[發明專利]一種鋅電積用Pb/Pb-Mn陽極及其制備方法

有效

• 申請號: 202210139106.4
• 申請日: 2022-02-15
• 公開（公告）號: CN114411201B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發明（設計）人: 鐘曉聰;徐志峰;王瑞祥;朱茂蘭;衷水平;曹才放
• 申請（專利權）人: 江西理工大學
• 主分類號: C25C1/16
• 分類號: C25C1/16;C25C7/02;C25D3/66;C25D7/00;C22C11/00
• 代理公司: 長沙智勤知識產權代理事務所(普通合伙) 43254
• 代理人: 曾芳琴

本發明公開了一種鋅電積用Pb/Pb?Mn陽極及其制備方法。該陽極由Pb基體和Pb?Mn合金鍍層組成。該陽極制備方法為：第一步，將PbO和MnO₂溶解在由摩爾比為1:2的氯化膽堿:尿素組成的低共熔溶劑中；第二步，以上述溶液為電解液，采用恒流極化方法，在Pb基體上電沉積Pb?Mn合金層。當該陽極應用于鋅電積過程中，鍍層中Pb和Mn均會氧化，形成由PbO₂、PbSO₄和MnO₂組成的氧化膜層。本發明提出的Pb/Pb?Mn陽極服役過程生成的氧化膜層組成均勻、結構致密，穩定性高。得益于此，Pb/Pb?Mn陽極的服役壽命長于傳統鉛合金陽極。

技術領域

本發明涉及材料制備領域，尤其涉及一種鋅電積用Pb/Pb-Mn陽極及其制備方法。

背景技術

鉛合金陽極具有制備簡單、成本較低的優點，在鋅電積工業已有百余年應用歷史。在鋅電積過程中，鉛合金陽極表面逐步形成氧化膜層。氧化膜層不僅是鉛合金基體和電解液間的物理屏障，而且是發生析氧反應的場所。因此，氧化膜層的組成和結構是決定鉛合金陽極性能的關鍵因素。然而，值得注意的是，鋅電積過程中，電解液中含有2-10g/L?Mn²⁺，傳統鉛合金陽極表面生長的氧化膜層由多層MnO₂與疏松多孔的PbSO₄-PbO₂堆疊而成，該結構導致膜層易脫落，陽極壽命不理想。

發明內容

針對傳統鉛合金陽極存在氧化膜層穩定性低，陽極服役壽命不理想的缺點，本發明提出一種鋅電積用Pb/Pb-Mn陽極及其制備方法。

本發明提出的一種鋅電積用Pb/Pb-Mn陽極，該陽極由Pb基體和Pb-Mn合金鍍層組成。

優選地，Pb-Mn合金鍍層中Mn的質量百分數為0.50～5.00wt.％，Pb-Mn合金鍍層的厚度為50nm～2000μm。

本發明提出的一種如上述任一項鋅電積用Pb/Pb-Mn陽極的制備方法，包括以下步驟：

第一步，將PbO和MnO₂溶解在由摩爾比為1:2的氯化膽堿：尿素組成的低共熔溶劑中；

第二步，以上述溶液為電解液，采用恒流極化方法，在Pb基體上電沉積Pb-Mn合金層。

優選地，低共熔溶劑中Pb的濃度為0.01～0.04mol/L，Mn的濃度為0.005～0.02mol/L。

優選地，低共熔溶劑中Pb的濃度為0.04mol/L，Mn的濃度為0.015mol/L。

優選地，電解液溫度為50～80℃，陰極電流密度為0.1～3mA/cm²，沉積時間為10～120min。

優選地，電解液溫度為70℃，陰極電流密度為0.5mA/cm²，沉積時間為100min。

本發明的發明構思及技術原理如下：

為抑制MnO₂|PbSO₄-PbO₂多層堆疊結構，提升鉛陽極氧化膜層穩定性，本領域研究人員通過在鉛或鉛合金表面預制氧化膜層，開發了多種鉛基涂層陽極。然而，鉛基體與涂層分別屬于金屬相和陶瓷相，化學勢差大，兩相界面兼容性差、化學穩定性低。涂層一旦出現裂縫、孔洞等缺陷，酸性電解液將滲透并破壞金屬基體與涂層的結合，導致涂層脫落、服役壽命提前終止。