[其他]铂钌活性涂层电极

说明书

本发明属于用于水电解的活性涂层电极及制造。

水电解已作为一种重要的制氢方法在生产中应用。现在工业用水电解装置采用铁或铁镀镍阴极，但由于这种电极具有较高的析氢过电位，能耗较大，因而一些国家致力于研制低析氢过电位的活性涂层电极。其制备方法较多，象电沉积（美国专利US.4，010，085），化学修饰（Nature    268（1977）），金属扩散（美国专利US，4，116，804）及无机涂敷等方法，其制备工艺都较复杂。如电沉积法，基体要经过几道工序除油处理，酸腐蚀造孔，然后在电解液中电沉积成活性涂层。但这样制备的活性涂层阴极，在电解过程中容易削落。用金属扩散法也要对基体进行予处理，喷镀铝之后经过高温扩散处理，然后将电极冷却放入强碱溶液内浸出渗入镍基体的铝，使形成多孔活性层。基体扩散活性阴极突出性能是它的机械强度和寿命都有所增加，不足之处是其制备方法较复杂。这些方法制备的涂层电极都显示出一定的电催化活性，能降低析氢过电位，在工业水电解装置上应用，可降低单对槽电压0.1-0.2伏（ECN，P.24，32，June    25，1979）。作为电解节能另一可行的方法是在电解槽内加入添加剂，如采用硫氰酸铵，硫代尿素，含金属离子络合盐等，但节电效果有限。

本发明的目的是制备一种活性涂层电极，它具有较低的析氢过电位，使用寿命长，且制备方法十分简便，象在电解液中加入添加剂一样，将活性组分加入到正在运转的电解槽中，活性涂层便可在电极上就地生成，因而降低槽电压达到节省能耗之目的。

PtO₂，PtO，KCl和Ru;阴极涂层组成为Pt和Ru。

活性涂层的制备方法是，配制含有活性组分的电解液，将净化处理后的电极基体放置在电解槽中进行电解，在电场等因素的作用下，在正负极上形成铂钌活性涂层电极。形成活性涂层电极所用的电解液内含有氯铂酸40-100ppm和三氯化钌20-60ppm。用于工业电解槽的活性组分溶液是配制含氯铂酸12-30克/升和三氯化钌6-15克/升的水溶液，以0.5-1.0升/分钟的流速加到正在运转的电解槽内，使活性组分达到上述含量。

实例1，铂钌活性涂层电极的制备。

制备含有氯铂酸和三氯化钌的电解液，使氯铂酸的含量为100ppm和三氯化钌的含量为60ppm。电流密度为200毫安/厘米²，电解槽温度为20-30℃，电解3小时，得到铂钌涂层电极。用PHI550型电子能谱分析，得到阳极涂层组分比为PtO₂∶PtO∶KCl∶Ru＝10∶1∶3∶0.5;阴极涂层组分比为Pt∶Ru＝10∶1。

实例2，电极电位的测定。

以饱和甘汞电极作参比电极，电解液为10%KOH水溶液，测试温度为50±1℃，镍片为基体，电极面积为2厘米²。

电解液中未加活性组分及不同氯铂酸浓度时的析氢电极电位见表1。

由表1数据可知，随着氯铂酸浓度的增加，析氢过电位也随之减少，当其浓度为40ppm时，虽浓度继续增加，但析氢电极电位的变化很小。在氯铂酸浓度为40ppm，电流密度为200毫安/厘米²时，析氢过电位下降327毫伏。

固定氯铂酸浓度为60ppm，改变三氯化钌的浓度，在电流密

取表2中四种不同三氯化钌浓度时的析氢电极电位的平均值为1.184伏，未加活性组分时的析氢电极电位为1.487伏（电流密度为200毫安/厘米²），所以加入活性组分后，析氢过电位下降303毫伏。取表3中四种不同三氯化钌浓度的析氧电极电位的平均值为0.557伏，未加活性组分时的析氧电极电位为0.539伏（电流密度为200毫安/厘米²），所以加入活性组分后，析氧过电位升高18毫伏。

总的来讲，在电解槽中加入氯铂酸和三氯化钌后，净槽电位下降285毫伏。

实例3，工业水电解槽节电效果的测定。

工业水电解槽单槽是由44对双极式电极组成，正负电极均为铁板镀镍，极板面积为1米²，槽电流为2000安培左右，电解液为30%KOH水溶液，电解液体积约3米³，槽温80-90℃，三个单槽组成一组为串联电路连接。1和3槽未加活性组分，2槽加入活性组分。

在电解槽正常运转情况下，在电解槽的电解液中加入活性组分，使氯铂酸含量为48ppm，三氯化钌含量为30PPm。加入活性组分后电解槽经过5049小时运转，电解槽的电性能见表4。

表4    电解槽加入活性组分后的电性能