本发明专利技术提供了一种溶液法制备电解水电极的系统装置及方法，所述系统装置包括活化单元、清洗槽和反应单元，电极基材依次经过活化、清洗和反应后得到电解水电极；所述活化单元包括循环连接的活化液配料装置和活化槽；所述反应单元包括循环连接的反应液配料装置和反应槽。本发明专利技术提供的系统装置包含活化单元和反应单元，分别实现了活化液循环和反应液循环两个过程，利用循环过程补充物料，控制活化液和反应液的组成、浓度和液位，不仅能提高电极质量，还有利于资源循环使用，有效减少污染物排放，本发明专利技术提供的系统装置的关键核心部件紧密衔接、占地面积小、自动化程度高且操作简单。自动化程度高且操作简单。自动化程度高且操作简单。
【技术实现步骤摘要】
一种溶液法制备电解水电极的系统装置及方法
[0001]本专利技术属于电极制备
，涉及一种溶液法制备电解水电极的系统装置及方法。
技术介绍
[0002]面对化石能源日渐枯竭和环境污染越来越严重的问题，发展清洁能源、绿色能源等新能源技术具有十分重要的战略意义。氢气质量热值高，是一种比其它燃料更适合的储能介质。氢气的能量密度是140MJ/kg，是典型固体燃料(50MJ/kg)的两倍多。氢气燃烧仅产生水，这一特点使氢气成为一种环境友好的能源载体。传统的制氢技术，包括化石燃料的重整、分解和水解。然而，这些传统的制氢过程往往会产生大量的温室气体，从而对环境造成危害。在众多化合物分解制氢技术中，电解水制氢是一种重要的氢气制取工艺，仅仅使用水作为原料，利用电极上的氧化还原反应，将水电解为氢气和氧气，其原料来源广泛，产物清洁环保。随着可再生能源产业发展，利用电解水过程，将风电、光伏输出的间断性、不稳定的电力，转化氢气进行储存与远距离输运，对新能源产业具有支撑作用。
[0003]为了降低电解水制氢过程能耗，需要高性能的催化电极，其催化性能与组成电极的原料和表面结构密切相关，特别是通过电极表面纳米化，能够大幅度增加电极表面积，有利于提高催化活性。例如，CN110846609A公开了一种碱式电解水电极的制备方法，对电极基体进行喷砂和去油预处理，再通过大气等离子喷涂在电极基体上喷涂电极材料形成电极功能层，即得所述碱式电解水电极。
[0004]CN110965076A公开了一种双功能三维分层核壳结构电解水电极的制备方法，主要步骤包括清洗泡沫镍、制备Ni(OH)2微米片阵列/NF前驱体、制备Ni3N/NF微米片阵列电极、制备三维分层核壳结构NiFeLDH@Ni3N/NF电极。
[0005]CN108588755A公开了一种基于电沉积技术的三维硫化钴氧析出电极制备方法及其制备的电极，采用金属硫化物和电沉积技术，能够形成三维硫化钴氧析出电极，电极制备过程包括将钴盐和硫氰酸盐溶于水中，配制成混合溶液；通过电沉积技术在导电基底上生长硫化钴材料，冲洗、干燥后得到成品电极，可用于电解水析氧过程。
[0006]CN112877728A公开了一种新型含铂碳层负载泡沫镍电解水电极及其制备方法，为了提高电催化活性，将含有纳米Pt的碳层颗粒，通过喷雾和煅烧的方式均匀负载在泡沫镍表面，形成均匀的纳米阵列，可有效提高电解水产氢性能。
[0007]CN112921351A公开了一种自支撑型催化电极的制备方法和应用，使用泡沫镍铁同时作为集流体和纳米催化活性位点的原料，利用酸反应和空气中同源生长，形成表面纳米结构。既具有高比表面积，又保证表面纳米结构与基体的良好连接特性，形成良好的导电性与高稳定性。
[0008]上述公开文献所制备的电极，在电解水过程均表现出良好的电催化性能。尽管如此，对于实现工业化生产的装置尚未给出明确解决方案，本专利技术在分析归纳溶液法制备电解水过程电极特征的基础上，针对电极放大过程所需的工业装置，提供一种制备电解水过
程电极的工艺流程与自动化实施装置。
技术实现思路
[0009]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种溶液法制备电解水电极的系统装置及方法，本专利技术提供的系统装置包含活化单元和反应单元，分别实现了活化液循环和反应液循环两个过程，利用循环过程补充物料，控制活化液和反应液的组成、浓度和液位，不仅能提高电极质量，还有利于资源循环使用，有效减少污染物排放，本专利技术提供的系统装置的关键核心部件紧密衔接、占地面积小、自动化程度高且操作简单。
[0010]第一方面，本专利技术提供了一种溶液法制备电解水电极的系统装置，所述系统装置包括活化单元、清洗槽和反应单元，电极基材依次经过活化、清洗和反应后得到电解水电极；
[0011]所述活化单元包括循环连接的活化液配料装置和活化槽，活化液在活化液配料装置和活化槽之间循环流动；所述反应单元包括循环连接的反应液配料装置和反应槽，反应液在反应液配料装置和反应槽之间循环流动。
[0012]本专利技术提供的系统装置包含活化单元和反应单元，分别实现了活化液循环和反应液循环两个过程，利用循环过程补充物料，控制活化液和反应液的组成、浓度和液位，不仅能提高电极质量，还有利于资源循环使用，有效减少污染物排放，本专利技术提供的系统装置的关键核心部件紧密衔接、占地面积小、自动化程度高且操作简单。
[0013]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述活化液配料装置的出料口与活化槽进料口之间通过活化液进料管路连接，所述活化液进料管路上设置有活化液给料泵。
[0014]优选地，所述活化液配料装置的进料口与活化槽的回料口之间通过活化液回料管路连接，所述活化液回料管路上沿物料流向依次设置有活化液过滤装置和活化液回料泵。
[0015]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述反应液配料装置的出料口与反应槽进料口之间通过反应液进料管路连接，所述反应液进料管路上设置有反应液给料泵。
[0016]优选地，所述反应液配料装置的进料口与反应槽的回料口之间通过反应液回料管路连接，所述反应液回料管路上沿物料流向依次设置有反应液过滤装置和反应液回料泵。
[0017]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述活化槽、清洗槽和反应槽依次固定于壳体内，所述壳体内部顶面设置有传送机构，所述传送机构上挂设有笼式结构的电极筐，所述电极筐内放置若干电极基材，按照电解水电极的制备工艺顺序，所述传送机构带动电极筐移动至活化槽、清洗槽或反应槽。
[0018]优选地，相邻两片电极基材之间设置有塑料垫片。
[0019]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述传送机构包括铺设于壳体顶面的导轨，所述导轨上滑动设置有滑块，所述滑块电性连接第一驱动件，所述第一驱动件用于驱动滑块沿导轨移动，从而带动电极筐在水平方向上移动。
[0020]优选地，所述滑块通过伸缩杆连接电极筐，所述伸缩杆电性连接第二驱动件，所述第二驱动件通过伸缩杆带动电极筐在竖直方向上移动。
[0021]优选地，所述滑块包括旋转电机，所述旋转电机用于带动电极筐旋转。
[0022]本专利技术提供的系统装置使用电极筐安装固定电极基材，在清洗过程中通过旋转电机带动电极筐旋转实现了离心式清洗和甩干，较传统的喷淋或震荡清洗效果更优，缩短了
操作时间，提高了生产效率；此外，将电极基材放置于电极筐内，电极外形大小可调整，符合电解水工业应用要求。
[0023]需要说明的是，本专利技术中的电极筐可做水平移动、竖直移动和旋转，本领域技术人员可以根据需要在特定的工艺阶段操控电极筐进行其中一种运动。
[0024]优选地，所述壳体顶部设置有盖板。
[0025]本专利技术提供的系统装置在主体设备上设计了全封闭滑动式密封盖板，电极筐安装完成后，盖上盖板，电解水电极的制备反应过程全程在封闭环境下进行，防止雾化气体溢出，保持了生产车间的洁净环保。
[0026]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述活化槽内设置有第一浓度检测模块和第一液位控制模块本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种溶液法制备电解水电极的系统装置，其特征在于，所述系统装置包括活化单元、清洗槽和反应单元，电极基材依次经过活化、清洗和反应后得到电解水电极；所述活化单元包括循环连接的活化液配料装置和活化槽，活化液在活化液配料装置和活化槽之间循环流动；所述反应单元包括循环连接的反应液配料装置和反应槽，反应液在反应液配料装置和反应槽之间循环流动。2.根据权利要求1所述的系统装置，其特征在于，所述活化液配料装置的出料口与活化槽进料口之间通过活化液进料管路连接，所述活化液进料管路上设置有活化液给料泵；优选地，所述活化液配料装置的进料口与活化槽的回料口之间通过活化液回料管路连接，所述活化液回料管路上沿物料流向依次设置有活化液过滤装置和活化液回料泵。3.根据权利要求1或2所述的系统装置，其特征在于，所述反应液配料装置的出料口与反应槽进料口之间通过反应液进料管路连接，所述反应液进料管路上设置有反应液给料泵；优选地，所述反应液配料装置的进料口与反应槽的回料口之间通过反应液回料管路连接，所述反应液回料管路上沿物料流向依次设置有反应液过滤装置和反应液回料泵。4.根据权利要求1
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3任一项所述的系统装置，其特征在于，所述活化槽、清洗槽和反应槽依次固定于壳体内，所述壳体内部顶面设置有传送机构，所述传送机构上挂设有笼式结构的电极筐，所述电极筐内放置若干电极基材，按照电解水电极的制备工艺顺序，所述传送机构带动电极筐移动至活化槽、清洗槽或反应槽；优选地，相邻两片电极基材之间设置有塑料垫片。5.根据权利要求1
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4任一项所述的系统装置，其特征在于，所述传送机构包括铺设于壳体顶面的导轨，所述导轨上滑动设置有滑块，所述滑块电性连接第一驱动件，所述第一驱动件用于驱动滑块沿导轨移动，从而带动电极筐在水平方向上移动；优选地，所述滑块通过伸缩杆连接电极筐，所述伸缩杆电性连接第二驱动件，所述第二驱动件通过伸缩杆带动电极筐在竖直方向上移动；优选地，所述滑块包括旋转电机，所述旋转电机用于带动电极筐旋转；优选地，所述壳体顶部设置有盖板。6.根据权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：王保国，陈金勋，王培灿，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：
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