[發(fā)明專利]一種弱束縛水結(jié)構(gòu)改性堿性電解液及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210278860.6
• 申請(qǐng)日: 2022-03-21
• 公開（公告）號(hào): CN114717570B
• 公開（公告）日: 2023-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李旸;寇佳慧;王水晶;陸春華;張瑞銘;季凌峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C25B1/04
• 分類號(hào): C25B1/04
• 代理公司: 南京智轉(zhuǎn)慧移知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32649
• 代理人: 王偉

本發(fā)明的一種弱束縛水結(jié)構(gòu)改性堿性電解液的制備方法，包括以下步驟：用水和堿性電解質(zhì)配制堿性電解液；在步驟S1中配置的堿性電解液中加入表面荷負(fù)電的添加劑；將步驟S2得到的溶液超聲處理，然后攪拌，使表面荷負(fù)電的添加劑充分分散在電解液中，獲得改性電解液。與傳統(tǒng)電解液相比，本發(fā)明的表面荷負(fù)電添加劑改性電解液可以提升電催化水分解析氧反應(yīng)的穩(wěn)定性，顯著降低電極過電勢(shì)，相較于對(duì)電極或催化劑的改性，本發(fā)明利用表面荷負(fù)電添加劑改性電解液可以近一步提升電催化水分解效率。另外，本發(fā)明的制備工藝簡單，成本低，適合批量應(yīng)用，在電催化以及光電催化領(lǐng)域均具有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電化學(xué)水分解制氫技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種弱束縛水結(jié)構(gòu)改性堿性電解液及其制備方法。

背景技術(shù)

應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)重的能源短缺與環(huán)境危機(jī)，開發(fā)可再生的清潔能源成為一項(xiàng)備受關(guān)注的課題。電化學(xué)水分解技術(shù)可將太陽能轉(zhuǎn)化所得的電能，通過水分解反應(yīng)轉(zhuǎn)化為高能量密度的氫能。電化學(xué)水分解反應(yīng)由陰極的析氫反應(yīng)(HER)和陽極的析氧反應(yīng)(OER)以及溶液中的傳質(zhì)三個(gè)串聯(lián)過程組成。相較于涉及兩電子參與的HER，OER涉及四電子過程，反應(yīng)動(dòng)力學(xué)緩慢，成為限制水分解電池能量轉(zhuǎn)換效率的主要瓶頸。因此，提升OER效率對(duì)實(shí)現(xiàn)高效光電化學(xué)水分解意義重大。

據(jù)現(xiàn)有研究表明，“電催化劑/電解液”固液界面緩慢的析氧反應(yīng)(OER)是電解水反應(yīng)的速控步驟。所以，提高析氧反應(yīng)(OER)的效率便成為了研究的首要任務(wù)。目前提升OER效率的優(yōu)化策略主要可分為兩個(gè)方向：電催化劑和電解液的優(yōu)化改性。其中，OER電催化劑的研究工作較為廣泛，例如：CN109647477B、CN111841602B、CN111437831B。但對(duì)于OER這一串聯(lián)反應(yīng)過程，相較于快速發(fā)展的電催化劑，研究較少、性能落后的電解液將成為限制OER效率的短板與瓶頸。

目前，關(guān)于電解液的研究較少，中國專利申請(qǐng)CN111101143A公開了一種利用全氟類有機(jī)添加劑，通過降低氣泡對(duì)電極有效工作面積的影響，降低電極過電勢(shì)，這種方法的缺點(diǎn)是只能解決氣泡對(duì)有效工作面積的影響，無法促進(jìn)OER的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過程，令電極效率提升和壽命延長受限；中國專利申請(qǐng)CN113078331A公開了一種針對(duì)鎂水制氫電池的高性能電解液，利用陽離子或陰離子添加劑有效剝離反應(yīng)產(chǎn)物Mg(OH)₂，保證制氫反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行，這種方法的缺點(diǎn)是適用范圍窄，只能用于提升鎂水制氫電池的效率與壽命。

堿性電解液中的OER，反應(yīng)物是OH^-，由于水化作用，其周圍會(huì)形成水化殼，阻礙OH-到電極表面的傳輸和吸附。因此，期望找到一種減薄OH-水化殼層以有效提升OER效率和穩(wěn)定性的方法。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種弱束縛水結(jié)構(gòu)改性堿性電解液及其制備方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明的一種弱束縛水結(jié)構(gòu)改性堿性電解液的制備方法，包括以下步驟：

S1：用水和堿性電解質(zhì)配制堿性電解液；

S2：在步驟S1中配置的堿性電解液中加入表面荷負(fù)電的添加劑；

S3：將步驟S2得到的溶液超聲處理，然后攪拌，使表面荷負(fù)電的添加劑充分分散在電解液中，獲得改性電解液。

優(yōu)選地，步驟S1中，堿性電解質(zhì)為堿金屬氫氧化物或堿土金屬氫氧化物，堿性電解液的濃度為1×10^-5-10mol/L。

優(yōu)選地，步驟S2中，表面荷負(fù)電的添加劑粒徑為0.1-100微米，加入量為堿性電解液質(zhì)量的0.1％-5％。

優(yōu)選地，步驟S3中，超聲處理時(shí)間為1-20min。

優(yōu)選地，步驟S3中，攪拌轉(zhuǎn)速為100-1000r/min。

優(yōu)選地，步驟S2中，荷負(fù)電的添加劑選自高嶺石、伊利石或Mxene中的一種。