一种电沉积循环系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电沉积循环系统和方法，该系统包括沉积内槽；沉积内槽中设置有阳电极

【技术实现步骤摘要】
一种电沉积循环系统和方法


[0001]本专利技术涉及电沉积，尤其涉及一种电沉积循环系统和方法
。

技术介绍

[0002]氢气作为一种清洁能源，同时也是一种很有潜力的能量载体，其能量密度高达
140MJ/kg
，在使用过程中对环境基本不造成污染
。
但是，如今超过
90
％的氢气来自于化石燃料，在生产过程中仍然会对环境造成大量的污染
。
从氢气的全生命周期来看，这种生产方式使得氢气不再具有清洁性
。
因此，必须改变氢气的来源，将“灰氢”转变为“绿氢”。
考虑到我国风能和光伏产业的飞速发展，利用可再生能源电解水制氢是实现无污染生产氢气的最佳途径但是，电解水制氢也存在不足，其较高的能量消耗导致其经济成本居高不下，因此需要寻找合理的催化剂促进反应的进行
。
[0003]目前，铂和铱等贵金属及其化合物是电解水制氢中较优的催化剂，但是其昂贵的价格和稀有程度严重限制着实际应用，此外，在工业生产所需的大电流条件下，这些催化剂仍然无法达到令人满意的性能要求
。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种一种同时具有高活性
、
低过电势
、
牢固的机械性能以及较低的成本的催化剂
。
[0004]近年来，本领域的技术人员制备出了一系列高性能的非贵金属基催化剂
。
然而，为了大规模生产氢气，工业电解水往往工作在大电流条件下且持续上千小时
。
因此，反应时电极上会有大量气泡产生，这些气泡不仅会破坏电极和催化剂的结构，还会堵塞活性位点增加反应电阻
。
另外，许多非贵金属催化剂的制备需要长时间的高压
、
水热反应，其制备方法繁琐，不利于放大到工业生产中，而且许多纳米催化剂颗粒都需要粘合剂，在工业上大量气泡的不断冲刷下容易脱落，不能满足实际要求
。
[0005]电沉积法制备催化剂是一种在阴极电极上利用还原反应将溶液中的金属阳离子还原为金属单质，从而实现催化剂在电极表面原位生长的技术
。
这种方法的优点是制备过程简单可控，只需要调整工作的电流和反应溶液的成分及温度，便可得到相应的电沉积结果且可重复
。
除此之外，其分子层面原位生长的催化剂非常牢固，具有较高的机械强度，可以抵抗住电解水过程中大量气泡的冲击而不失效，因此十分适用于放大到工业生产中进行规模化制备
。
[0006]然而在对电沉积法制备催化剂进行实验室研究时，不同于工业生产环境，电沉积反应通常发生在一个封闭的烧杯中，但由于电沉积过程是一个不可逆的氧化还原反应，溶液中的离子浓度随着反应的进行会逐渐偏离最初设定的值，继而导致溶液电导率
、PH
值等一系列参数发生变化
。
此外，由于溶液中存在电阻，当有电流通过时，产生的热量会使溶液温度升高，偏离初始的温度设定
。
从理论上说，电沉积过程并不是按照预想的情况发生的，制备出的电极性能也将存在偏差，影响对实验规律的正确探索
。
因此，急需一种技术可以保持电沉积反应过程维持稳态，从而更好的得出一致性的实验结果
。

技术实现思路

[0007]为实现上述目的，本专利技术首先提供了一种电沉积循环系统，包括沉积内槽；沉积内槽中设置有阳电极
、
阴电极和反应溶液；还包括沉积外槽和蓄液缸；沉积内槽被设置在沉积外槽之内；在沉积内槽上设置有沉积内槽进液口；在沉积外槽上设置有沉积外槽出液口；在蓄液缸上则分别设置有蓄液缸进液口和蓄液缸出液口；进液泵管一端连接至蓄液缸的蓄液缸出液口，另一端通过换液泵后连接至沉积内槽上的沉积内槽进液口；回液泵管一端连接至沉积外槽上的沉积外槽出液口，另一端则通过回液泵后连接至蓄液缸进液口
。
[0008]进一步地，沉积内槽被悬置在沉积外槽的中心位置，沉积内槽进液口则被设置在沉积内槽底面
。
[0009]进一步地，阳电极为双阳极，对称地设置在阴电极的两侧
。
[0010]进一步地，沉积内槽
、
沉积外槽
、
蓄液缸的材料为透明材料
。
[0011]进一步地，还包括一个控制单元
MCU
；控制单元
MCU
可通过控制换液泵和回液泵的泵的转速来控制泵管中换液的流量大小；同时，
MCU
被设置为接收设置在沉积内槽1内的
PH
值传感器的信号，通过监控沉积内槽内的反应溶液的
PH
值来动态调整换液流量
。
[0012]本专利技术还提供了一种电沉积循环方法，包括步骤：
[0013](1)
在沉积内槽中设置阳电极
、
阴电极和反应溶液；
[0014](2)
将沉积内槽设置在沉积外槽内；
[0015](3)
在反应过程中，通过换液泵将蓄液缸内的反应溶液泵送至沉积内槽，沉积内槽中的溶液则从其顶端溢出到沉积外槽中；
[0016](4)
通过回液泵将溢出至沉积外槽中反应液泵送回蓄液缸
。
[0017]进一步地，沉积内槽被悬置在沉积外槽的中心位置，使反应溶液由沉积内槽的底面进入沉积内槽
。
[0018]进一步地，设置两个阳电极，且将其对称地设置在阴电极的两侧
。
[0019]进一步地，还包括步骤：
[0020](5)
通过控制单元
MCU
控制换液泵和回液泵的泵的转速来控制泵管中换液的流量大小；
MCU
接收设置在沉积内槽内的
PH
值传感器的信号，通过监控沉积内槽内的反应溶液的
PH
值来动态调整换液流量
。
[0021]进一步地，当监测到
PH
值变化量超过预设阈值时，则增加换液流量，反之则减小换液流量
。
[0022]本专利技术提供了一种用于实验室的可循环的电沉积系统和方法，通过蠕动泵将蓄液缸中的新鲜溶液源源不断泵入电沉积反应发生的场所，同时将反应场所的陈旧溶液不断排出，确保了电沉积反应场所周围的离子浓度和温度等各项参数维持稳定
。
此外，双阳极的设计使得电场分布均匀，确保了电极两侧的电沉积效果相同
。
利用本专利技术的循环电沉积系统和方法，可以得到稳定可靠
、
可重复的实验结果，对探索正确的实验规律有重要意义
。
[0023]以下将结合附图对本专利技术的构思
、
具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的
、
特征和效果
。
附图说明
[0024]图1是本专利技术的一个较佳实施例中的电沉积循环系统的构造图；
[0025]图2是在图1的基础上的进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种电沉积循环系统，其特征在于，包括沉积内槽；沉积内槽中设置有阳电极
、
阴电极和反应溶液；还包括沉积外槽和蓄液缸；沉积内槽被设置在沉积外槽之内；在沉积内槽上设置有沉积内槽进液口；在沉积外槽上设置有沉积外槽出液口；在蓄液缸上则分别设置有蓄液缸进液口和蓄液缸出液口；进液泵管一端连接至蓄液缸的蓄液缸出液口，另一端通过换液泵后连接至沉积内槽上的沉积内槽进液口；回液泵管一端连接至沉积外槽上的沉积外槽出液口，另一端则通过回液泵后连接至蓄液缸进液口
。2.
如权利要求1所述的电沉积循环系统，其中，沉积内槽被悬置在沉积外槽的中心位置，沉积内槽进液口则被设置在沉积内槽底面
。3.
如权利要求1所述的电沉积循环系统，其中，阳电极为双阳极，对称地设置在阴电极的两侧
。4.
如权利要求1所述的电沉积循环系统，其中，沉积内槽
、
沉积外槽
、
蓄液缸的材料为透明材料
。5.
如权利要求1所述的电沉积循环系统，其中，还包括控制单元
MCU
；控制单元
MCU
可通过控制换液泵和回液泵的泵的转速来控制泵管中换液的流量大小；同时，
MCU
被设置为接收设置在沉积内槽1内的
PH
值传感器的信号，通过监控沉积内槽内的反应溶液的
PH
值来动态调整换液流量<...

【专利技术属性】
技术研发人员：金黎明，杨路宇，张存满，耿振，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：