[發明專利]一種堿性鎳基電池的再生電極在電催化析氫反應中的應用

有效

• 申請號: 201911284387.7
• 申請日: 2019-12-13
• 公開（公告）號: CN112981430B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 夏寶玉;陳圣華;陳錦曦;郭興蓬
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B11/075;H01M10/54
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 彭翠;李智

本發明屬于電催化劑領域，更具體地，涉及一種堿性鎳基電池的再生電極在電催化析氫反應中的應用。所述堿性鎳基電池的再生電極為該鎳基電池經若干次充、放電后且最后一次為充電狀態時獲得的正極產物，該正極產物中包含γ?NiOOH；所述堿性鎳基電池的再生電極在電解水中用作電催化析氫反應的陰極。再生鎳電極表面的活性物質可用做電催化析氫反應的陰極催化劑，具有較高的電催化活性和低的過電位。該發明的實施能為設計和制備具有大表面積鎳電極提供相應的理論和技術支持，同時有望解決廢舊電池的問題，并對推動電催化析氫商業化具有重要的意義。

技術領域

本發明屬于電催化劑領域，更具體地，涉及一種堿性鎳基電池的再生電極在電催化析氫反應中的應用。

背景技術

環境問題的日益凸顯和化石燃料的不斷消耗，不斷促使人們尋找新的能源載體。氫能是一種可再生的理想能源載體，開發大規模、廉價、清潔、高效的制氫技術是新能源領域產業發展的當務之急。電解水制氫技術是提取清潔氫氣的一種重要手段，氫析出反應(HER)，作為電解水的一個重要過程，受到許多研究者的關注。堿性條件下電催化分解水產氫(HER)作為一種簡便高效的制氫方法被廣泛應用于工業生產及相關特種行業。堿性HER反應主要包括兩個連續過程：(1)解離水分子(Volmer步驟)補充所需H⁺；(2)還原材料表面吸附的H⁺產生氫氣。其中，水解離Volmer過程是堿性條件下HER催化反應過程的速率限制步驟。在各種催化劑中，鉑被證明是酸性介質中最有效的催化劑。但是，由于在堿性介質中動力學緩慢，水的分解過程緩慢。因此，提高水的吸附/解離能力是增強堿性HER動力學的首要任務。

研究發現，一些過渡金屬氧化物/氫氧化物能夠有效促進H-OH鍵斷開。Markovic等人首次將Ni(OH)₂作為鉑和其他幾種金屬催化劑的有效促進劑來提高其堿性HER活性。然而，一方面該文獻中需要將氫氧化鎳和貴金屬鉑復合；另一方面，氫氧化鎳為由鎳基原料制備而得，不能滿足工業電解水制氫催化劑的大規模需求。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種堿性鎳基電池的再生電極在電催化析氫反應中的應用，其通過將鎳基電池經若干次充、放電后且最后一次為充電狀態時獲得的包含γ-NiOOH的正極產物用作電催化析氫反應的陰極，將其表面的活性物質作為電析氫催化劑，由此解決現有的析氫催化劑不能滿足大規模工業應用需求的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種堿性鎳基電池的再生電極在電催化析氫反應中的應用，所述堿性鎳基電池的再生電極為該鎳基電池經若干次充、放電后且最后一次為充電狀態時獲得的正極產物，該正極產物中包含γ-NiOOH；所述堿性鎳基電池的再生電極在電解水中用作電催化析氫反應的陰極。

優選地，所述堿性鎳基電池的正極材料以β-Ni(OH)₂為主要成分。

優選地，所述γ-NiOOH為層狀納米顆粒，其厚度為10-20nm。

優選地，所述鎳基電池充放電電流為1-100mA cm^-2，充放電電壓為0.2-3V，充放電循環圈數為1-1000。

優選地，所述鎳基電池充放電電流為80-100mA cm^-2，充放電電壓為1-2V，充放電循環圈數為1-100。

優選地，所述堿性鎳基電池的再生電極在電解水中用作電催化析氫反應的陰極，該再生電極表面的活性物質用作電催化劑，具體為：

將所述堿性鎳基電池的再生電極在電解水中用作電催化析氫反應的陰極，經過電催化析氫初始階段的電化學析氫活化，所述正極產物中包含的γ-NiOOH轉化為活性物質α-Ni(OH)₂·0.75H₂O，該活性物質α-Ni(OH)₂·0.75H₂O用作所述電催化析氫反應的電催化劑，促進析氫反應。