[发明专利]一种具有多电极的工作电极、组合平行测试系统及其使用方法

说明书

本发明属于电解水技术领域，公开了一种具有多电极的工作电极，包括导电体和多个相同的片状电极，在导电体上开有多个穿透孔，片状电极安装在穿透孔内；片状电极的一面包覆有电催化剂层。还公开了一种包含有所述工作电极的组合平行测试系统，工作电极、参比电极和对电极安装在恒温电解槽中，片状电极包覆有电催化剂层的一面与对电极相对设置；电化学工作站分别与工作电极、对电极和参比电极的接线端子连接；利用摄像机拍摄工作电极上的各片状电极表面变化情况，可在同一个导电本体上、同等的测试环境下、同时测量多个电极的反应特性，实现大量不同电极性质的一次性测量，通过设计各个电极上催化剂层的参数差异，实现各类电化学催化剂的批量筛选。

技术领域

本发明属于电解水技术领域，特别涉及一种具有多电极的工作电极、组合平行测试系统及其使用方法。

背景技术

水电解技术目前主要分三类：碱性水电解、质子交换膜电解和固态氧化物电解质电解水制氢技术。后两种技术装置成本较高，目前使用还不够普遍。从经济性考虑，碱性水电解装置比较适合于规模化应用。常用的碱性水电解通常采用具有高电导率的高浓度氢氧化钾水溶液(20wt％～30wt％)作为电解质，在70-85℃下进行电解。

目前碱性电解制氢技术迈向商业化进而替代化石能源制氢的主要挑战之一是降低成本，既包括降低电解的电耗，还包括降低设备的投资。碱性电解80％以上的运行成本都归因于电耗，目前的工业电解槽由阴阳极组成的电化学小室串联而成，水的理论分解电压是l.23V，而实际应用中，平均的小室电解电压在1.8V～2.0V之间，其中多出的1/3是由于阴、阳极电极对应的析氢和析氧过电位之和(0.6～0.8V)，开发新型的、催化活性较高的电极材料，降低电解过程中小室电压，是提高电流效率和降低成本的关键。

金属电解电化学活性与其表面吸附特性直接相关，以阴极析氢反应为例，M-H键活性与氢析出反应电流之间关系呈现一定规律：析氢反应速度先随表面吸附氢键的增强而增强，但当吸附作用过于强烈时，氢难于脱附，反应速度反而降低，上述先升后降的活性曲线被称为是火山型曲线。形式上越靠近火山曲线顶端的金属析氢过电位越低(催化性能越好)，通常是铂钯等贵金属，尽管铂族金属的综合性能较优，然而由于其成本过高，在实际应用中，通常采用性价比更为适宜的铁族金属。

改变金属电极表面的反应特性，主要采用合金化的方法，合金化可有效改变金属原子外层d电子所处能量状态，由于电极表面吸脱附分子一般与d电子作用，d电子能级发生变化直接影响电极表面的吸附、脱附特性。由于合金在元素组成、结构、性质等方面具有丰富的多样性，因此，可以通过合金化的手段在较大幅度范围内改变电极表面的反应特性，同时如何快速、科学地筛选大量的合金电极成为难点问题。

以往的合金电极筛选主要采用单一电极平行测试的方法，一方面单个电极个体差别较大，由于基础材料和加工工艺上的差异，导致电极在尺寸、表面粗糙度、基底本体材质、电极表面合金层厚度等方面存在差异，另一方面由于单次测量过程中电解液的浓度、循环量、测量温度等方面的差异也造成性能比较中出现条件偏差；另外单个电极测量耗时较长，重复实验重现性差、占用测试资源较多，不利于从大量的合金电极样本中快速筛选出较优的品类。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有多电极的工作电极、组合平行测试系统及其使用方法，解决了单个电极性能测试过程中测试条件难重复、电极本体特性差异大以及重复测试耗时时间长的问题。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种具有多电极的工作电极，包括导电体和多个相同的片状电极，在导电体上开有多个穿透孔，片状电极安装在穿透孔内；

片状电极的一面包覆有电催化剂层。

进一步，片状电极的另一面预制有工艺槽。

进一步，穿透孔呈阵列布设。

进一步，穿透孔为圆形，片状电极为圆片状，片状电极与穿透孔螺纹连接。