權(quán)利要求書： 1.一種電解槽，其特征在于，包括電解小室，所述電解小室包括陰極、陽極和隔膜；

所述陰極和陽極相互獨立地包括電極基體和復(fù)合在所述電極基體表面的催化層；

所述催化層為層狀雙金屬氫氧化物?硫酸鹽復(fù)合材料。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述電解槽，其特征在于，所述陰極和陽極為片狀。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述電解槽，其特征在于，所述電極基體為鐵、鎳、鈷和鉬中的一種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述電解槽，其特征在于，所述電極基體厚度為100～500μm，所述催化層厚度為50～500nm。

5.一種電解制氫系統(tǒng)，其特征在于，包括電解槽；

與所述電解槽的海水入口相連的海水貯槽裝置；

與所述電解槽的氫氣出口相連的氫氣存儲裝置；

與所述電解槽的氧氣出口相連的氧氣存儲裝置；

所述電解槽包括電解小室，所述電解小室包括陰極、陽極和隔膜；

所述陰極和陽極相互獨立地包括電極基體和復(fù)合在所述電極基體表面的催化層；

所述催化層為層狀雙金屬氫氧化物?硫酸鹽復(fù)合材料。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述電解制氫系統(tǒng)，其特征在于，所述陰極和陽極為片狀。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述電解制氫系統(tǒng)，其特征在于，所述電極基體為鐵、鎳、鈷和鉬中的一種。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述電解制氫系統(tǒng)，其特征在于，所述電極基體厚度為100～500μm，所述催化層厚度為50～500nm。

說明書： 一種電解槽及電解制氫系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本實用新型屬于氫能及海水資源利用領(lǐng)域，具體涉及一種電解槽及電解制氫系統(tǒng)。背景技術(shù)[0002] 電解水制氫是實現(xiàn)大規(guī)模綠氫制備的技術(shù)方法，對推進氫能社會建設(shè)、實現(xiàn)雙碳目標(biāo)具有至關(guān)重要的作用。目前主流的電解水制氫技術(shù)，包括堿性電解水制氫、PEM制氫、高溫固體氧化物電解制氫，均對原料水的水質(zhì)有較高要求，限制了電解水制氫技術(shù)在干旱缺水地區(qū)的發(fā)展。在水資源豐富的地區(qū)，原水在應(yīng)用前往往也需經(jīng)過純化，導(dǎo)致電解水制氫過程繁瑣、成本增加。[0003] 由于海水在地球上的儲量豐富，海上風(fēng)能、太陽能、波浪能等資源豐富，因此可以利用海上可再生能源發(fā)電耦合海水電解制氫。海水的含鹽量高，在海上制氫過程中大多需經(jīng)過反滲透等過程對海水進行預(yù)處理，采用預(yù)處理具有處理難度大、成本高、出水水質(zhì)不穩(wěn)定、影響電解制氫設(shè)備的壽命和性能等缺點。采用海水直接制氫的方式會造成海水中高含量的氯離子對材料的腐蝕，以及氯離子對電解制氫過程的競爭，導(dǎo)致電極壽命較差。實用新型內(nèi)容

[0004] 有鑒于此，本實用新型的目的在于提供一種電解槽及電解制氫系統(tǒng)，有利于降低海水對電極材料的腐蝕作用。[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案為一種電解槽，包括電解小室，所述電解小室包括陰極、陽極和隔膜；所述陰極和陽極相互獨立地包括電極基體和復(fù)合在所述電極基體表面的催化層；所述催化層為層狀雙金屬氫氧化物?硫酸鹽復(fù)合材料。[0006] 本實用新型所述電解槽裝置包括多個電解小室，所述電解小室包括陰極、隔膜和陽極，構(gòu)成陰極室和陽極室，所述陰極和陽極為片狀。[0007] 本實用新型所述陰極和陽極中，電極基體為多孔或致密的導(dǎo)電金屬片狀材料，優(yōu)選為鐵、鎳、鈷和鉬中的一種或多種。所述電極基體厚度為100～500μm，優(yōu)選為300～500μm。[0008] 本實用新型所述陰極和陽極中，催化層為層狀雙金屬氫氧化物?硫酸鹽復(fù)合材料，催化層厚度為50～500nm，優(yōu)選為50～200nm。所述層狀雙金屬氫氧化物?硫酸鹽復(fù)合體可以通過市購得到，可以為以下結(jié)構(gòu)：[0009] (M1(OH)a)x?Na+y?(M2(OH)b)z?(SO42?)y/2；[0010] 其中M1為鐵、鎳、鈷或鉬，為二價離子；M2為鐵、鎳、鈷或鉬，為三價離子；且M1和M2不相同；a和b相互獨立地為2、3、4或5；x和z滿足如下關(guān)系：(2?a)x+(3?b)z＝0；y為2、3、4、5、6、7、8、9或10。

[0011] 本實用新型所述電解槽采用的陰極和陽極具有電極基體和復(fù)合在所述電極基體表面的催化層，所述催化層具有高比表面積和孔隙率，催化活性高。同時，電極基體和催化層之間結(jié)合牢固，避免了接觸電阻的產(chǎn)生，導(dǎo)電性好。[0012] 本實用新型還提供了一種電解制氫系統(tǒng)，包括電解槽；與所述電解槽的海水入口相連的海水貯槽裝置；與所述電解槽的氫氣出口相連的氫氣存儲裝置；與所述電解槽的氧氣出口相連的氧氣存儲裝置；所述電解槽包括電解小室，所述電解小室包括陰極、陽極和隔膜；所述陰極和陽極相互獨立地包括電極基體和復(fù)合在所述電極基體表面的催化層；所述催化層為層狀雙金屬氫氧化物?硫酸鹽復(fù)合材料。[0013] 本實用新型所述電解制氫系統(tǒng)中，電解槽裝置包括多個電解小室，所述電解小室包括陰極、隔膜和陽極，構(gòu)成陰極室和陽極室，所述陰極和陽極為片狀。所述陰極和陽極中，電極基體為多孔或致密的導(dǎo)電金屬片狀材料，優(yōu)選為鐵、鎳、鈷和鉬中的一種或多種。所述電極基體厚度為100～500μm，優(yōu)選為300～500μm。所述催化層為層狀雙金屬氫氧化物?硫酸鹽復(fù)合材料，催化層厚度為50～500nm，優(yōu)選為50～200nm。所述層狀雙金屬氫氧化物?硫酸鹽復(fù)合體可以通過市購得到，可以為以下結(jié)構(gòu)：[0014] (M1(OH)a)x?Na+y?(M2(OH)b)z?(SO42?)y/2；[0015] 其中M1為鐵、鎳、鈷或鉬，為二價離子；M2為鐵、鎳、鈷或鉬，為三價離子；且M1和M2不相同；a和b相互獨立地為2、3、4或5；x和z滿足如下關(guān)系：(2?a)x+(3?b)z＝0；y為2、3、4、5、6、7、8、9或10。

[0016] 本實用新型所述電解制氫系統(tǒng)中，海水貯槽裝置用于提供電解液至電解槽，所述電解槽用于電解海水產(chǎn)生氫氣和氧氣，氫氣存儲裝置用于存儲所述電解槽陰極產(chǎn)生的氫氣，氧氣存儲裝置用于存儲所述電解槽陽極產(chǎn)生的氧氣。[0017] 本實用新型所述電解制氫系統(tǒng)的工作流程為：連通海水貯槽裝置和電解槽，所述海水貯槽裝置中海水進入所述電解槽中，連通所述電解槽中電源，所述海水在直流電的作用下分解，產(chǎn)生氫氣和氧氣，所述氫氣經(jīng)過電解槽的氫氣出口進入氫氣存儲裝置進行收集，所述氧氣經(jīng)過電解槽的氧氣出口進入氧氣存儲裝置進行收集。[0018] 本實用新型提供了一種電解槽，包括電解小室，所述電解小室包括陰極、陽極和隔膜；所述陰極和陽極相互獨立地包括電極基體和復(fù)合在所述電極基體表面的催化層；所述催化層為層狀雙金屬氫氧化物?硫酸鹽復(fù)合材料。所述電解槽中陰極和陽極表面具有催化層，所述催化層的硫酸根離子對電解反應(yīng)中的氯離子形成了阻擋作用，有效增強了反應(yīng)選擇性，提高了電極壽命。陰極和陽極的催化層具有高比表面積和孔隙率，活性位點密度高，催化活性高，電極基體和催化層之間結(jié)合牢固，避免了接觸電阻的產(chǎn)生，導(dǎo)電性好。陰極和陽極的電極基體未使用貴金屬成分，成本低，電解槽及其系統(tǒng)簡單，有利于大規(guī)模推廣。附圖說明[0019] 為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。[0020] 圖1為電解制氫系統(tǒng)示意圖。具體實施方式[0021] 下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。[0022] 本實用新型所述電解槽包括電解小室，所述電解小室包括陰極、陽極和隔膜；所述陰極和陽極相互獨立地包括電極基體和復(fù)合在所述電極基體表面的催化層；所述催化層為層狀雙金屬氫氧化物?硫酸鹽復(fù)合材料。[0023] 本實用新型所述電解槽裝置包括多個電解小室，所述電解小室包括陰極、隔膜和陽極，構(gòu)成陰極室和陽極室，所述陰極和陽極為片狀。[0024] 本實用新型所述陰極和陽極中，電極基體為多孔或致密的導(dǎo)電金屬片狀材料，優(yōu)選為鐵、鎳、鈷和鉬中的一種或多種。所述電極基體厚度為100～500μm，優(yōu)選為300～500μm。[0025] 本實用新型所述陰極和陽極中，催化層為層狀雙金屬氫氧化物?硫酸鹽復(fù)合材料，催化層厚度為50～500nm，優(yōu)選為50～200nm。所述層狀雙金屬氫氧化物?硫酸鹽復(fù)合體可以通過市購得到，可以為以下結(jié)構(gòu)：[0026] (M1(OH)a)x?Na+y?(M2(OH)b)z?(SO42?)y/2；[0027] 其中M1為鐵、鎳、鈷或鉬，為二價離子；M2為鐵、鎳、鈷或鉬，為三價離子；且M1和M2不相同；a和b相互獨立地為2、3、4或5；x和z滿足如下關(guān)系：(2?a)x+(3?b)z＝0；y為2、3、4、5、6、7、8、9或10。

[0028] 本實用新型所述電解槽中，陰極和陽極可以通過以下方法制備得到，具體為：[0029] 1)優(yōu)選對電極基體進行預(yù)處理，所述預(yù)處理包括：依次對電極基體進行水洗、醇洗和酸洗，具體為：依次采用水、乙醇和0.05～0.5mol/L稀鹽酸分別洗滌電極基體2～3次，得到經(jīng)過預(yù)處理的電極基體。所述電極基體為多孔或致密的導(dǎo)電金屬片狀材料，優(yōu)選為鐵、鎳、鈷和鉬中的一種或多種。所述電極基體厚度為100～500μm，優(yōu)選為300～500μm。采用乙醇洗滌電極基體，用于去除電極基體表面脂溶性雜質(zhì)；采用稀鹽酸洗滌電極基體，用于去除電極基體表面氧化物。[0030] 2)進行預(yù)處理后，對電極基體進行表面腐蝕，所述表面腐蝕具體為：采用濃度為0.5～1mol/L的NaCl溶液對電極基體進行表面腐蝕，腐蝕時間為12～24h，溫度為20～60℃。

電極基體表面發(fā)生金屬腐蝕和原位沉積反應(yīng)，形成金屬氫氧化物結(jié)構(gòu)，反應(yīng)式如下所示：

[0031] M1＝M12++2e?；[0032] M1＝M13++3e?；[0033] M12++2H2O＝M1(OH)2+2H+；[0034] M13++3H2O＝M1(OH)3+3H+；[0035] 其中，M1為電極基體金屬元素，優(yōu)選鐵、鎳、鈷和鉬中的一種或多種。[0036] 3)將經(jīng)過表面腐蝕的電極基體與金屬硫酸鹽前驅(qū)體溶液進行反應(yīng)，優(yōu)選對經(jīng)過表面腐蝕的電極基體進行后處理，所述后處理為：將經(jīng)過表面腐蝕的電極基體進行水洗。電極基體經(jīng)過后處理后，與金屬硫酸鹽前驅(qū)體溶液進行反應(yīng)，所述金屬硫酸鹽前驅(qū)體濃度可以為0.3～1.5mol/L，可以包括0.5～1mol/L的Na2SO4溶液，反應(yīng)溫度為20～60℃，反應(yīng)時間為2～3h，電極基體表面發(fā)生金屬氫氧化物的解構(gòu)，反應(yīng)式如下所示：[0037] M1(OH)2+2H+＝M12++2H2O；[0038] M1(OH)3+3H+＝M13++3H2O；[0039] 其中，M1為電極基體金屬元素，優(yōu)選鐵、鎳、鈷和鉬中的一種或多種。[0040] 4)優(yōu)選在還原性氣氛保護下，將上述反應(yīng)體系在堿性條件下共沉淀，直至到達反應(yīng)終點，所述堿性條件由稀氨水提供。反應(yīng)式如下所示：[0041] M12++M22++OH?+SO42?+Na+→(M1(OH)a)x?Na+y?(M2(OH)b)z?(SO42?)y/2；[0042] 其中，M1為電極基體中金屬元素，M2為金屬硫酸鹽中金屬元素，優(yōu)選鐵、鎳、鈷和鉬中的一種或多種；a和b相互獨立地為2、3、4或5；x和z滿足如下關(guān)系：(2?a)x+(3?b)z＝0；y為2、3、4、5、6、7、8、9或10。

[0043] 反應(yīng)體系中金屬離子核心對陰離子產(chǎn)生較強的親和作用，電極基體表面發(fā)生電極基體金屬與金屬硫酸鹽中金屬的復(fù)合反應(yīng)，硫酸根離子在催化層表面形成保護層，形成層狀雙金屬氫氧化物?硫酸鹽復(fù)合材料的催化層，得到電解槽的陰極和陽極。[0044] 本實用新型將隔膜、得到的陰極和陽極組裝成電解小室，多個電解小室組裝成電解槽，得到本實用新型所述電解槽。[0045] 本實用新型還提供了一種電解制氫系統(tǒng)，包括電解槽；與所述電解槽的海水入口相連的海水貯槽裝置；與所述電解槽的氫氣出口相連的氫氣存儲裝置；與所述電解槽的氧氣出口相連的氧氣存儲裝置；所述電解槽包括電解小室，所述電解小室包括陰極、陽極和隔膜；所述陰極和陽極相互獨立地包括電極基體和復(fù)合在所述電極基體表面的催化層；所述催化層為層狀雙金屬氫氧化物?硫酸鹽復(fù)合材料。[0046] 參見圖1，圖1為電解制氫系統(tǒng)示意圖，本實用新型所述電解制氫系統(tǒng)包包括電解槽2；與所述電解槽2的海水入口相連的海水貯槽裝置1；與所述電解槽2的氫氣出口相連的氫氣存儲裝置3；與所述電解槽2的氧氣出口相連的氧氣存儲裝置4。[0047] 本實用新型所述電解制氫系統(tǒng)中，電解槽裝置包括多個電解小室，所述電解小室包括陰極、隔膜和陽極，構(gòu)成陰極室和陽極室，所述陰極和陽極為片狀。所述陰極和陽極中，電極基體為多孔或致密的導(dǎo)電金屬片狀材料，優(yōu)選為鐵、鎳、鈷和鉬中的一種或多種。所述電極基體厚度為100～500μm，優(yōu)選為300～500μm。所述催化層為層狀雙金屬氫氧化物?硫酸鹽復(fù)合材料，催化層厚度為50～500nm，優(yōu)選為50～200nm。催化層可以由層狀雙金屬氫氧化物?硫酸鹽復(fù)合體復(fù)合在電極基體表面得到，所述層狀雙金屬氫氧化物?硫酸鹽復(fù)合體可以通過市購得到，可以為以下結(jié)構(gòu)：[0048] (M1(OH)a)x?Na+y?(M2(OH)b)z?(SO42?)y/2；[0049] 其中M1為鐵、鎳、鈷或鉬，為二價離子；M2為鐵、鎳、鈷或鉬，為三價離子；且M1和M2不相同；a和b相互獨立地為2、3、4或5；x和z滿足如下關(guān)系：(2?a)x+(3?b)z＝0；y為2、3、4、5、6、7、8、9或10。所述電解槽中陰極和陽極的制備方法與上述技術(shù)方案所述電解槽中陰極和陽極的制備方法相同，在此不再贅述。

[0050] 本實用新型所述電解制氫系統(tǒng)中，海水貯槽裝置用于提供電解液至電解槽，所述電解槽用于電解海水產(chǎn)生氫氣和氧氣，氫氣存儲裝置用于存儲所述電解槽陰極產(chǎn)生的氫氣，氧氣存儲裝置用于存儲所述電解槽陽極產(chǎn)生的氧氣。[0051] 本實用新型所述電解制氫系統(tǒng)的工作流程為：連通海水貯槽裝置和電解槽，所述海水貯槽裝置中海水進入所述電解槽中，連通所述電解槽中電源，所述海水在直流電的作用下分解，產(chǎn)生氫氣和氧氣，所述氫氣經(jīng)過電解槽的氫氣出口進入氫氣存儲裝置進行收集，所述氧氣經(jīng)過電解槽的氧氣出口進入氧氣存儲裝置進行收集。[0052] 以上實施例的說明只是用于幫助理解本申請的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本申請原理的前提下，還可以對本申請進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本申請權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。