[发明专利]释氢阴极

说明书

本发明涉及一种释氢阴极、它的制造方法及它在电解工艺中的应用。

本发明所提供的这种阴极包含一个导电基体（在下文中将其简称为基体），在此基体上涂覆有一层其本身是导电的，由钴和铬两种金属的氧化物共同组成的涂层（在下文中将其简称为涂层）。按照本发明，以简单而价廉的方法制成的这种涂层能牢固地粘结在基体上并且具有低的释氢超电压，而且该阴极在电解时具有良好的操作稳定性。

欧洲专利申请公开EP-A-0，126，189指出，由于能源价格的不断上涨，从工业利益考虑，希望获得一种可将超额能耗减少到最低程度的阴极，而这种超额能耗与释氢的超电压直接有关。

该文件也指出，这个问题已在许多出版物中提出过。

本发明的主题是一种释氢阴极，在该阴极上的涂层含有一种铬化合物和一种选自镍和钴中至少一种金属的氧化物。按照从下列三种方法中选择的一种方法将所述涂层涂布在所述基体上，所述的三种方法是：将粉末状前体混合物于熔融状态下喷射;将溶解状态的前体混合物在一种氧化性的气氛中烧结;先进行电镀或化学镀，然后再在氧化性气氛中进行氧化煅烧。在将铬与另一种金属配合使用时，对这两种金属的配比所作的选择应使得铬与所述另一种金属产生特定比例的结合，并且，这种特定比例的结合形式与存在另一种金属时的结合形式没有什么不同。

本发明的释氢阴极的特征在于，钴在涂层中的存在形式，既有氧化物Co₃O₄，又有一种不同于Co₃O₄的，按X-射线衍射图可认为是Co₂CrO₄的化合物，这种化合物包含了存在于涂层中的铬，涂层中的铬含量以铬原子数目对铬与钴原子数目的总和之比值来表示，在所述涂层中的铬含量低于可引起Co₃O₄在涂层中消失时所相应的铬含量。

这样限定的阴极的制造方法的特征在于，阴极上的涂层是对处于阴极基体上由硝酸钴和硝酸铬所组成的混合物进行热分解而制得的，所说热分解在惰性气氛（例如氮或氩）中进行，热分解温度在250℃至700℃之间，在多数情况下高于约300℃，而较佳的温度在约350℃至500℃之间，所述处于基体上的混合物的制备方法是首先选择一种能同时溶解硝酸钴和硝酸铬的溶剂，将这两种硝酸盐溶解，将所获溶液涂覆到所述基体上，然后将所述溶剂除去。

本发明的阴极可用于在含水介质中的电解（电解所用条件除另有说明外皆是众所周知的），例如用于碱金属氯化物水溶液的电解以制备所述金属的氯酸盐，例如由氯化钠制备氯酸钠，或者用于碱金属氯酸盐水溶液的电解以制备所述金属的高氯酸盐，例如由氯酸钠制备高氯酸钠。本发明的阴极在由所述氯化物、氯酸盐或高氯酸盐所组成的电解液中进行电解时，可以使用酸性的、中性的或者碱性的介质，但介质的较佳pH值在大约5至12之间。

除另有说明或其他显而易见的情况以外，上述的本发明的三个目的和/或在下文中所述的内容可以概括如下：

-铬原子数目对钴和铬原子数目总和的比值以百分数表示，下文把该比值称为铬含量，

-该化合物可认为是Co₂CrO₄，这句话的含义是指在用X-射线衍射法或用电子显微镜法对基体上的涂层进行鉴定时，发现该化合物不同于Co₃O₄，

-Co₃O₄已经消失，这句话的含义是指在用X-射线衍射法对基体上的涂层进行鉴定时不能再检出Co₃O₄，

-所用的硝酸铬和硝酸钴通常是水合结晶盐的形式，例如Co（NO₃）₂·6H₂O和Cr（NO₃）₃·9H₂O的形式，首先用它们制成同时含有这两种盐的溶液，然后将此溶液涂覆到基体上。这两种硝酸盐用量的相对比例应保证所获的溶液能使最后涂层中的铬浓度符合于所要求的数值，

-为了制成同时含有这两种硝酸盐的溶液，对所选择的溶剂的性质要求并不严格，其条件是，该溶剂对这两种硝酸盐只起一种溶剂的作用，该溶剂对这两种硝酸盐都必须是中性的，而且，在将所获溶液涂覆到基体上以后，溶液中的溶剂可以通过蒸发等方法除去而不会导致硝酸盐的热分解（部分的结晶水挥发除外），也就是说不会导致硝酸盐的分解;所说的溶剂可以是，例如水或醇类，如乙醇，或者是一种醇-水溶液，例如95°的乙醇，