本發(fā)明屬于用于水電解的活性涂層電極及制造。
水電解已作為一種重要的制氫方法在生產(chǎn)中應(yīng)用。現(xiàn)在工業(yè)用水電解裝置采用鐵或鐵鍍鎳陰極，但由于這種電極具有較高的析氫過電位，能耗較大，因而一些國家致力于研制低析氫過電位的活性涂層電極。其制備方法較多，象電沉積（美國專利US.4，010，085），化學(xué)修飾（Nature268（1977）），金屬擴(kuò)散（美國專利US，4，116，804）及無機(jī)涂敷等方法，其制備工藝都較復(fù)雜。如電沉積法，基體要經(jīng)過幾道工序除油處理，酸腐蝕造孔，然后在電解液中電沉積成活性涂層。但這樣制備的活性涂層陰極，在電解過程中容易削落。用金屬擴(kuò)散法也要對基體進(jìn)行予處理，噴鍍鋁之后經(jīng)過高溫?cái)U(kuò)散處理，然后將電極冷卻放入強(qiáng)堿溶液內(nèi)浸出滲入鎳基體的鋁，使形成多孔活性層?；w擴(kuò)散活性陰極突出性能是它的機(jī)械強(qiáng)度和壽命都有所增加，不足之處是其制備方法較復(fù)雜。這些方法制備的涂層電極都顯示出一定的電催化活性，能降低析氫過電位，在工業(yè)水電解裝置上應(yīng)用，可降低單對槽電壓0.1-0.2伏（ECN，P.24，32，June25，1979）。作為電解節(jié)能另一可行的方法是在電解槽內(nèi)加入添加劑，如采用硫氰酸銨，硫代尿素，含金屬離子絡(luò)合鹽等，但節(jié)電效果有限。
本發(fā)明的目的是制備一種活性涂層電極，它具有較低的析氫過電位，使用壽命長，且制備方法十分簡便，象在電解液中加入添加劑一樣，將活性組分加入到正在運(yùn)轉(zhuǎn)的電解槽中，活性涂層便可在電極上就地生成，因而降低槽電壓達(dá)到節(jié)省能耗之目的。
PtO2，PtO，KCl和Ru;陰極涂層組成為Pt和Ru。
活性涂層的制備方法是，配制含有活性組分的電解液，將凈化處理后的電極基體放置在電解槽中進(jìn)行電解，在電場等因素的作用下，在正負(fù)極上形成鉑釕活性涂層電極。形成活性涂層電極所用的電解液內(nèi)含有氯鉑酸40-100ppm和三氯化釕20-60ppm。用于工業(yè)電解槽的活性組分溶液是配制含氯鉑酸12-30克/升和三氯化釕6-15克/升的水溶液，以0.5-1.0升/分鐘的流速加到正在運(yùn)轉(zhuǎn)的電解槽內(nèi)，使活性組分達(dá)到上述含量。
實(shí)例1，鉑釕活性涂層電極的制備。
制備含有氯鉑酸和三氯化釕的電解液，使氯鉑酸的含量為100ppm和三氯化釕的含量為60ppm。電流密度為200毫安/厘米2，電解槽溫度為20-30℃，電解3小時(shí)，得到鉑釕涂層電極。用PHI550型電子能譜分析，得到陽極涂層組分比為PtO2∶PtO∶KCl∶Ru＝10∶1∶3∶0.5;陰極涂層組分比為Pt∶Ru＝10∶1。
實(shí)例2，電極電位的測定。
以飽和甘汞電極作參比電極，電解液為10%KOH水溶液，測試溫度為50±1℃，鎳片為基體，電極面積為2厘米2。
電解液中未加活性組分及不同氯鉑酸濃度時(shí)的析氫電極電位見表1。
由表1數(shù)據(jù)可知，隨著氯鉑酸濃度的增加，析氫過電位也隨之減少，當(dāng)其濃度為40ppm時(shí)，雖濃度繼續(xù)增加，但析氫電極電位的變化很小。在氯鉑酸濃度為40ppm，電流密度為200毫安/厘米2時(shí)，析氫過電位下降327毫伏。
固定氯鉑酸濃度為60ppm，改變?nèi)然懙臐舛龋陔娏髅?/p>
取表2中四種不同三氯化釕濃度時(shí)的析氫電極電位的平均值為1.184伏，未加活性組分時(shí)的析氫電極電位為1.487伏（電流密度為200毫安/厘米2），所以加入活性組分后，析氫過電位下降303毫伏。取表3中四種不同三氯化釕濃度的析氧電極電位的平均值為0.557伏，未加活性組分時(shí)的析氧電極電位為0.539伏（電流密度為200毫安/厘米2），所以加入活性組分后，析氧過電位升高18毫伏。
總的來講，在電解槽中加入氯鉑酸和三氯化釕后，凈槽電位下降285毫伏。
實(shí)例3，工業(yè)水電解槽節(jié)電效果的測定。
工業(yè)水電解槽單槽是由44對雙極式電極組成，正負(fù)電極均為鐵板鍍鎳，極板面積為1米2，槽電流為2000安培左右，電解液為30%KOH水溶液，電解液體積約3米3，槽溫80-90℃，三個(gè)單槽組成一組為串聯(lián)電路連接。1和3槽未加活性組分，2槽加入活性組分。
在電解槽正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，在電解槽的電解液中加入活性組分，使氯鉑酸含量為48ppm，三氯化釕含量為30PPm。加入活性組分后電解槽經(jīng)過5049小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，電解槽的電性能見表4。
表4電解槽加入活性組分后的電性能
表4中的V1，V2和V3分別代表1、2和3槽電壓，△V為1和3槽電壓的平均值與2槽電壓值的差值。在電解槽中加入活性組分與未加活性組分時(shí)相比，單槽電壓下降9.5伏，即單對槽電壓下降0.22伏，節(jié)電10%。
另外，在電解槽中加入活性組分后，槽溫下降7-8℃，在夏季時(shí)電解槽也無需通水降溫。
本發(fā)明的鉑釕活性涂層電極與已知其它活性涂層電極相比，其制備方法簡單，槽電壓下降較多，活性涂層電極使用壽命長。此外還如同添加劑法一樣，直接將活性組分加入到正在運(yùn)轉(zhuǎn)的電解槽中，不同之處就在于穩(wěn)定的活性涂層電極可就地生成，因而特別易于在工業(yè)上應(yīng)用。使用本發(fā)明的活性涂層電極與目前所采用的鐵板鍍鎳電極相比，在工業(yè)電解槽中使用可節(jié)電10%。
1、用于電解水的含鉑活性涂層電極，本發(fā)明的特征是涂層組分還含有釕，其陽極涂層組分為PtO2、PtO、KCl和Ru，陰極涂層組分為Pt和Ru。
2、按照權(quán)利要求1所述的鉑釕活性涂層電極，其特征在于較佳的陽極組分比為PtO2∶PtO∶KCl∶Ru＝10∶1∶3∶0.5;陰極涂層組分比為Pt∶Ru＝10∶1。
3、按照權(quán)利要求1所述鉑釕活性涂層電極的制備方法，其特征是配制含有氯鉑酸40-100ppm和三氯化釕20-60ppm的電解液進(jìn)行電解，使之在鐵鍍鎳的正負(fù)極上形成活性涂層電極。
4、按照權(quán)利要求3所述鉑釕活性涂層電極的制備方法，其特征在于在工業(yè)電解槽中應(yīng)用，首先配制含氯鉑酸12-30克/升和三氯化釕6-15克/升的水溶液，在電解槽正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，以0.5-1.0升/分鐘的流速加到電解槽中制成所需的電解液。