一种碱性电解槽及其镍网催化剂涂层及其喷涂工艺与应用的制作方法

本发明属于涂层制备，涉及一种碱性电解槽的镍网催化剂涂层的喷涂工艺，尤其涉及一种碱性电解槽及其镍网催化剂涂层及其喷涂工艺与应用。

背景技术：

1、碱性电解槽是在碱性环境下电解水制氢的核心设备。碱性电解槽中的镍具有着良好的析氢催化活性且价格相对便宜，故大量使用。为提高制氢效率，从而对镍网催化活性的要求也不断提高，增大镍与碱液的接触面积是提高镍网催化活性的有效方法。为了增大镍网的比表面积，主流技术采取等离子喷涂技术在镍网上喷涂一层镍铝合金。等离子喷涂之前，需要对基材进行喷砂处理，使表面尽可能粗糙化，以提高涂层和基体间的结合力。喷涂完毕后，需要将镍网浸入浓碱液中，将铝溶解掉，形成多孔镍，这一过程被叫做活化。

2、催化剂喷涂的基材通常是编织镍网，由于网孔的存在，喷涂时大量的粉末穿过网孔，不能附着在镍网上，导致粉末利用率低，常规喷涂工艺粉末利用率普遍在30%以下，没有喷到镍网上的粉末由于高温氧化等因素，不能收集后用于二次喷涂，从而导致喷涂成本偏高；另外，镍丝受粉面是弧形面，与平面相比存在着面上涂层厚度不均匀，各位置结合状况不一致等现象，导致喷涂薄弱处催化层结合力不足，服役时易脱落等问题。

3、cn101866795a公开了一种镍网阴极的制备方法，该制备方法首先在镍网阴极表面喷涂碳酸盐悬浊液，在镍网阴极表面得到致密，涂层结合力和附着力好，不易掉粉的涂层，然后对镍网阴极进行排气加工处理，最后再对镍网阴极进行老炼处理，得到的镍网阴极发射能力显著提高，使用寿命更长，并且能够长时间在高能机上使用，经济效益更好。

4、cn115198270a公开了一种耐高温镍基熔射复合网及其制备方法和应用，该发明的耐高温镍基熔射复合网通过以下方法制备得到：镀铬：取洁净的镍网，在镍网表面电镀金属铬，形成镀铬层；喷涂：在镀铬层表面喷涂复合金属粉，形成粘结层，再喷涂钇稳定氧化锆，形成陶瓷层，即得耐高温镍基熔射复合网；所述复合金属粉为mcraly复合金属粉，m为ni和/或co，al的含量为10～20wt%。该发明的复合网具有耐高温、耐腐蚀、寿命长、耐快速升降温等优点，用该复合网烧制mlcc产品可提高产品合格率。

5、目前公开的碱性电解槽的镍网催化剂涂层的喷涂工艺都有一定的缺陷，存在着粉末利用率低从而导致的喷涂成本较高，及制备得到的镍网催化剂涂层的厚度均匀性较差且与镍网的结合力较差的问题。因此，开发设计一种新型的碱性电解槽的镍网催化剂涂层及其喷涂工艺至关重要。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种碱性电解槽及其镍网催化剂涂层及其喷涂工艺与应用，本发明中提供的碱性电解槽的镍网催化剂涂层的喷涂工艺的粉末利用率较高，从而使所述喷涂工艺具有较低的喷涂成本；另外，所述喷涂工艺制备得到的镍网催化剂涂层的厚度均匀性较好且与镍网的结合力较强。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种碱性电解槽的镍网催化剂涂层的喷涂工艺，所述喷涂工艺包括：

4、（1）将两片镍网层叠后进行第一喷粉，所述第一喷粉中喷枪的喷射方向与顶层所述镍网的经线和纬线保持相同的夹角，且与顶层所述镍网平面的法线方向的角度为设定角度θ1；

5、（2）将两片所述镍网的位置调换后，以镍网平面的法向方向为轴，将所述喷枪的喷射方向旋转至与顶层所述镍网平面的法线方向的角度为设定角度θ2后进行第二喷粉，得到镍网催化剂涂层。

6、本发明中第一喷粉中喷枪的喷射方向与顶层所述镍网的经线和纬线保持相同的夹角，且与顶层所述镍网平面的法线方向的角度为设定角度θ1，所以孔面积在垂直于喷射方向上的投影面积也小于网孔的面积，减少了网孔漏过粉末的量，提高了粉末利用率。

7、本发明中第一喷粉时，主要喷涂顶部镍网，但从顶部镍网的网孔中漏过的粉末，部分会被顶部的镍网接收，从而减少了粉末的浪费，提高了上粉率；当第一喷粉结束后，将两片所述镍网交换位置，将原先的底部镍网放在上面，再将喷枪的喷射方向以顶部镍网平面的法向为轴旋转至θ2为新的喷射方向，进行第二喷粉，达到预设上粉量。

8、本发明中第一喷粉与第二喷粉的方向不完全重叠，顶部最厚处的厚度降低，内应力减小，整体厚度分布也相对更均匀，厚度适中区域占比提高，涂层与镍网的结合力增强。

9、本发明中提供的碱性电解槽的镍网催化剂涂层的喷涂工艺的粉末利用率较高，从而使所述喷涂工艺具有较低的喷涂成本；另外，所述喷涂工艺制备得到的镍网催化剂涂层的厚度均匀性较好且与镍网的结合力较强。

10、优选地，步骤（1）所述镍网为喷砂镍网。

11、优选地，所述喷砂镍网的粗糙度为sa3级别。

12、本发明中sa3级别的粗糙度为对应的ra值为0.8~2.5μm，例如可以是0.8μm、1m、1.2μm、1.4μm、1.6μm、1.8μm、2μm、2.2μm、2.4μm或2.5μm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

13、优选地，制备所述喷砂镍网的方法包括：对初始镍网进行整平后喷砂。

14、优选地，所述初始镍网包括编织镍网。

15、优选地，所述整平的方式包括使用整平机对初始镍网进行整平。

16、优选地，所述整平后得到的整平镍网的平面度不高于5mm，例如可以是5mm、4.5mm、4mm、3.5mm、3mm、2.5mm、2mm、1.5mm、1mm或0.5mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

17、优选地，所述整平与所述喷砂之间还包括依次进行的清洗与烘干。

18、优选地，所述清洗在镍网除油清洗线上进行，所述整平镍网通过含有清洗剂的清洗池。

19、优选地，所述烘干的温度为100~120℃，例如可以是100℃、102℃、104℃、106℃、108℃、110℃、112℃、114℃、116℃、118℃或120℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

20、优选地，所述喷砂采用60~90目的白刚玉砂砾，例如可以是60目、62目、65目、67目、70目、72目、75目、77目、80目、82目、85目、87目或90目，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

21、优选地，所述喷砂的压力为0.5~0.7mpa，所述喷砂中镍网各处通过有效喷砂区域的时间为10~15s。

22、本发明所述喷砂的压力为0.5~0.7mpa，例如可以是0.5mpa、0.52mpa、0.54mpa、0.56mpa、0.58mpa、0.6mpa、0.62mpa、0.64mpa、0.66mpa、0.68mpa或0.7mpa，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

23、本发明所述喷砂中镍网各处通过有效喷砂区域的时间为10~15s，例如可以是10s、10.5s、11s、11.5s、12s、12.5s、13s、13.5s、14s、14.5s或15s，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；对于则1.8m×1.8m的整张镍网，喷砂总用时为6~10min，例如可以是6min、6.5min、7min、7.5min、8min、8.5min、9min、9.5min或10min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

24、优选地，所述喷砂与步骤（1）所述第一喷粉之间的时间间隔不长于4h，例如可以是4h、3.8h、3.6h、3.4h、3.2h、3h、2.8h、2.6h、2.4h、2.2h、2h、1.8h、1.6h、1.4h、1.2h或1h，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

25、优选地，步骤（1）所述设定角度θ1为5~30度，例如可以是5度、7度、10度、12度、15度、17度、20度、22度、25度、27度或30度，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为10~20度。

26、优选地，步骤（1）所述第一喷粉中喷枪距离镍网的高度为h×cosθ1，所述h为80~150mm，例如可以是80mm、85mm、90mm、95mm、100mm、105mm、110mm、120mm、130mm、140mm或150mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

27、优选地，步骤（1）所述第一喷粉中喷枪的送粉速度为60~100g/min，例如可以是60g/min、65g/min、70g/min、75g/min、80g/min、85g/min、90g/min、95g/min或100g/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

28、优选地，步骤（1）所述第一喷粉中喷枪的移动速度为0.5~1m/s，例如可以是0.5m/s、0.6m/s、0.7m/s、0.8m/s、0.9m/s或1m/s，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；对于1.8m×1.8m的整张镍网，喷砂总用时为15~30min。

29、本发明中第一喷粉的时间根据镍网的尺寸和走枪速度可以得出。

30、优选地，步骤（1）所述第一喷粉喷出的粉末包括镍铝混合粉、镍包铝粉、铝包镍粉或镍铝合金化粉中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括镍铝混合粉与镍包铝粉的组合，镍包铝粉与铝包镍粉的组合，铝包镍粉与镍铝合金化粉的组合，或镍铝混合粉、镍包铝粉与铝包镍粉的组合。

31、优选地，步骤（2）所述设定角度θ2=-θ1。

32、优选地，步骤（2）所述设定角度θ2为-5~-30度，例如可以是-5度、-10度、-15度、-20度、-25度或-30度，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为-10~-20度。

33、优选地，步骤（2）所述第二喷粉中喷枪距离镍网的高度为h×cos(θ1+θ2)，所述h为80~150mm，例如可以是80mm、90mm、100mm、110mm、120mm、130mm、140mm或150mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

34、优选地，步骤（2）所述第二喷粉中喷枪的送粉速度为60~100g/min，例如可以是60g/min、65g/min、70g/min、75g/min、80g/min、85g/min、90g/min、95g/min或100g/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

35、优选地，步骤（2）所述第二喷粉中喷枪的移动速度为0.5~1m/s，例如可以是0.5m/s、0.6m/s、0.7m/s、0.8m/s、0.9m/s或1m/s，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；对于1.8m×1.8m的整张镍网，喷砂总用时为15~30min。

36、优选地，步骤（2）所述第二喷粉喷出的粉末包括镍铝混合粉、镍包铝粉、铝包镍粉或镍铝合金化粉中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括镍铝混合粉与镍包铝粉的组合，镍包铝粉与铝包镍粉的组合，铝包镍粉与镍铝合金化粉的组合，或镍铝混合粉、镍包铝粉与铝包镍粉的组合。

37、作为本发明所述喷涂工艺的优选技术方案，所述喷涂工艺包括：

38、（1）对编织镍网进行整平，得到平面度不高于5mm的整平镍网，依次进行清洗与烘干后喷砂，喷砂的压力为0.5~0.7mpa，喷砂中镍网各处通过有效喷砂区域的时间为10~15s，得到粗糙度为sa3级别的喷砂镍网，将两片所得喷砂镍网层叠后进行第一喷粉；

39、所述第一喷粉中喷枪的喷射方向与顶层所述镍网的经线和纬线保持相同的夹角，且与顶层所述镍网平面的法线方向的角度为设定角度θ1，θ1为5~30度；喷枪距离镍网的高度为h×cosθ1，所述h为80~150mm，喷枪的送粉速度为60~100g/min，喷枪的移动速度0.5~1m/s；

40、（2）将两片所述镍网的位置调换后，以镍网平面的法向方向为轴，将所述喷枪的喷射方向旋转至与顶层所述镍网平面的法线方向的角度为设定角度θ2后进行第二喷粉，得到镍网催化剂涂层；

41、θ2为-θ1，第二喷粉中喷枪距离镍网的高度为h×cosθ2，所述h为80~150mm，喷枪的送粉速度为60~100g/min，喷枪的移动速度为0.5~1m/s。

42、第二方面，本发明提供了一种碱性电解槽的镍网催化剂涂层，所述镍网催化剂涂层由第一方面所述的喷涂工艺得到。

43、第三方面，本发明提供了一种碱性电解槽，所述碱性电解槽包括第二方面所述的镍网催化剂涂层。

44、第四方面，本发明提供了一种第三方面所述碱性电解槽的应用，所述碱性电解槽用于碱性环境下的电解水制氢。

45、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

46、本发明中提供的碱性电解槽的镍网催化剂涂层的喷涂工艺的粉末利用率较高，从而使所述喷涂工艺具有较低的喷涂成本；另外，所述喷涂工艺制备得到的镍网催化剂涂层的厚度均匀性较好且与镍网的结合力较强。