[发明专利]阴极电沉积法制备锰钴复合材料的方法

说明书

本发明公开了一种阴极电沉积法制备锰钴复合材料的方法，其包括：在电解槽中加入含锰离子和钴离子的电镀液，将复合阳极和不锈钢阴极插入电解槽内，在室温下恒流电镀预设时间；其中，复合阳极包括质量百分比为10～30％的锡和质量百分比为0.1～5％的钴，余量为铅。本发明可以在同一个电解槽中完成在不锈钢阴极上电沉积Mn‑Co尖晶石涂层的工序，电沉积过程中无MnO₂生成，既减少了MnO₂颗粒夹杂对涂层性能的影响，又降低了电镀液中锰离子的消耗。

技术领域

本发明涉及湿法冶金技术领域，尤其涉及一种阴极电沉积法制备锰钴复合材料的方法。

背景技术

锰钴复合材料具有良好的热稳定性及导电性，其中应用最为广泛的是Mn-Co尖晶石涂层，通过调整复合材料中Mn和Co的比例，可获得良好的导电性。Mn-Co尖晶石涂层被认为是最有希望作为固体氧化物燃料电池(SOFC)连接体涂层的材料，SOFC的工作电压一般低于1伏，需要采用连接体材料将单体电池串联起来组成电池堆。连接体是SOFC的关键部件，目前，用做连接体的材料主要为铁素体合金。固体氧化物燃料电池的工作温度较高(通常高于800℃)，如果不对连接体材料表面进行预处理，铁素体合金较容易在高温、湿润的条件下氧化，从而影响SOFC的电化学性能和使用寿命。

目前常通过阴极电沉积法在不锈钢上制备Mn-Co尖晶石涂层，其具备以下优势：工艺简单、成本低廉、制备速率快、涂层性能优异(比如结合力好、孔隙率低)、试样外形无限制等。

阴极电沉积法制备Mn-Co尖晶石涂层的过程中通常选用石墨或铂做阳极。但是，石墨电极在酸性溶液中长时间服役后容易出现膨胀、脱落的现象，不宜用作阳极；铂电极存在价格昂贵、资源稀缺、不易加工成型、难于扩大应用的问题。而且铂电极在含有硫酸锰的电镀液中极容易诱导MnO₂的生成，阳极泥的主要成分为MnO₂，随着电镀时间的延长，电镀液的颜色由清澈变为浑浊，且阴极电流效率也随之下降，颗粒状的MnO₂在电迁移的作用下会移动到阴极表面参与共沉积反应，这对Mn-Co尖晶石涂层来说是极为有害的。为了抑制MnO₂的生成对电流效率的影响，有报道采用添加隔膜的方法把阴极液和阳极液分隔开来，阳极液中不添加锰离子，从而不产生阳极泥。但该方法对隔膜材质的要求较高，如果采用离子交换膜则会带来溶液流动性差、电导降低的问题，电镀液中存在多种离子，离子交换膜的普片适用性差，且隔膜的价格昂贵，造成电镀成本的攀升。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种阴极电沉积法制备锰钴复合材料的方法，旨在解决现有选用铂作为阳极来制备锰钴复合材料所造成的阳极泥的大量生成的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供的阴极电沉积法制备锰钴复合材料的方法，包括以下步骤：

在电解槽中加入含锰离子和钴离子的电镀液，将复合阳极和不锈钢阴极插入电解槽内，在室温下恒流电镀预设时间；

其中，复合阳极包括质量百分比为10～30％的锡和质量百分比为0.1～5％的钴，余量为铅。

优选地，所述不锈钢阴极材料为铁素体合金，排号为Crofer22APU、ZMG232、SUS430中的一种。

优选地，所述电镀液通过以下步骤制得：

取去离子水为溶剂按以下浓度配制电镀液：一水合硫酸锰0.3～0.6mol/L、硫酸钴0.05～0.2mol/L、硫酸铵0.1～1mol/L和金属离子螯合剂0.1～1mol/L，待溶质完全溶解后用氨水或硫酸调节电镀液的pH至3～3.5。

优选地，所述金属离子螯合剂为柠檬酸钠、酒石酸钠、葡萄糖酸钠或乙二胺四乙酸二钠。