[發(fā)明專利]一種電極及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510768203.X
• 申請(qǐng)日: 2015-11-12
• 公開（公告）號(hào): CN105274557A
• 公開（公告）日: 2016-01-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱君秋;吳允苗;謝建達(dá);鐘海長(zhǎng);左娟;祝雪雙;牒韻
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廈門理工學(xué)院
• 主分類號(hào): C25B11/02
• 分類號(hào): C25B11/02
• 代理公司: 廈門市精誠(chéng)新創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 35218
• 代理人: 方惠春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電極，尤其是一種在電解行業(yè)使用的電極以及該電極的制備方法。

背景技術(shù)

電極的性能直接影響到電解行業(yè)生產(chǎn)效率的高低、能耗、產(chǎn)品的成本和質(zhì)量，因此，在電解工業(yè)的發(fā)展過程中，研制性能優(yōu)異的新型電極始終受到各國(guó)研究人員和工程技術(shù)人員的重視。

最初，石墨電極運(yùn)用于電解行業(yè)，鹽水電解要求電極對(duì)氯的析出具有良好的電催化性能，耐久性好，并具有抑制氧析出的能力。當(dāng)鹽水濃度高時(shí)，石墨電極能充分滿足上述要求，但也存在如下缺點(diǎn)：電阻大，電能消耗大；隨著電化學(xué)反應(yīng)過程的進(jìn)行，電極損耗量增大，電極極距發(fā)生變化，造成電解生產(chǎn)不穩(wěn)定，析氯反應(yīng)的活性表面難以穩(wěn)定維持等。為了克服石墨電極以上缺點(diǎn)，人們發(fā)明了鉛基合金電極用來(lái)取代石墨電極。鉛基合金電極具有價(jià)格便宜，容易成形，表面氧化物即使破損也能自動(dòng)修復(fù)，在電解液中操作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。但其存在下列致命缺點(diǎn)：電極重量大，強(qiáng)度低，在使用中容易發(fā)生變形，造成短路，降低電流效率；電極導(dǎo)電性能不夠好，電能消耗比較大。

二十世紀(jì)60年代，荷蘭人HenriBernardBeer經(jīng)過多年的努力，找到長(zhǎng)壽命、電化學(xué)催化性能高、無(wú)二次污染的新型陽(yáng)極—鈦基板上涂覆釕氧化物系不溶性陽(yáng)極（簡(jiǎn)稱為DSA），并在1968年實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。涂層鈦陽(yáng)極的出現(xiàn)，克服了傳統(tǒng)的石墨，鉛基合金電極存在的缺點(diǎn)，解決了日常生活和生產(chǎn)實(shí)踐中遇到的許多問題，使電解工業(yè)部門生產(chǎn)面貌大為改觀。自金屬陽(yáng)極工業(yè)化后，從價(jià)格、機(jī)械加工性能等方面考慮，目前工業(yè)上大都采用金屬鈦?zhàn)麝?yáng)極的基體。

最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的金屬陽(yáng)極是析氯型金屬陽(yáng)極。如以鈦為基體，RuO₂-TiO₂為活性涂層的釕-鈦陽(yáng)極(Ti/RuO₂-TiO₂)；或者以鈦為基體，以RuO₂-SnO₂為活性涂層的釕-錫陽(yáng)極(Ti/RuO₂-SnO₂)。以上陽(yáng)極涂層中，RuO₂活性氧化物起電催化作用，TiO₂和SnO₂作為輔助氧化物，起穩(wěn)定RuO₂的作用。

然而，DSA陽(yáng)極也存在一些缺點(diǎn)：1）采用高活性配方的涂層在其活性的提高同時(shí)降低了涂層的工作壽命；2）涂層的析氯活性的提高，往往導(dǎo)致析氧活性也提高，降低了電極的反應(yīng)選擇性，使產(chǎn)品的質(zhì)量下降；3）涂層的活性組元主要為貴金屬元素，其價(jià)格昂貴，用量大，使得電極成本過大；4）涂層的骨架主要為鈦、鉭等超耐腐蝕的閥金屬作為基體，這些金屬材料價(jià)格與其它常見的金屬相比，價(jià)格要出一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)，比如優(yōu)質(zhì)工業(yè)級(jí)鈦板材的市場(chǎng)價(jià)都要在180元/公斤以上，而不銹鋼、鋁材等常見金屬價(jià)格在幾元錢至十幾元錢每公斤。5）由于氧化物涂層存在大量的空隙和裂紋，使用過程電解液、氧原子容易與基材鈦接觸，并在鈦表面形成一層鈍化層，導(dǎo)致陽(yáng)極快速失效。

在開發(fā)新型電極方面，導(dǎo)電聚合物的發(fā)現(xiàn)引起了研究工作者的注意。聚合物陽(yáng)極是在銅芯上包覆導(dǎo)電聚合物而構(gòu)成的連續(xù)性陽(yáng)極，也稱柔性陽(yáng)極或纜形陽(yáng)極。銅芯起導(dǎo)電的作用，而導(dǎo)電聚合物則參與電化學(xué)反應(yīng)。但導(dǎo)電聚合也存在以下技術(shù)問題：1）由于導(dǎo)電聚合物電導(dǎo)率低，與其它陽(yáng)極相比，其工作電流密度很低，因此僅能作為陰極保護(hù)用電極，不能作為電解電極使用，其電流密度一般應(yīng)控制在80mA/m²以下。對(duì)與電流密度高達(dá)數(shù)百安乃至數(shù)千安每平面米的電解工業(yè)，如高速電積鋅，電解銅箔、電鍍，以及電解處理污水領(lǐng)域以及其它電解領(lǐng)域，導(dǎo)電聚合物電極顯得無(wú)能為力；2）導(dǎo)電聚合物活性差，單純以導(dǎo)電聚合物作為電催化反應(yīng)活性點(diǎn)，容易導(dǎo)致電極的性能不穩(wěn)定，如快速失效，槽壓過高等問題。

專利申請(qǐng)CN103718254A公開了一種導(dǎo)電的金屬/塑料雜合物，其包括聚合物材料的基質(zhì)、由具有第一熔化溫度的金屬制成的并嵌入于所述基質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)和具有高于第一熔化溫度的第二熔化溫度的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的金屬，其以聚合物為基質(zhì)，金屬為填充物，需要將金屬加熱至較高溫度以達(dá)到熔化狀態(tài)，消耗能量較高。另外，該導(dǎo)電材料沒有電催化活性，因此不能作為電解工業(yè)用的電催化陽(yáng)極。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的問題是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，解決DSA陽(yáng)極和聚合物陽(yáng)極存在的問題，并利用兩者各自的優(yōu)勢(shì)，提出一種新型的電極及其制備方法。