[发明专利]一种激光微细熔覆制备析氢电极储氢层的方法

说明书

本发明公开了一种激光微细熔覆制备析氢电极储氢层的方法，该方法是经激光将混合稀土储氢合金粉末微细熔覆在镍基体上以制备储氢层，该混合稀土储氢合金粉末包括：MmNi_5‑x(Co,Mn,Al)_x，其中，Mm指La、Ce、Pr、Nd中的一种或几种，x=0~1.2。与现有技术相比，本发明所制备的储氢层组织致密、晶粒细化、与镍基体结合力牢、接触电阻小，具有“孔洞”结构，储氢性能大幅提高。在间歇电解条件下，包含本发明制备的储氢层的析氢电极不仅具有较高的析氢反应的电催化活性和连续电解的电化学稳定性，而且具有较强的抗逆电流性能。本发明制备工艺简单，易于实现自动化，材料损耗少，经济可行性强，具有非常好的市场应用前景。

技术领域

本发明属于激光表面处理和电化学领域，涉及一种析氢电极，尤其涉及一种激光微细熔覆制备镍基析氢电极储氢层的方法。

背景技术

氢能是世界公认的清洁能源，它作为低碳和零碳能源正受到人们越来越多的关注。水电解制氢则是工业上最重要的制氢方法之一。Raney Ni合金因同时具有比表面积大、孔隙度高等优点，是国内外研究最为广泛的析氢电极，参见《电化学应用杂志》（《Journalof applied electrochemistry》）,1992，22(8)：711-716。Ni-Mo合金因具有d电子协同效应，使其具有很高的析氢电催化活性，成为近年来研究最为活跃的析氢反应催化材料，参见《功能材料》，1995，26(5)：456-458。

然而在实际工业电解过程中，电解槽的突然停电或者停止运行是经常发生的。在间歇电解条件下，尤其停电2周以后，以上两种析氢电极的电化学稳定性均不够理想，电催化活性下降明显。

MmNi₅合金粉具有电化学可逆吸放氢的特性。其电化学可逆吸放氢的反应如下式所示：

当电解时，MmNi₅合金吸附了大量的以氢化物形式存在的氢，而当短路时，原来的吸附氢原子首先释放以消耗反电流，避免了活性阴极表面镀层的氧化。通过在电极基体表面负载一层储氢合金，可保证电极在间歇电解过程中催化层不被严重氧化和腐蚀，参见《材料科学与工程》，1990，8：1。

目前析氢电极储氢层的制备主要有复合镀法和乳胶液法。专利CN102899681 A采用复合镀法制备一种含有LaNi₅的多孔复合电极，但由于复合镀的影响因素多、能耗高，所以并不是一种清洁、低能耗的制备途径。专利CN1149633 A将合金粉末用乳胶液粘结在电极基体表面，待干后，在表面上电沉积催化层。此方法的缺点：一是储氢层与基体结合不牢，在电解水过程中，粉末极易脱落，导致电极的催化活性下降；二是电极材料与基体接触不够充分，间接增加了接触电阻，增加了析氢电极的过电位。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种激光微细熔覆制备镍基析氢电极储氢层的方法，解决现有水电解析氢催化电极在高电流密度下催化剂易脱落、抗逆电流能力差等问题，从而提高电极的催化性能和使用寿命。

为达到上述目的，本发明提供了一种激光微细熔覆制备析氢电极储氢层的方法，该方法是经激光将混合稀土储氢合金粉末微细熔覆在镍基体上以制备储氢层，所述混合稀土储氢合金粉末包括：MmNi_5-x(Co, Mn, Al)_x，其中Mm指La、Ce、Pr、Nd中的一种或几种，x = 0 ~ 1.2。

上述的方法，其中，该方法包含如下步骤：

步骤1，将所述镍基体表面进行除油、除锈；

步骤2，将混合稀土储氢合金粉末和粘结剂溶液以一定比例均匀搅拌制成浆料，刷涂在镍基体表面，烘干，得到浆料涂层；

步骤3，利用脉冲激光束对上述浆料涂层进行连续扫描，使浆料中的粘结剂固化，形成熔覆涂层。