[發明專利]用于電解工藝的電極及其制造方法

有效

• 申請號: 201280018291.6
• 申請日: 2012-05-03
• 公開（公告）號: CN103702756A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: M·布里奇斯;A·L·安托茲;A·卡爾德拉拉
• 申請（專利權）人: 德諾拉工業有限公司
• 主分類號: B01J23/46
• 分類號: B01J23/46;C25B11/04;H01M4/90;C23C18/12
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 陳季壯

技術領域

本發明涉及一種用于電解工藝的電極，特別涉及一種適合用于在工業電解工藝中析氫的陰極，并且涉及一種制造其的方法。

發明背景

本發明涉及一種用于電解工藝的電極，特別涉及一種適合用于在工業電解工藝中析氫的陰極。用于同時生產氯氣和堿的堿鹽水電解以及電化學生產次氯酸鹽和氯酸鹽的工藝是具有陰極析氫的工業電解應用的最典型實例，但是該電極不限于任何特定的應用。在電解工藝工業中，競爭力與幾個因素相關聯，其中主要的是能量消耗的減少，這直接與過程電壓相關聯；這證明了致力于減少后者（陰極過電壓必須被算作其中之一）的各種組成部分的許多努力是正確的。陰極過電壓，可以通過沒有催化活性的、具有化學上耐受的材料（例如碳鋼）的電極來自然地獲得，長期被認為是可接受的。然而，在特定的情況下，市場要求越來越高的苛性產物濃度，這利用了由于腐蝕問題而不可行的碳鋼陰極；此外，能量成本上的增加利用了可取的催化劑以促進陰極析氫。一種可能的解決方案是使用的鎳基底（比碳鋼在化學上更耐受）以及鉑基催化涂層。此種類型陰極的特征通常為可接受的陰極過電壓，然而由于鉑的使用和有限的運行壽命（很可能是由于涂層與基底的不良粘附性）而呈現出非常高的成本。通過將鈰添加至催化涂層配制品（任選地作為對下面的鉑基催化層具有保護性功能的多孔外層）中可以獲得鎳基底上催化涂層的粘附性的部分改進；然而，在工業設備出現故障的情況下不可避免地產生了偶然電流反向之后，該類型的陰極傾向于遭受嚴重的損壞。

通過用由兩種不同的相（一個第一相包含貴金屬基催化劑并且一個第二相具有保護性功能，該第二相包含鈀，任選地與銀混合）組成的一個涂層來活化該鎳陰極基底，可獲得電流反向耐受性的部分改進。然而，該類型的電極僅僅在該貴金屬相包含高量值的鉑（優選其中顯著添加了銠）的情況下才呈現出充分的催化活性；例如，在催化相中用更廉價的釕替代鉑必然突然開始顯著較高的陰極過電壓。此外，制造由兩種不同相組成的涂層需要極其細致的工藝控制以便獲得充分可重復的結果。

因此，對用于工業電解工藝、特別是用于具有陰極析氫的電解工藝的一種新型陰極組合物的需要變得明顯，與現有技術相比，該新型陰極組合物的特征為相等或更高的催化活性、更低的原材料總成本、制備過程中更高的重復性以及在通常運行條件下相等的或更高的壽命以及對偶然電流反向的耐受性。

發明概述

在所附的權利要求中闡述了本發明的各個方面。

在一個方面，一種用于電解工藝的電極包含一種金屬基底，該金屬基底例如由鎳、銅、或碳鋼制成，并且涂覆有一個外部催化層，該外部催化層包含4g/m²至40g/m²晶體釕氧化物，該晶體釕氧化物具有一個高度有序的金紅石型結構，即，具有特征為小于的德拜-沃勒因子的Ru-Ru和Ru-O鍵長。諸位發明人觀察到金紅石型RuO₂晶體的此種高度有序能夠給予出人意料的催化活性和電流反向耐受性的特征。

在一個實施例中，該外部催化層進一步包含1g/m　至10g/m　處于氧化物形式的稀土元素，任選地鐠。對于給定的釕負載而言，這可以具有進一步增加的電流反向耐受性的優點。

在一個實施例中，該電極進一步包括一個插入在該基底與該外部催化層之間的內部催化層；該內部催化層具有適量的處于金屬或氧化物的形式的鉑，例如介于0.5g/m　與2g/m　之間。這可以具有以下優點：明顯地改進電極對電流反向的耐受性、出人意料地使它達到與用高量值的純鉑（更堅固，但比釕昂貴得多）激活的電極的那些特征非常接近的值。

在一個實施例中，該金屬基底由一個鎳網狀物或沖孔片材組成。