述基底的鎳元素和鐵元素的質量比為0.15~10，鎳元素的質量含量為10%~80%；優(yōu)選地，所述基底的鎳元素和鐵元素的質量比為0.15以上且小于0.4，鎳元素的質量含量為10%~21%；

11.一種陽極催化材料的制備方法，包括：

12.一種如權利要求1至7中任一項所述的陽極催化材料作為陽極在電解制氧領域中的應用。

13.一種不銹鋼或鎳基合金在制備陽極催化材料中的應用，其中，所述不銹鋼或鎳基合金中鎳元素和鐵元素的質量比為0.4~10，鎳元素的質量含量為21%~80%。

14.根據權利要求13所述的應用，其中，所述陽極催化材料應用在堿性水電解制氧的反應中。

15.根據權利要求13所述的應用，其中，所述不銹鋼或鎳基合金通過原位陽極氧化制備法制備所述陽極催化材料，優(yōu)選為，所述不銹鋼或鎳基合金在以堿性電解液電解制氧的設備中進行陽極氧化。

16.一種電解槽，其特征在于：所述電解槽包括權利要求1至7中任一項所述的陽極催化材料。

技術總結
本申請?zhí)峁┝艘环N電解槽、陽極催化材料及其制備方法和應用，本申請中陽極催化材料包括：基底，為包含鎳元素和鐵元素的合金；以及富鎳氧化層，包覆于所述基底的表面，其中所述富鎳氧化層包含鎳氧化物和/或鎳氫氧化物，且所述富鎳氧化層的金屬組分中鎳元素的質量含量大于70%。

技術研發(fā)人員：孫朱行,馬軍
受保護的技術使用者：西安隆基氫能科技有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/10