[發明專利]一種基于鉛網的水分解制氫裝置及其制備方法和使用方法

有效

• 申請號: 202011188670.2
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112251765B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發明（設計）人: 康帥;陸文強;薛鳳娟;付勰;王亮;馮雙龍
• 申請（專利權）人: 中國科學院重慶綠色智能技術研究院
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B11/031;C25B11/052;C25B11/061;C25B11/079;C25B11/081
• 代理公司: 北京申翔知識產權代理有限公司 11214
• 代理人: 周春發

本發明公開了一種基于鉛網的水分解制氫裝置及其制備方法和使用方法，水分解制氫裝置包括陽極、陰極和隔膜，其使用鉛網或者氧化鉛薄片覆蓋的鉛網作為陽極，使用熱壓鉑碳PEM或者鍍鉑鉛網或鈦網或合金網作為陰極，使用PEM作為隔膜。本發明提出了用非貴金屬制備高效PEM水解裝置陽極的方法，系統構造簡單、價格便宜；并且基于鉛網的陽極能夠在酸性和高溫下（60℃以上）電化學水解反應穩定。

技術領域

本發明屬于電源技術領域，具體涉及一種基于鉛網的水分解制氫裝置及其制備方法和使用方法。

背景技術

氫氣是能量密度最高的物質，可達33.3?kWh/kg，被當作一種二次能源載體，例如可作為火箭燃料。氫元素廣泛存在于碳氫化物和水中，是地球上儲量最大的元素之一。化石能源重整時會產生大量氫氣作為副產物，與此相比，電解水制氫量可忽略。但清潔能源如風能、太陽能可通過電化學反應水解制備高純度氫氣，因此成為非常熱門的制氫技術。目前堿性水解裝置制氫占主導，然而酸性質子交換膜（PEM）水解裝置具有反應快、節能、高集成等優點，因此也得到重視。

目前適用于PEM水解裝置的電極主要是貴金屬電極，如鉑、氧化鉑或鉑合金作為陰極，釕、銣或其氧化物、合金作為陽極。貴金屬儲量貧乏、價格貴造成PEM水解裝置極高的成本。而非貴金屬材料或其化合物，尤其是過渡金屬材料或其化合物，在酸性中極不穩定，在高溫水解過程中制氫效率迅速衰減。

發明內容

基于現有技術中存在的問題，本發明提供一種基于鉛網的水分解制氫裝置及其制備方法和使用方法，本發明既可以通過加工鉛金屬網格，也可以在鉛金屬網格上生長低維氧化鉛片，作為PEM水解裝置陽極。并且在本發明中，沒有使用貴金屬，就可以實現在高溫60℃下穩定水解制氫工藝，提高制氫效率且降低成本。

依據本發明技術方案的第一方面，提出一種基于鉛網的水分解制氫裝置，其包括陽極、陰極和隔膜，其使用鉛網或者氧化鉛薄片覆蓋的鉛網作為陽極，使用熱壓鉑碳PEM或者鍍鉑鉛網或鈦網或合金網作為陰極，使用PEM作為隔膜。

其中，陽極、隔膜和陰極依序疊置構成水分解制氫裝置主體。在陽極的延伸段和陰極的延伸段分別設置有直流電源接口。

優選地，質子交換膜（PEM）為全氟磺酸型質子交換膜、Nafion重鑄膜、非氟聚合物質子交換膜或新型復合質子交換膜。陽極使用網格材質，陽極為鉛金屬、合金或鍍鉑、鈦、氧化鋅、氧化鈦的復合金屬網。

依據本發明技術方案的第二方面，提出基于鉛網的水分解制氫裝置的制備方法，所述方法包括以下步驟。

步驟1，制備陽極鉛網；采購鉛箔，并用開孔機或者激光雕刻機在鉛箔上開孔，制備成鉛網用做陽極。

步驟2，制備陰極，用濺射鍍膜機在鉛箔上鍍一層納米鉑金直接用作陰極。

步驟3，將質子交換膜隔置在陽極和陰極中間，并用外殼保護層和固定夾夾緊上述陽極-隔膜-陰極，制備成了基于鉛網的水分解制氫裝置。

進一步地，所述步驟1使用濺射鍍膜機在鉛箔上鍍一層納米鉑金直接用作陽極。

更進一步地，所述步驟1把鉛網放在裝有濃氨水的聚四氟乙烯杯里，在180℃高溫高壓反應6小時到72小時，在鉛網上生長一層氧化鉛片用作陽極。

進一步地，所述步驟2直接制作質子交換膜（PEM）燃料電池陽極用的鉑碳PEM膜作為陰極和制氫裝置的隔膜。

依據本發明技術方案的第三方面，提出一種基于鉛網的水分解制氫裝置的使用方法，其包括以下步驟。

步驟1，將直流電源接口與直流電源相連接，且陽極與電源正極相連，陰極與電源負極相連。

步驟2，將基于鉛網的水分解制氫裝置置于酸性水溶液中，將直流電源接口設置在液面上，且避免線路與水溶液相接觸。