[發明專利]用于電化學用途的具有機械粗糙化表面的電極

有效

• 申請號: 200880007411.6
• 申請日: 2008-04-17
• 公開（公告）號: CN101626846A
• 公開（公告）日: 2010-01-13
• 發明（設計）人: D·F·迪弗蘭克
• 申請（專利權）人: 德諾拉工業有限公司
• 主分類號: B21B1/22
• 分類號: B21B1/22;H01M4/66;C25B11/00;H01M4/70;C25B11/02
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 李 帆

發明領域

本發明涉及用于電化學用途的電極，特別涉及用于電解槽(cell) 的金屬電極。

發明背景

存在已知的若干使用涂覆的金屬電極的工業電化學方法。氯堿電 解給出了特別相關的例子，其中目前使用配備有鎳陰極和鈦陽極的槽。 為了降低作為槽電壓的直接函數的能量消耗，在鎳和鈦支承基材上施 加催化層。特別地，類似情形適用于其它重要的電化學方法例如水電 解、金屬電解冶金、電鍍和水處理。因為大多數電化學反應涉及氣體 的析出，該析出使相關催化層受到連續的機械應力，這樣的層對金屬 基材的附著在獲得工業上可接受的使用壽命中起著關鍵作用。本領域 技術人員已知，催化層的附著與支承基材的表面粗糙性輪廓 (roughness?profile)(下文稱作“接納表面”)嚴格相關，粗糙性主 要起到錨固要素的作用。

技術文獻公開了幾種用于給接納表面賦予粗糙性的處理。一種工 序由噴射沙子或砂粒構成，其中金屬表面通過帶有沙子或砂粒的高壓 空氣的碰撞射流進行磨蝕，即干式噴砂，或者通過帶有沙子或砂粒的 高壓水的碰撞射流進行磨蝕，即濕式噴砂。這些處理將很大量的能量 注入到金屬結構內，結果產生內應力。當使用例如厚度小于1mm的薄 金屬片材時，內應力可能產生變形，結果失去平整性。由于該原因， 干式或濕式噴射僅可適用于相對厚的片材。然而，對于厚片材，機械 噴砂作用帶來很大硬度提高，這在施加催化層期間可導致裂紋。粗糙 性輪廓的品質表現出這種方法的另外缺點，所述粗糙性輪廓難以控制 并且取決于若干制備參數的組合，所述參數例如沙子或砂粒的尺寸分 布、空氣或水的壓力、噴嘴的尺寸和射流與表面的角度。另外，一旦 完成沙子或砂粒噴射，則接納表面有可能被撞擊在金屬上的顆粒污染， 所述顆粒負面地影響催化層的附著性。最后，隨著顆粒尺寸降低，在 一定數目的加工小時后必須排出沙子或砂粒物料，結果降低磨蝕效率。 受被處理金屬基材的磨蝕顆粒污染的沙子或砂粒的處理是困難且高成 本的。

本領域中已知的其它技術包括沙子或砂粒噴射并結合在HCl中首 次蝕刻，熱處理后接著蝕刻，和金屬或陶瓷氧化物的熔體噴施從而允 許生長粗糙層。然而，每一種這些技術均具有相關缺點。

因此，希望提供這樣的方法，該方法在預處理接納表面的同時， 避免了以下問題：預處理表面不足的潔凈度負面地影響催化層附著性 的麻煩，預先確定賦予的粗糙性程度的困難，在工業生產的同一樣品 內或不同樣品間接納表面的品質方面缺乏再現性，和處理廢棄的沙子 或砂粒物料以及廢舊蝕刻液的費用。

發明概述

在一個實施方案中，本發明針對于制造用于電化學用途的電極基 材的方法，該方法包括通過在軋機的兩個輥子之間光整冷軋所述金屬 片材將表面粗糙性輪廓圖案壓印到金屬片材的至少一個主表面上，至 少一個輥子具有所述粗糙性輪廓圖案的負像。

在另一個實施方案中，本發明針對于用于工業電化學用途的電極， 該電極包含涂覆有催化層的金屬基材，所述基材包括金屬片材，該金 屬片材具有通過在軋機的兩個輥子之間光整冷軋所述金屬片材而提供 的表面粗糙性輪廓圖案，至少一個所述輥子具有所述粗糙性輪廓圖案 的負像。

發明詳述

出于本發明的目的，下面術語將具有如下含義：

術語“a”或“an”實體是指一個或多個實體；例如，“陽極”是 指一個或多個陽極即至少一個陽極。因此，在本文中可互換地使用術 語“a”或“an”、“一個或多個”和“至少一個”。還將指出的是， 可互換地使用術語“包含”、“包括”和“具有”。此外，“選自...... 中的一種或多種”化合物是指在后繼的羅列中的一種或多種化合物， 包括兩種或更多種化合物的混合物(即組合)。

術語“負像”定義為具有基本上相同的突出和凹陷幾何分布以及 基本上相同的規律性和再現性方面的品質的鏡像；“負像”的特征不 在于相同的平均粗糙度的絕對值，因為必須考慮到機械轉印過程中接 納表面一定程度的彈性回復。

如本領域所已知的，主要通過降低槽電壓來減少電能消耗，降低 槽電壓進而可通過提供具有適當催化層的陽極和/或陰極得以實現，所 述催化層能夠促進所需電化學過程例如氫、氯或氧的析出。本發明針 對于用作電極支承基材的金屬片材的預處理方法，所述電極將作為陽 極或陰極安裝在電化學槽中，在所述電化學槽中，使電能消耗最小化 是最重要的。