[發明專利]一種仿生浸潤性梯度錐簇電極

有效

• 申請號: 202110487526.7
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113215604B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 張金科;于存明
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: C25B11/02
• 分類號: C25B11/02;C25B11/04;C25B1/04;C25F3/14
• 代理公司: 北京巨弘知識產權代理事務所(普通合伙) 11673
• 代理人: 王輝

本發明提供一種仿生浸潤性梯度錐簇電極，包括若干個排列成簇狀的仿生浸潤性梯度錐形電極和位于各個仿生浸潤性梯度錐形電極之間的氣泡輸送區；仿生浸潤性梯度錐形電極的金屬錐包括疏水區、與超疏水區和過渡區；疏水區用于電解產生氣泡，超疏水區和過渡區表面覆蓋疏水粒子，過渡區用于使氣泡脫離疏水區并將氣泡輸送至超疏水區。本發明是為了解決析氫反應體系中氣泡粘附的問題，利用仿生浸潤性梯度錐簇電極，可使得在析氫反應中氫氣泡在圓錐陣列的尖端區產生，長大并彼此聚結，并向圓錐形陣列的底部移動，到達圓錐陣列底部后，氫氣泡可以被有效地吸收，避免氣泡再次進入電解質，有效提高了制氣效率，同時也減少了工業生產中的安全隱患。

技術領域

本發明涉及電解或電泳工藝及其所用設備技術領域，具體涉及一種仿生浸潤性梯度錐簇電極。

背景技術

隨著傳統化石能源的日益枯竭以及人們環保意識的日益增強，氫氣作為一種清潔、高能量密度以及可持續使用的能源得到人們的青睞并得到廣泛應用，如作為火箭、汽車及飛機等的燃料。電解水可以直接或間接地將其他形式的能源轉化為氫能源，具有原料易得、操作簡單、可制備高純氫等優點，因此成為人們研究的熱點。然而，電解制氫工業的市場化仍然面臨諸多問題，其中，氣泡在電極表面的粘附問題是困擾電極制氫工業發展的主要瓶頸。氫氣泡在電極表面的粘附會降低電極與電解液的接觸面積、使反應體系的電阻升高，造成電極效率的降低。傳統的解決方案主要是通過物理手段或化學手段，將生成的氣泡及時驅離電極表面，以提高電極效率。傳統的物理手段主要依靠超聲處理或超重力等方法，利用慣性力將生成的氫氣泡驅離電極表面。傳統的化學手段是在電極表面構筑微/納米結構，降低電極對生成氫氣泡的粘附力，使其快速釋放到溶液中。雖然傳統的物理手段和化學手段均可實現電極表面氣泡的快速脫離，然而脫離后的氣泡會進入電解質中、造成溶液中氣體的濃度升高，其不但會影響工業生產的安全進行，而且氣體濃度升高后會向對電極擴散，并在對電極上還原成水造成能源的浪費。因此如何實現生成氣泡在電極表面的快速脫離同時又避免其進入電解質中，成為制氫工業中亟待解決的問題。

發明內容

本發明是為了解決析氫反應體系中氣泡粘附的問題，利用仿生浸潤性梯度錐簇電極，可使得在析氫反應中氫氣泡在圓錐陣列的尖端區產生，長大并彼此聚結，并向圓錐形陣列的底部移動，到達圓錐陣列底部后，氫氣泡可以被有效地吸收，避免氣泡再次進入電解質，有效提高了制氣效率，同時也減少了工業生產中的安全隱患。

本發明提供一種仿生浸潤性梯度錐簇電極，包括若干個排列成簇狀的仿生浸潤性梯度錐形電極和位于各個仿生浸潤性梯度錐形電極之間的氣泡輸送區；

仿生浸潤性梯度錐形電極包括金屬棒和設置在金屬棒上端的金屬錐，金屬錐包括位于尖端的具有疏水性的疏水區、與金屬棒相鄰的超疏水區和位于疏水區及超疏水區之間的過渡區；

疏水區用于電解產生氣泡，超疏水區和過渡區表面覆蓋疏水粒子，過渡區用于使氣泡脫離疏水區并將氣泡輸送至超疏水區；

氣泡輸送區包括各個過渡區之間的空隙組成的氣泡區和各個超疏水區之間的空隙組成的氣囊區；氣泡區用于氣泡的輸送和富集，氣囊區用于將氣泡形成氣囊，氣囊用于防水和有選擇地吸收疏水區輸送的氣泡并將氣泡輸送至設置在仿生浸潤性梯度錐簇電極尾部的氣體收集裝置。

本發明所述的一種仿生浸潤性梯度錐簇電極，作為優選方式，仿生浸潤性梯度錐形電極的材質為以下任意一種：不銹鋼、鐵、銅和鈦。

本發明所述的一種仿生浸潤性梯度錐簇電極，作為優選方式，仿生浸潤性梯度錐形電極的材質為銅，金屬棒為銅絲，疏水區為裸露的疏水銅錐。

本發明所述的一種仿生浸潤性梯度錐簇電極，作為優選方式，仿生浸潤性梯度錐形電極的數量為2個以上。

本發明所述的一種仿生浸潤性梯度錐簇電極，作為優選方式，疏水粒子為納米二氧化硅粒子，納米二氧化硅粒子在超疏水區的厚度大于在過渡區的厚度。