[发明专利]一种仿生浸润性梯度锥簇电极

说明书

本发明提供一种仿生浸润性梯度锥簇电极，包括若干个排列成簇状的仿生浸润性梯度锥形电极和位于各个仿生浸润性梯度锥形电极之间的气泡输送区；仿生浸润性梯度锥形电极的金属锥包括疏水区、与超疏水区和过渡区；疏水区用于电解产生气泡，超疏水区和过渡区表面覆盖疏水粒子，过渡区用于使气泡脱离疏水区并将气泡输送至超疏水区。本发明是为了解决析氢反应体系中气泡粘附的问题，利用仿生浸润性梯度锥簇电极，可使得在析氢反应中氢气泡在圆锥阵列的尖端区产生，长大并彼此聚结，并向圆锥形阵列的底部移动，到达圆锥阵列底部后，氢气泡可以被有效地吸收，避免气泡再次进入电解质，有效提高了制气效率，同时也减少了工业生产中的安全隐患。

技术领域

本发明涉及电解或电泳工艺及其所用设备技术领域，具体涉及一种仿生浸润性梯度锥簇电极。

背景技术

随着传统化石能源的日益枯竭以及人们环保意识的日益增强，氢气作为一种清洁、高能量密度以及可持续使用的能源得到人们的青睐并得到广泛应用，如作为火箭、汽车及飞机等的燃料。电解水可以直接或间接地将其他形式的能源转化为氢能源，具有原料易得、操作简单、可制备高纯氢等优点，因此成为人们研究的热点。然而，电解制氢工业的市场化仍然面临诸多问题，其中，气泡在电极表面的粘附问题是困扰电极制氢工业发展的主要瓶颈。氢气泡在电极表面的粘附会降低电极与电解液的接触面积、使反应体系的电阻升高，造成电极效率的降低。传统的解决方案主要是通过物理手段或化学手段，将生成的气泡及时驱离电极表面，以提高电极效率。传统的物理手段主要依靠超声处理或超重力等方法，利用惯性力将生成的氢气泡驱离电极表面。传统的化学手段是在电极表面构筑微/纳米结构，降低电极对生成氢气泡的粘附力，使其快速释放到溶液中。虽然传统的物理手段和化学手段均可实现电极表面气泡的快速脱离，然而脱离后的气泡会进入电解质中、造成溶液中气体的浓度升高，其不但会影响工业生产的安全进行，而且气体浓度升高后会向对电极扩散，并在对电极上还原成水造成能源的浪费。因此如何实现生成气泡在电极表面的快速脱离同时又避免其进入电解质中，成为制氢工业中亟待解决的问题。

发明内容

本发明是为了解决析氢反应体系中气泡粘附的问题，利用仿生浸润性梯度锥簇电极，可使得在析氢反应中氢气泡在圆锥阵列的尖端区产生，长大并彼此聚结，并向圆锥形阵列的底部移动，到达圆锥阵列底部后，氢气泡可以被有效地吸收，避免气泡再次进入电解质，有效提高了制气效率，同时也减少了工业生产中的安全隐患。

本发明提供一种仿生浸润性梯度锥簇电极，包括若干个排列成簇状的仿生浸润性梯度锥形电极和位于各个仿生浸润性梯度锥形电极之间的气泡输送区；

仿生浸润性梯度锥形电极包括金属棒和设置在金属棒上端的金属锥，金属锥包括位于尖端的具有疏水性的疏水区、与金属棒相邻的超疏水区和位于疏水区及超疏水区之间的过渡区；

疏水区用于电解产生气泡，超疏水区和过渡区表面覆盖疏水粒子，过渡区用于使气泡脱离疏水区并将气泡输送至超疏水区；

气泡输送区包括各个过渡区之间的空隙组成的气泡区和各个超疏水区之间的空隙组成的气囊区；气泡区用于气泡的输送和富集，气囊区用于将气泡形成气囊，气囊用于防水和有选择地吸收疏水区输送的气泡并将气泡输送至设置在仿生浸润性梯度锥簇电极尾部的气体收集装置。

本发明所述的一种仿生浸润性梯度锥簇电极，作为优选方式，仿生浸润性梯度锥形电极的材质为以下任意一种：不锈钢、铁、铜和钛。

本发明所述的一种仿生浸润性梯度锥簇电极，作为优选方式，仿生浸润性梯度锥形电极的材质为铜，金属棒为铜丝，疏水区为裸露的疏水铜锥。

本发明所述的一种仿生浸润性梯度锥簇电极，作为优选方式，仿生浸润性梯度锥形电极的数量为2个以上。

本发明所述的一种仿生浸润性梯度锥簇电极，作为优选方式，疏水粒子为纳米二氧化硅粒子，纳米二氧化硅粒子在超疏水区的厚度大于在过渡区的厚度。