[發明專利]一種碳化鈮和碳化鉭電極的制備方法

在審

• 申請號: 201210194528.8
• 申請日: 2012-06-14
• 公開（公告）號: CN103482625A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 程杰;高辰;劉東陽;文越華;徐艷;趙鵬程;曹高萍;楊裕生;謝自立
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍63971部隊
• 主分類號: C01B32/914
• 分類號: C01B32/914;H01M4/16
• 代理公司: 中國人民解放軍防化研究院專利服務中心 11046
• 代理人: 劉永盛

本發明屬于電化學工程與工業領域，特別涉及到一種碳化鈮和碳化鉭電極的制備方法，使用金屬鈮或鉭的板、片、箔或絲，在600～1200℃的氣體保護下和碳、一氧化碳、環氧樹脂等反應，可以在鈮和鉭的外表面得到致密的碳化鈮和碳化鉭層，內部仍為金屬鈮和鉭，既有金屬的柔韌性、強度等優勢，又有導電的碳化鈮和碳化鉭層作為強耐腐蝕層，可以作為形穩陽極使用于硫酸、鹽酸、氯堿電解等電解液中。該制備方法具有操作步驟少、工藝簡單、質量穩定的優點，特別適合用于制備液流電池、二次電池、電解工業的電極。

技術領域

本發明屬于電化學工程與工業領域，特別涉及到一種碳化鈮和碳化鉭電極的制備方法。

背景技術

鉛酸蓄電池為強酸性體系二次電池，由于鉛資源豐富、價格低、電池工藝成熟、適用范圍廣、具有良好的可逆性，仍廣泛地在海陸空各個領域中使用。鉛酸電池中作為傳導電流和支撐活性物質的板柵，對于電池的循環壽命的影響非常大。自從鉛酸蓄電池問世以來，鉛酸電池的板柵經歷了許多技術上的改進。

對板柵合金材料而言，尤其是正極板柵，首先要求板柵本身的電阻要小，以加強極板的導電能力，并使電極內部電流均勻分布；其次，板柵必須有足夠的硬度和強度，能承受制造過程及隨后的電池工作期間的機械作用和所遭受的各種變形應力；此外，板柵應具有良好的耐腐蝕性，它的結構和組織應能抵抗充放電或擱置期間電解液的腐蝕。

鉛銻合金是目前最為典型的鉛酸電池板柵材料。同時，鉛銻合金正極板柵的腐蝕、變形也是鉛酸蓄電池使用壽命終止的重要原因。鈦及鈦合金密度很低，硬度極高，在硫酸中極其穩定，耐腐蝕，有中等的導電性，不易變形，能提高電池的質量比能量。但當其被陽極氧化時，表面會發生鈍化，生成具有半導體特性的氧化鈦膜，阻止了鈦與正極活性物質之間的電接觸。幾十年來對鈦基板柵的研究大多集中在對其表面的處理上，離實際應用還存在很大的距離。

電合成、電解與電鍍工業中需要穩定的、耐腐蝕的陽極用于輔助電極，既不影響電合成與電鍍的反應，又能夠降低能耗。釕鈦涂層鈦陽極以其壽命長、催化活性好、導電性優良、價格適中、污染小等優點，在電合成、電解與電鍍工業中得到了廣泛的應用，被譽為“尺寸穩定性陽極”(DSA)。DSA陽極發明至今，涂層配方、涂覆工藝以及涂層結構等方面的研究很多，但活性和耐蝕性之間的矛盾仍無法從根本上克服。

本發明擬采用的過渡金屬鈮、鉭性質相似，均屬高導電性稀有金屬，富延展性和抗腐蝕性，高溫下可與碳直接化合，生成的碳化物導電性好，具有高強度、耐磨、抗氧化、耐化學腐蝕等顯著特點。可見，被覆致密碳化物保護層的鈮、鉭材料是理想的強腐蝕性電解液體系電極材料。

為提高材料的耐腐蝕性和耐熱沖擊性能，中國專利200680000138.5提供了一種在1600～2400℃熱處理提高被覆膜碳化鉭的結晶性來制造碳化鉭被覆材料的方法。為防止熱應力開裂、延長使用壽命，中國專利200710175320.0提出了一種在惰性氣體保護下，1700～2200℃下3～6小時以石墨將鉭坩堝表面碳化，獲得不同碳化深度的分體式鉭坩堝的制造方法。中國專利200610166023.5、200910243825.5和201110047294.X提出了在真空或非氧化氣氛下，以鉭廢料、五氯化鉭、氫氧化鉭為原料，分別與單寧酸、活性炭粉末、碳黑在1200～1400℃下反應，制備碳化鉭粉末的方法。以上所述均采用了較高的碳化鉭生成溫度(1200℃以上)，忽略了金屬鉭的柔韌性和強度優勢，特別是碳化鉭粉末的制備。目前，碳化鈮和碳化鉭作為強耐腐蝕性、高導電性電極的研究未見有報道。

本發明提出在鈮和鉭的外表面被覆致密碳化層，內部仍為金屬鈮和鉭，既有金屬的柔韌性、強度等優勢，又有導電的碳化層作為強耐腐蝕層，作為電極可以用作形穩陽極使用于硫酸、鹽酸、氯堿電解等強腐蝕性電解液中。該制備方法具有操作步驟少、工藝簡單、質量穩定的優點，特別適合用于液流電池、二次電池、電解工業的電極。

發明內容

本發明的目的是提供一種具有強耐腐蝕性、高導電性的碳化鈮或碳化鉭電極的制備方法。