[發明專利]陰極電沉積法制備錳鈷復合材料的方法

有效

• 申請號: 201810229853.0
• 申請日: 2018-03-20
• 公開（公告）號: CN108441911B
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發明（設計）人: 蔣良興;楊凡;劉芳洋;賴延清;李劼
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C25D9/06
• 分類號: C25D9/06
• 代理公司: 長沙智德知識產權代理事務所(普通合伙) 43207
• 代理人: 陳銘浩

本發明公開了一種陰極電沉積法制備錳鈷復合材料的方法，其包括：在電解槽中加入含錳離子和鈷離子的電鍍液，將復合陽極和不銹鋼陰極插入電解槽內，在室溫下恒流電鍍預設時間；其中，復合陽極包括質量百分比為10～30％的錫和質量百分比為0.1～5％的鈷，余量為鉛。本發明可以在同一個電解槽中完成在不銹鋼陰極上電沉積Mn?Co尖晶石涂層的工序，電沉積過程中無MnO₂生成，既減少了MnO₂顆粒夾雜對涂層性能的影響，又降低了電鍍液中錳離子的消耗。

技術領域

本發明涉及濕法冶金技術領域，尤其涉及一種陰極電沉積法制備錳鈷復合材料的方法。

背景技術

錳鈷復合材料具有良好的熱穩定性及導電性，其中應用最為廣泛的是Mn-Co尖晶石涂層，通過調整復合材料中Mn和Co的比例，可獲得良好的導電性。Mn-Co尖晶石涂層被認為是最有希望作為固體氧化物燃料電池(SOFC)連接體涂層的材料，SOFC的工作電壓一般低于1伏，需要采用連接體材料將單體電池串聯起來組成電池堆。連接體是SOFC的關鍵部件，目前，用做連接體的材料主要為鐵素體合金。固體氧化物燃料電池的工作溫度較高(通常高于800℃)，如果不對連接體材料表面進行預處理，鐵素體合金較容易在高溫、濕潤的條件下氧化，從而影響SOFC的電化學性能和使用壽命。

目前常通過陰極電沉積法在不銹鋼上制備Mn-Co尖晶石涂層，其具備以下優勢：工藝簡單、成本低廉、制備速率快、涂層性能優異(比如結合力好、孔隙率低)、試樣外形無限制等。

陰極電沉積法制備Mn-Co尖晶石涂層的過程中通常選用石墨或鉑做陽極。但是，石墨電極在酸性溶液中長時間服役后容易出現膨脹、脫落的現象，不宜用作陽極；鉑電極存在價格昂貴、資源稀缺、不易加工成型、難于擴大應用的問題。而且鉑電極在含有硫酸錳的電鍍液中極容易誘導MnO₂的生成，陽極泥的主要成分為MnO₂，隨著電鍍時間的延長，電鍍液的顏色由清澈變為渾濁，且陰極電流效率也隨之下降，顆粒狀的MnO₂在電遷移的作用下會移動到陰極表面參與共沉積反應，這對Mn-Co尖晶石涂層來說是極為有害的。為了抑制MnO₂的生成對電流效率的影響，有報道采用添加隔膜的方法把陰極液和陽極液分隔開來，陽極液中不添加錳離子，從而不產生陽極泥。但該方法對隔膜材質的要求較高，如果采用離子交換膜則會帶來溶液流動性差、電導降低的問題，電鍍液中存在多種離子，離子交換膜的普片適用性差，且隔膜的價格昂貴，造成電鍍成本的攀升。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種陰極電沉積法制備錳鈷復合材料的方法，旨在解決現有選用鉑作為陽極來制備錳鈷復合材料所造成的陽極泥的大量生成的技術問題。

為實現上述目的，本發明提供的陰極電沉積法制備錳鈷復合材料的方法，包括以下步驟：

在電解槽中加入含錳離子和鈷離子的電鍍液，將復合陽極和不銹鋼陰極插入電解槽內，在室溫下恒流電鍍預設時間；

其中，復合陽極包括質量百分比為10～30％的錫和質量百分比為0.1～5％的鈷，余量為鉛。

優選地，所述不銹鋼陰極材料為鐵素體合金，排號為Crofer22APU、ZMG232、SUS430中的一種。

優選地，所述電鍍液通過以下步驟制得：

取去離子水為溶劑按以下濃度配制電鍍液：一水合硫酸錳0.3～0.6mol/L、硫酸鈷0.05～0.2mol/L、硫酸銨0.1～1mol/L和金屬離子螯合劑0.1～1mol/L，待溶質完全溶解后用氨水或硫酸調節電鍍液的pH至3～3.5。

優選地，所述金屬離子螯合劑為檸檬酸鈉、酒石酸鈉、葡萄糖酸鈉或乙二胺四乙酸二鈉。