[發明專利]一種金屬鈦材料的處理方法

有效

• 申請號: 201110435903.9
• 申請日: 2011-12-22
• 公開（公告）號: CN103173835A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 邵志剛;張林松;俞紅梅;王浚英;衣寶廉
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: C25D11/26
• 分類號: C25D11/26;C25D3/48;C25D3/50;C25D3/56;C25D9/04;H01M4/86
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

技術領域

本發明涉及化學電源儲能領域，具體為一種鈦材料的處理方法及其在氫溴酸電解池中的應用。本發明不僅限于在氫溴酸電解池中的應用，還可作為擴散層或電極在氫溴燃料電池和氫溴可再生儲能電池中使用。

背景技術

隨著經濟的發展和人們生活水平的提高，整個社會對電能的需求越來越多，依賴程度也越來越高?；茉促Y源的有限性及其過度使用所帶來的環境污染，促使人們越來越重視對清潔、可再生能源的開發和利用。氫氣以其清潔、高效、無污染等優點，被視為最理想的能源載體。由于溴電極比氧電極具有更高的可逆性，電解氫溴酸制氫與電解水制氫相比電解電壓更低，具有更高的能量效率。工作時，電解液通過循環泵輸送到電解池內，在電極上完成電化學反應后流回到儲液罐中。其電極反應為：

陽極反應：2Br^-→Br₂+2e^-E°＝1.098V

陰極反應：2H⁺+2e^-→H₂??E°＝0.000V

在標準狀態下，電解池的正負極電勢差是1.098V。

美國專利US4520081中提出一種氫溴燃料電池的結構。該電池既可以用于燃料電池也可以作為電解池使用。電池端板材料采用石墨，溴電極和氫電極流場均為石墨氈，氫電極則是在石墨上鍍鉑，使用的電解質膜是質子交換膜。美國專利US5833834中發明一種制氫系統，包括氫溴酸電解池、氫溴燃料電池和太陽能反應器。該專利中對于電解池和燃料電池均未給出具體結構。專利WO2006110780發明一種電化學制氫方法，利用電解池電解SO₂和水或電解HBr氣體制備氫氣。電解池采用質子交換膜，陰陽極為多孔氣體擴散電極，催化劑為RuO₂或Pt，流場為多孔碳。專利WO2010124041使用電解池電解氫溴酸溶液制備溴和氫氣，但未給出電解池具體結構和材料。中國專利CN101457367A描述了一種固體聚合物電解質水電解槽，陽極流場采用多孔鈦、鈦網、鈦金屬氈。專利CN101388463A，描述了一種質子交換膜水電解膜電極的制備方法，支撐層采用鈦網，擴散層采用涂覆貴金屬的多孔碳或多孔鈦材料。中國專利CN1988226A描述了一體式可再生燃料電池雙效氧電極擴散層的制備方法，表面鍍鉑或金的鈦網、鈦氈與支撐擴散層前驅體制備一體化抗腐蝕擴散層。與納米二氧化鈦粉末相比，二氧化鈦納米管陣列具有更高的光電轉化效率和光催化性能，在太陽能電池和光催化等方面具有不可估量的潛在應用價值。專利CN101748463、CN102220616和CN102212862分別報導了在鈦基底上制備大面積無缺陷、形貌規整的二氧化鈦納米管陣列的方法，其氧化電壓在5-100V之間，氧化時間都大于30min。

以上專利中氫溴酸電解池使用碳材料而未使用鈦材料作為流場或擴散層，固體聚合物電解質水電解槽和一體式可再生燃料電池使用鈦材料作為流場或擴散層未經進一步處理，表面積小、無催化活性或催化活性低；二氧化鈦納米管陣列的制備中氧化時間要大于30min，耗時較長，并且二氧化鈦是半導體材料電導率低，將二氧化鈦納米管陣列應用于氫溴酸電解池體系必將增加電解池的接觸電阻，提高電解電壓。

發明內容

本發明的目的就是針對現有技術的不足而提供一種處理工藝簡單、顯著降低電解電壓、提高能量效率的金屬鈦材料的處理方法。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種金屬鈦材料的處理方法，其處理方法為：

1)將金屬鈦材料表面凈化處理；

2)將處理過的金屬鈦材料作為陽極，鉑片或石墨片作為陰極，放入電解液中進行恒壓陽極氧化；

3)氧化后在其表面電沉積一層貴金屬催化劑；或氧化后在其表面涂覆一層貴金屬催化劑前軀體后，放入馬弗爐或管式爐中300-500℃焙燒1-2h。

所述金屬鈦材料為燒結多孔鈦、鈦氈、鈦網或泡沫鈦。

金屬鈦材料表面凈化處理除去鈦材料表面的油污和氧化物，過程為：將金屬鈦材料依次用丙酮、乙醇、去離子水超聲清洗除油，用拋光液(HF∶HNO₃∶H₂O體積比1∶4∶5)除表面氧化物。

所述電解液溶質為氟化物，溶劑為水，添加劑為有機溶劑，氟化物含量為0.1-0.5wt.％，水含量為1-10wt.％，剩余為有機溶劑；所述氟化物為HF或NH₄F，所述有機溶劑為乙二醇、丙三醇、N-甲基甲酰胺或二甲基亞砜其中的一種或乙二醇與二甲基亞砜任意比例混合。