[發(fā)明專利]一種碳納米管和/或石墨烯增強(qiáng)鉛基復(fù)合陽極制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410373837.0
• 申請日: 2014-08-01
• 公開（公告）號: CN104131318A
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊長江;蔣國祥;蔡曉蘭;翟大成
• 申請（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號: C25C7/02
• 分類號: C25C7/02;C25C5/02
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種碳納米管和/或石墨烯增強(qiáng)鉛基復(fù)合陽極制備方法，屬于新材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

工業(yè)電積一般用鉛合金作陽極，因其價格低廉、易加工成型、在硫酸溶液中的電化學(xué)性能較穩(wěn)定，如鋅電積一般用Pb–Ag(0.5wt.%~1.0wt.%)陽極，銅電積則采用Pb-Sb、Pb-Ca-Sn陽極。但鉛合金陽極在生產(chǎn)中存在諸多缺陷，主要有：析氧電位高，密度大，強(qiáng)度低，易變形而造成短路等。冶金行業(yè)多年來致力于研發(fā)高強(qiáng)度、耐腐蝕、導(dǎo)電性好、析氧電位低、價格便宜、壽命長的新型節(jié)能陽極材料。

為解決鉛及其合金陽極存在的問題，主要從鉛陽極改良，即通過合金化、表面改性；非鉛金屬基陽極，如鈦基、鋁基、不銹鋼基和鎳基等陽極；用導(dǎo)電有機(jī)聚合物作陽極材料等三個方面進(jìn)行，并取得了一定的效果。公開號CN200910237560.8的專利公開了屬于電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的一種復(fù)合陽極及其制備方法。該復(fù)合陽極由二氧化鉛粉末、改性金屬氧化物粉末和粘合劑粉末經(jīng)壓片制得，各組分的質(zhì)量百分比為：二氧化鉛粉末≥65％，5％≤改性金屬氧化物粉末≤30％，粘合劑粉末≤5％。本發(fā)明的復(fù)合陽極在節(jié)約電耗和提高使用壽命上都比普通的基體PbO₂陽極更具優(yōu)勢。本發(fā)明制備方法屬于無基體制備法，從根本上避免了鍍層脫落、析氧電位高等問題。公開號CN201310542693.2的專利公開了一種多孔二氧化鉛材料的制備方法。包括對聚氨酯海綿基底依次進(jìn)行除油、粗化、中和、預(yù)浸和化學(xué)氧化處理后作為陽極，以純鉛板作陰極進(jìn)行電化學(xué)氧化處理，最后固化，干燥得到多孔二氧化鉛材料。公開號CN201210084089.5的專利提出一種鋁基鉛及鉛合金復(fù)合陽極制備方法，工藝步驟：按鉛或鉛合金各組元比例配制澆鑄成鉛合金棒材；在鋁基材料棒材表面加工若干條沿長度方向的線狀燕尾槽；加工好燕尾槽的鋁基材料棒材表面拉毛處理；鋁基材料和鉛或鉛合金棒材送入包覆設(shè)備進(jìn)行包覆鉛或鉛合金包覆材料層；包覆完后在包覆材料層表面立即進(jìn)行增表處理得到圓弧凸凹狀或鋸齒狀花紋；冷卻即為復(fù)合材料；復(fù)合材料外表面經(jīng)增表處理再經(jīng)外形加工成陽極板面，由純鉛與銅排澆鑄的導(dǎo)電梁，陽極板面和導(dǎo)電梁通過乙炔焰焊接成陽極。應(yīng)用于有色金屬電積過程可顯著提高陽極板的導(dǎo)電性能，提高有色金屬電積過程的電流效率，顯著降低電積過程的能耗。公開號CN201310311974.7的專利提出了一種鈦基納米二氧化鉛的制備方法。公開號CN201310114311.6的專利公開一種不銹鋼基二氧化鉛電極的制備方法。

上述陽極較傳統(tǒng)的鉛及其合金陽極性能有所改進(jìn)，但依然存在成本高、使用壽命有限、機(jī)械性能不足的問題，從而限制了其廣泛的推廣使用。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及不足，本發(fā)明提供一種碳納米管和/或石墨烯增強(qiáng)鉛基復(fù)合陽極制備方法。該方法在特定的碳納米管和/或石墨烯-鉛鹽溶液中，通過復(fù)合電沉積制得碳納米管和/或石墨烯-鉛基復(fù)合粉體，復(fù)合粉體經(jīng)冷壓、燒結(jié)制得復(fù)合陽極。由于碳納米管和/或石墨烯具有優(yōu)異的力學(xué)和電學(xué)性能，制得的復(fù)合陽極機(jī)械性能提升，導(dǎo)電能力增強(qiáng)，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)。

一種碳納米管和/或石墨烯增強(qiáng)鉛基復(fù)合陽極制備方法，其具體步驟步驟如下：

（1）配置電解液：首先將可溶性鉛鹽、支持電解質(zhì)、碳納米管和/或石墨烯、分散劑和水混合均勻后配置成電解液，其中電解液中可溶性鉛鹽濃度為0.001~0.1mol/L，支持電解質(zhì)濃度為0.5~5mol/L，碳納米管和/或石墨烯濃度為0.01~4g/L，分散劑濃度為0.5~10g/L，剩余為水；

（2）復(fù)合電沉積過程：以金屬鉛為陽極，鈦為陰極，在控制電解液溫度為20~80℃、陰極電流密度為200~500mA/cm²條件下，在步驟（1）配置的電解液中電沉積50~200min，即能在陰極得到碳納米管和/或石墨烯鉛基復(fù)合粉體；

（3）制備復(fù)合陽極：將步驟（2）中得到的碳納米管和/或石墨烯鉛基復(fù)合粉體在20~50MPa下冷壓成型，在250℃還原性氣氛下燒結(jié)4h即制得復(fù)合陽極。

所述步驟（1）中的可溶性鉛鹽為乙酸鉛、硝酸鉛、硅氟酸鉛或氟硼酸鉛。

所述步驟（1）中的支持電解質(zhì)為乙酸、硼酸、硼酸鈉、乙酸鈉、硅氟酸鈉、氟硼酸鈉中的一種或兩種任意比例混合物。

所述步驟（1）中的碳納米管/石墨烯首先經(jīng)硫酸、硝酸、鹽酸或者這些酸的混合物的酸化，碳納米管為多壁碳納米管或單壁碳納米管中的一種或兩種任意比例混合物。