[发明专利]用于含盐碱性和中性水分解的高度可持续的电极和电解液

说明书

提供了用于在包括氯化物离子的水中进行析氧反应的耐腐蚀阳极。该阳极包括：(1)基板；(2)涂布该基板的钝化层；和(3)涂布该钝化层的电催化层。也提供了用于通过电解产生氢的聚阴离子调节的碱性海水电解液。

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年2月14日提交的美国临时申请号62/630,599的权益，其全部内容通过引用并入本文。

关于联邦政府资助的研究或开发的声明

本发明是在政府支持下在能源部授予的合同DE-SC0016165下完成的。政府拥有本发明的某些权利。

背景技术

电解水生成氢燃料是一种有吸引力的可再生能源存储解决方案。然而，电网规模的淡水电解将对重要的水资源造成沉重的压力。开发廉价的可持续海水分解而不会受氯化物腐蚀的电催化剂、电极和电解液可以解决缺水问题。

在此背景下，需要开发本公开内容的实施方式。

发明内容

在一些实施方式中，提供了阳极，用于在包括氯化物的水中进行析氧反应，该阳极包括：(1)基板；(2)涂布基板的钝化层；(3)涂布钝化层的电催化剂层，其中该钝化层包括至少一种金属的硫化物。

在一些实施方式中，提供了阳极，用于在包括氯化物的水中进行析氧反应，该阳极包括：(1)基板；(2)涂布基板的钝化层；(3)涂布钝化层的电催化剂层，其中该钝化层包括至少一种金属的磷化物。

在一些实施方式中，提供了阳极，用于在包括氯化物的水中进行析氧反应，该阳极包括：(1)基板；(2)涂布基板的电催化剂层；和(3)设置在基板与电催化剂层之间的阴离子层。

在一些实施方式中，提供了阳极，用于在包括氯化物的水中进行析氧反应，该阳极包括：(1)基板；(2)涂布基板的电催化剂层，其中该电催化剂层包含阴离子。

在一些实施方式中，提供了水电解池，其包括前述实施方式中任一个的阳极。在一些实施方式中，操作水电解池的方法包括从包括氯化钠的水中产生氧和氢。

在一些实施方式中，操作水电解池的方法包括从电解液中产生氧和氢，其中电解液包括碱性海水和分散在碱性海水中的多原子阴离子，其中通过过滤除去沉淀的碱土和重金属离子，并且电解液中多原子阴离子的浓度在约0.05M至约8M的范围内。

在一些实施方式中，制造用于析氧反应的阳极的方法包括：(1)提供基板；(2)形成涂布基板的钝化层；和(3)形成涂布钝化层的电催化剂层，从而形成包括基板、钝化层和电催化剂层的阳极。

在一些实施方式中，制造用于析氧反应的阳极的方法包括：(1)提供包括过渡金属作为掺杂剂的基板；(2)形成涂布基板的电催化剂层；和(3)对基板施加电流以形成设置在基板和电催化剂层之间的阴离子层，其中该阴离子层包括过渡金属的阴离子氧化物。

在一些实施方式中，制造用于析氧反应的阳极的方法包括：(1)提供基板；(2)形成涂布基板的电催化剂层，从而形成包括基板和电催化剂层的阳极，其中在包括阴离子的电解液溶液的存在下形成电催化剂层，并将阴离子掺入电催化剂层。

在一些实施方式中，制造用于析氧反应的阳极的方法包括：(1)提供基板；(2)形成涂布基板的前体层；(3)从前体层形成涂布基板的电催化剂层，从而形成包括基板和电催化剂层的阳极，其中在包括阴离子的电解液溶液的存在下形成电催化剂层，并将阴离子掺入电催化剂层。

在一些实施方式中，制造用于析氧反应的阳极的方法包括：(1)提供基板；(2)将电催化剂颗粒粘附至基板，其中电催化剂颗粒包括多原子阴离子。