CA1187043A - Catalyest cladded electrode at which a slight overvoltage results in oxygen discharge, useable for the electrolysis of water in alkaline media, and manufacture of said electrode - Google Patents

Catalyest cladded electrode at which a slight overvoltage results in oxygen discharge, useable for the electrolysis of water in alkaline media, and manufacture of said electrode

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CA1187043A
CA1187043A CA000418180A CA418180A CA1187043A CA 1187043 A CA1187043 A CA 1187043A CA 000418180 A CA000418180 A CA 000418180A CA 418180 A CA418180 A CA 418180A CA 1187043 A CA1187043 A CA 1187043A
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Abstract

La présente demande concerne une nouvelle électrode recouverte d'un catalyseur présentant une faible surtension pour le dégagement de l'oxygène, utilisable notamment pour l'électrolyse de l'eau en milieu alcalin (anode), et un procédé de fabrication de cette électrode. Celle-ci comprend un support métallique recouvert d'une couche de nickel constituée de particules de nickel dont la taille est de 5 à 150 nm, qui présente des pores d'un diamètre de 0,5 à 50 nm et qui développe une surface spécifique de 1 à 120 m2/g. La couche de nickel comporte à sa surface un oxyde contenant du cobalt.The present application relates to a new electrode covered with a catalyst having a low overvoltage for the release of oxygen, usable in particular for the electrolysis of water in an alkaline medium (anode), and a method of manufacturing this electrode. This includes a metallic support covered with a nickel layer made up of nickel particles whose size is from 5 to 150 nm, which has pores with a diameter of 0.5 to 50 nm and which develops a specific surface. from 1 to 120 m2 / g. The nickel layer has an oxide containing cobalt on its surface.

Description

L'invention concerne une nouvelle électrode recouverte d'un catalyseur prét sentant une ~aible surtension pour le dégagement de l'oxygène, utilisable notarn-ment pour l'électrolyse de l'eau en milieu alcalin (anode), et un procédé de fa-brication de cette électrode.
La fabrication de feuilles minces de nickel très divisé par projection de particules fondues d'un allia~e de Raney est connue ; l'u-tilisation de ces feuil-les comme électrodes a aussi été décrite (Brevet US 3, 637, 437). Sous forte polarisation anodique, la surface d'électrodes de ce type se recouvre d'une cou-che d'un oxyde de nickel conduisant mal le courant et les surtensions pour le dégagement de l'oxygène croissent jusqu'à devenir supérieures à celles que l'on observe sur une feuille (ou sur une grille) de nickel massif.
L'utilisation d'oxydes à base de cobalt pour réduire la surtension oxygène est également connue. Dans le brevet Anglais 1.352.995, des oxydes du type pe-rowskite de formule La1 x Srx Co ~3 sont préparés sous forme pulvérulente, puis appliqués sur un conducteur métallique en utilisant un liant organique (polyté-trafluoroéthylène). Lorsque la quantité de liant utilisé est grande, l'adhésion est bonne, mais la résistance électrique de la couche catalytique est excessive et la surtension oxygène que l'on observe aux fortes densités de courant est im-portante. L'abaissement de la quantité de liant réduit l'adhérence du produit et la durée de vie de la couche catalytique est faible.
On a par ailleurs également proposé le revêtement des électrodes par galvo-noplastie avec des couches de sulfure de nickel (brevet allemand 28123~9) ou de sulfure mixte de nickel et de cobalt (demande ie ~revet fransais 2 444 083).
Il est également connu d'utiliser des électrodes constituées par de~ Ieuil-les de nickel fritté ou par des tôles de nickel recouvertes de nickel fritt, ledit nickel fritté comportant des oxydes de différents métaux que l'on incorpore par imprégnation de sels en solution et traitement thermique ultérieur. Ces cou-ches de nickel fritté sont obtenues par agglomération de poudre de nickel et présentent généralement des pores d'un diamètre de 1 à 100 ~m. L'absence de pe-tits pores dont la taille se situerait à moins de 0,1 ~m ne permet pas une ré-partition convenable de la couche d'oxyde sur le métal de base.
Le dégagement de l'oxygène à l'intérieur des pores de ce type d'électrode entraîne par ailleurs leur désaDrégation, parfois très rapide, lorsqu'elles sontutilisées sous de fortes densités de courant.
L'électrode à faible surtension seion l'invention ne présent pas les in-convénients des électrodes connues à base de nickel très divisé du type nickel Raney ou des électrodes recouvertes par une poudre d'oxyde liée par du polyté-trafluoréthylène ou bien encore des électrodes constituées par des couches de ni-ckel fritté imprégnées d'oxyde. La couche catalytique qui les recouvre possède en .

effet un excellent accrochage sur le support collecteur de courant et les sur-tensions pour le dégagement de l'oxygène restent faiblespendant des temps très longs tplus de 10 000 heures), même aux fortes densités de courant (jusqu'à
1 A/cm ou plus~ et à des températures de l'électrolyte atteignant 160 ou 200GC.
Les électrodes selon l'invention sont recouvertes par une couche catalyti-que destinée à diminuer les surtensions et par conséquent à réduire la consomma-tion spécifique d'énergie électrique. Il a été découvert que le dépôt sur un substrat conducteur de l'électricité d'un revêtement de nickel poreux très fine-ment divisé dont la surface est ensuite traitée pour y -fixer une faible quantité
d'un oxyde contenant du cobalt permet d'obtenir une électrode à faible surten-sion, Dans le cas de l'électrolyse alcaline de l'eau, le substrat conducteur de l'électricité sera réalisé de préférence en nickel. Des alliages riches en ni-ckel ou des aciers nickelés pourront également être utilisés, Ce substrat pour-ra se présenter par exemple sous forme de plaques, de tubes, de toiles ou de grilles.
La couche catalytique selon l'invention que l'on dépose sur le substrat conducteur de l'électricité est généralement préparée en deux étapesprincipales:
1 - On forme d'abord sur le substrat métallique une couche de nickel po-reux très finement divisé ~ou mélange ou alliage poreux très finement divisé àbase de nickel).
Z - On soumet le produit de l'étape 1 à un traitement permettant de fixer à sa surface une faible quantité d'un oxyde contenant du cobalt.
Par couche de nickel poreux très finement divisé, on entend une couche de nickel forméa d'un assemblage de très -Fines particules dont la taille ~mesurée au microscope électronique ou bien par di-ffraction des rayons X, selon la métho-de décrite dans le livre "X-Ray Diffraction Procedures" de Klug et AlexanderJ
pages 542 à 708 édité par J. Wiley and Sons à New York en 1974) est de 5 à 150nmet de préférence de 5 à 50 nm.
L'arrangement de ces petites particules de nickel sera de préférence tel qu'il forme un corps poreux ressemblant à une éponge avec des pores d'un diamè-tre de O,S à SO nm et de préférence de 2 à 10 nmJ de manière à développer une surface spécifiqueJ mesurable par exemple par la méthode BETJ de 1 à 120 m /g etde préférence de 1û à 80 m /g.
D'autres revêternents convenant pour réaliser la première couche de l'élec-trode selon llinvention peuvent être obtenus en remplacant le revêtement de ni-ckel poreux finement divisé appliqué sur les électrodes par un revêtement à basede nickel contenant en outre jusqu'à 50~ poids de MnJ Ee, Co, Nb ou Ta et/ou , - 3 -~'7~?~3 jusqu'à 15% poids de Mg, Al, Si, Ti, V, Cu, Zn, Zr, Mo, Sn, La, Hf, W, Pb ou Bi,par rapport au nickel du revêtement.
En général, l'épaisseur de cette couche sera avantageusement de 5 à 500 ~m et de préférencs de SO à 150l~m.
Uns méthode pré~érée pour dépossr la couche à base de nickel sur les élec-trodes selon l'invention, consiste à appliquer sur un support métallique massif,par exemple sous forme de plaque pleine, de toile ou de grille, une couche d'al-liage nickel-aluminium contenant de préférence de 45 à 55% en poids de chacun des métaux, par projection au chalumeau à plasma. L'application de cette couched'alliage peu-t se faire en utilisant un alliage nickel-aluminium préformé. On peut aussi procéder à une projection simultanée des deux métaux séparés , un re-cuit à des températures allant de 200 à 800C, pendant par exemple 1 à 8 heures peut ensuite être pra~ique pour favoriser la formation de l'alliage entre le ni-ckel et l'aluminium. Tout autre procédé permettant de former une couche d'al-liage nickel-aluminium sur l'électrode peut être utilisé. On peut par exemple former un film d'aluminium sur une surface de nickel par évaporation d'aluminiumsous vide et procéder à un recuit ultérieur pour faire diffuser l'aluminium dansle nickel. On peut aussi procéder à un colaminage de feuilles de nickel et d'aluminium suivi d~un traitement thermiqus. L'épaisseur de la couche d'alliagenickel-aluminium pourra avantageusement être comprise entre 5 et 500 ~m ou da-vantage, et de préférence entre 50 et 150 ~m.
Cette couche d'alliage nickel-aluminium est ensuite soumise à une attaque chimique de type connu par une solution aqueuse de soude ou de potasse, afin de dissoudre l'aluminium.
Un mode opératoirs préféré est le suivant : l'attaque est faite d'abord à
froid avec une solution caustique diluée tpar exemple 1 à 2N)~ jusqu'à cessationdu dégagement d'hydrogène. La concentration de la soude ou de la potasse est ensuite augmentée ~6 à 1ûN) et la température est élevée jusqu'à 60 à 80C.

Il est avantageux, plus particulièrement lorsque la couche de nickel 30 divisé a été formée par une application d'alliage nickel-aluminium suivie d'une attaque alcaline, d'effectuer une dépyrophorisation du nickel poreux obtenu, de manière à éliminer l'hydrogène qu'il peut retenir. Cette opération peut être effectuée par contact avec de l'eau oxygénée au Seil1 d'un milieu alcalin (par exemple solution de potasse lN), elle est poursuivie jusqu`à ce que le potentiel de l'électrode se stabilise.On peut aussi opérer par barbotaged'air.

- 4 ~

7~fL3 Des couches de nickel divisé convenant pour la Fabrication d'électrodes se-lon l'invention peuvent être obtenues de façon analogue à partir d'alliages telsque nickel-magnésium, nickel-zinc, nickel-silicium, nickel-mercure que l'on met en oeuvre en utilisant des proportions convenables et que l~on active par des techniques telles que celles mentionnées par W.J. KIRKPATRICK ~Catal~sts from alloys of nickel and non-catalytic Metals-publication ICL-1Z - Ths InternationalNickel Company Inc. New ~ork USA 194~) et qui comprennent notamment l'évapora-tion sélective, l'hydrolyse acide ou alcaline, la chloration sélective et l'oxy-dation.
O'autres formes de nickel poreux très ~ivisé obtenues par galvanoplastie, décomposition thermique de nickel carbonyle ou de composés organométalliques du nickel, par exemple l'acétylacétonate, la décomposition et la réduction de sels de nickel. par exemple le nitrate, le formiate, l'oxalate, le carbonate,ou par tout autre procédé, pourront être utilisées pour la fabrication des électrodes à condition que les paramètres relatifs à la taille des particules, la dimensiondes pores et la surface spécifique soient tels qu'il a été indiqué plus haut.
~ Les oxydes contenant du cobalt que l'on dépose dans l'étape 2 à la surface ; du produit préparé dans l'étape 1 sont soit les oxydes simples de cobalt tels que CoO, Co304 , Co203 ou des oxydes mixtes comme par exemple des spinelles du type A Co204 où A désigne un métal tel que Ti, V, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Ge ou Sn, engagé sous forme de cation divalent, ou des spinelles du type Co B2~04 où B dé-signe un métal tel que Al, V, Cr, Mn, Fe, Ga, ou In engagé sous forme de cation trivalent, ou des perowskites du type Ln1 M Co 03 où Ln désigne un métal de transition de la série des lanthanides ~éléments de la classi-Fication périodique ayant un numéro atomique de 57 à 71) engagé sous forme de cation trivalent, M
désigne un élément alcalino-terreux tel que Ca, Mg, Sr ou Ba et x a une valeur de 0 à 1 J OU encore des perowskites du type précédent dans lesquelles une pro-portion mineure du cobalt a été substituée par un autr~ élément, tel que Nb. Mo,Sb, Ta, W, U.
D'autres oxydes contenant du cobalt connus pour leur résistance à l'attaque par les solutions alcalines et leur activité catalytique dans les réactions met-tant en oeuvre l'oxygène pourront être utilisés sans sortir du cadre de la pré-sente invention.

. .

Le dépôt de cette couche d'oxyde sur la couche de nickel poreux très fine-ment divisé pourra se faire par les techniques bien connues de l'hornme de l'art.
On pourra utiliser des techniques de galvanoplastie pour déposer le ou les métaux de l'oxyde à former à la surface de la couche de nickel divisé, puis oxy-der ce dépot par voie électrochimique ou chimique.
On pourra également procéder à une imprégnation de la couche poreuse de ni-ckel par une solution du ou des sels des métaux de l'oxyde à -Former, puis, après évaporation du solvant, procéder à un traitement thermique de ces sels pour les décomposer et former l oxyde. A la solution ~'imprégnation, on pourra ajouter, si nécessaire, divers agents gelifiants, par exernple l'acide citrique.

On pourra aussi procéder à la formation de la couche superficielle d'oxyde par des réactions se produisant sur la surface à recouvrir entre des composés apportés à l'état gazeux, comme par exemple la pyrolyse de composés organiques volatils selon une réaction du type :

[ ] , ~ ]
ou bien la réaction entre le ~les) halogénurets) volatil~s) des métaux considé-rés et un mélange hydrogène-dioxyde de carbone au contact de la surface de ni-ckel divisé, selon une réaction du type :

MCl~ + 2 H2 ~ 2 C02 -~ M02 ~ 4 HCl + 2 CO

La quantité d'oxyde contenant du cobalt que l'on imprègne dans la couche de nickel divisé doit être de 1 à 30% du poids de ladite couche de nickel et de préférence de 5 à 15%.
Les exemples qui suivent illustrent l'invention et ne doivent en aucune ma-nière la limiter. Les exemples 1,3,4,8 et 9 sont donnés à titre de comparaison.

Exemple 1 (Comparatif) , Deux grilles de 4 x 4 cm sont découpées dans une tôle de nickel déployé
d'épaisseur 0,3 mm,comportant des perforations en forme de losanges dont la grande diagonale mesure 4,5 mm, ces perforat~ons étant séparées par des lanièresde métal de 1 mm de large.

~'7~3 Ces grillas s~n~ aécapéeS par saDlage, dégraissees, puis mon~ées dans une cellule d'électrolyse de l'eau fonctionn2nt a 80C à la pression atmosphérique avec une solution de KOH à 36% comme électrolyte. Ces deux électrodes sont pressées de part et d'autre d'un diaphragme en amiantë ~amiante "Ferlam 844", marque déposée).
L'une des électrodes est reliée au pôle plus d'un générateur de courant continu pour servir d'anode. L'autre électrode est reliée au pôle moins de ce même générateur pour servir de cathode.
Une électrode de référence mercure-oxyde de mercure contenant de la potasse à 36% comme électrolyte permet de mesurer le potentiel électro-chimique de l'ano-de grâce à un capillaire de Luggin débouchant près de la face de travail de cette anode.
L'évolution du potentiel électrochimique de cette anode non activée est donnée dans le tableau I en fonction du temps d'électrolyse pour une densité de courant constante égale à 1 A/cm .

Exemple 2 On utilise à nouveau deux grilles identiques à celles décrites dans l'exemple 1.

a) Ces grilles sont décapées par sablage puis recouvertes par une couche d'un alliage nickel-aluminium d'épaisseur moyenne 100 ~m, par projection au moyen d'un chalumeau à plasma d'une poudre d'un alliage commercial Ni-Al 50-50 de granulométrie comprise entre 25 et 80 ~m.

Après un recuit de 4 heures sous atmosphère inerte (azote) à 400 C, ces électrodes sont immergées dans un bain d'hydroxyde de potassium 2N.
Lorsque le dégagement d'hydrogène provoqué par l'attaque chimique de l'alumi-nium a cessé, la solution d'hydroxyde de potassium 2N est remplacée par une solution 8N et la température du bain est augmentée progressivement jusqu'à

On utilise la première électrode pour en déterminer les caractéristiques, comme suit :

~-~ - 7 -~7~3 Après lavage à l'eau jusqu'à complète élimination de toute trace d'hydroxyde de potassium résiduelle, la couche catalytique superficielle de l'électrode est examinée au microscope électronique et par diffrac-tion des rayons X. On détermine ensuite les isothermes d'adsorption-désorption de l'azote à 77K (-196C) et on calcule la surface spéci-fique du produit selon l'équation de Brunauer ? Emmett et Teller (J. Am. Chem. Soc. 60, 309, 1938). Ces divers examens montrent que la couche catalytique qui recouvre les électrodes est consti-tuée par du nickel mal cristallisé contenant une faible proportion d'aluminium (probablement allié au nickel sous forme Ni Al et sous forme oxydée).
La taille des cristallites de nickel est comprise entre 5 et 50 nm, les pores ont un diamètre de 2 à 10 nm et la surface BET est de 65 m2/g.

b) la seconde électrode est également lavée à l'eau distillée, puis on oxyde l'hydrogène restant dans la couche de nickel divisé par dépyro-phorisation à l'eau oxygénée. Cette opération de dépyrophorisation est ef`fectuée en immergeant l'électrode dans un récipient contenant de la potasse lN, et l'on mesure son potentiel par rapport à une référence Hg-HgO, tout en ajoutant progressivement une solution lM d'eau oxygénée.

Le poten-tiel de l'électrode, qui est initialement d'environ - 830 mV, s'abaisse lorsque de l'eau oxygénée est ajoutée. L'addition d'eau oxygénée est arrêtée lorsque le potentiel de l'électrode reste à
- 590 mV pendant au moins 10 minutes.

Cette électrode est ensuite immergée dans une solution contenant 58l20 g de Co (N03)2, 6 H20 par litre pendant 20 minutes. L'électrode est enfin égouttée, puis mise dans un four sous air dont on porte la température à 500 C pendant 1 heure.

L'examen de la couche cataly-tique par diffraction des rayons montre qu'elle comporte du nickel, une phase spinelle C0304 ainsi que de petites quantités de NiO et d' A1203.

Cette électrode est alors utilisée comme anode dans les mêmes conditions que dans l~exemple 1. Le potentiel électrochimique de cette électrode et son évolution au cours du temps sont indiqués dans le tableau I.

Exemple 3 (comparatif) On repète les opérations de l'exemple 2a) jusqu'à l'attaque par l'hydroxyde de potassium, pour obtenir une électrode recouverte de nickel divisé.

Après lavage à l'eau distillée, cette électrode est utilisée comme anode dans les meme conditions que dans l'exemple 1. Le potentiel électrochimique de cette électrode et son évolution au cours du temps sous une densité de courant constante de 1 A/cm2 sont indiqués dans le tableau I.

Exemple 4 (comparatif) .

On répète à nouveau les opérations de l'exemple 2 a) mais on utilise cette fois une poudre d'alliage contenan-t en poids 45 % de nickel, 5 % de cobalt et 50 % d'aluminium.

Après lavage à l'eau distillée, cette électrode est utilisée comme anode dans les mêmes conditions que dans l'exemple 1. Une colo-ration bleue se développe dans l'électrolyte au voisinage de l'anode dès le début de l'électrolyse indiquan-t une dissolution du cobal-t.
L'analyse chimique de l'élec-trolyte confirme effectivement que du co-balt est passé en solution. Le potentiel élec-trochimique de l'anode mesuré au cours de l'électrolyse est indiqué dans le tableau I.

Exemple 5 On dissout 25 g de Co (CH3C02)2, 4 H20, 12,5 g de Ni (CH3C02)2, 4 H20 et 7 9 7 g de NH4CH3C02 dans 500 ml de CH30H. On ajoute 4 g de charbon actif granulé et on fait barboter un courant d'air et d'ammoniac à travers cette solution pendant 2 heures. On filtre ensuite pour élimi-ner le charbon.

Une électrode préparee comme dans l'exemple 2 a), puis dépyro-phorisée à l'eau oxygénée comme dans l'exemple 2b) est immergée dans cette solution d'acétates de nickel II hexammine et de cobalt III
hexammine pendant 15 minutes, puis égouttée, séchée à l'air puis cal-cinée à 450 C pendant 1 heure.

L'examen de la couche catalytique par diffraction des rayons X
montre qu'elle comporte du nickel, une phase spinelle NiCo2 04 ainsi que de petites quantités de NiO, Co304 et Al203.

L'électrode obtenue est utilisée comme anode dans les mêmes conditions que dans l'exemple 1. Son potentiel électrochimique mesuré
au cours d'une électrolyse à 80 C sous 1 A/cm2 est indiqué dans le tableau I.

Exemple 6 . .

Une électrode est préparée comme dans l'exemple 2a),puis dépyrophorisée sous eau par barbotage d'air pendant 6 heures. Cet-te électrode est ensuite immergée dans une solution contenant 58,20 g de Co (N03)2 6 ~l20, 161,6 g de Fe (N03)3 9 H20 et 30 g d'acide citrique par litre. Après égouttage, l'électrode est séchée sous vide à 80 C, puis calcinée sous air à la température de 450 C pendant l heure.

L'examen de la couche catalytique par diffraction des rayons X
montre qu'elle comporte du nickel, une phase spinelle CoFe204 ainsi qu'un peu de NiO et de Fe304.

~ ~ ~7 ~ ~

L'évoiution du potentiel électrochimique de cette anode est donnée dans le tableau I en fonction du temps d'électrolyse pour une densité de courant constante égale à 1 A/cm2.

Exemple 7 Une électrode recouverte de nickel divisé est préparée comme dans l'exemple 2a). Après lavage à l'eau distillée, l'hydrogène qui reste dans l'électrode est oxydé par de l'eau oxygénée, comme décrit dans l'exemple 2b).
-Cette é]ectrode est ensuite immergée dans une solution contenant 21,16 g de Sr ~N03)2, 43,30 g de La (NO3)37 6 H20, 58,20 g de Co (N03)26 H20 et 20 g d'acide citrique par litre~ pendant 20 minutes.
L'électrode est enfin égouttée, puis mise dans un four sous air dont on porte la température à 500 C pendant l heure.

L'examen de la couche catalytique par diffraction des rayons X
montre qu'elle comporte du nickel, une phase du type Lax Sr1_x CoO3 assez mal cris-tallisée, ainsi que de petites quantités de NiO, SrO
et Co304.

L'électrode obtenue est utilisée comme anode dans les mêmes conditions que dans l'exemple 1. Son potentiel électrochimique mesuré
au cours d'une électrolyse à 80 C sous 1 A/cm2 est indiqué dans le tableau I.

Exemple 8 (comparati~) Une poudre d'un oxyde mixte de composition LaO S SrO 5 Co 03 est préparée en dissolvant 10,58 g de Sr (N03)2, 21,65 g de La (N03)3 6 H20 et 29,10 g de Co (N03)~, 6 H20 dans 500 ml d'eau distillée puis en faisant tomber cette solution en pluie dans un récipient isotherme contenant de l'azote liquide à - 196 C. Les billes de produit congelé
ainsi obtenues sont ensuite déshydratées sous pression réduite -(lyophilisation) puis décomposées thermiquement sous air dans un four dont la tempéra-ture est por-tée à 500 C. Le produit de la calcination est broyé dans un mortier, puis 2 g de la poudre obtenue sont mélangés avec 0,6 g de PTFE( mar~ue ;;Teflon 30" de Du Pont de Nemours) et 40 cm3 d'eau. Cette suspension est ensuite projetée au moyen d'un pistolet sur les deux faces d'une grille identique à celles de l'exemple 1 placée sur une plaque chauffante. On dépose ainsi environ 15 mg d'oxyde à base de cobalt par cm2 d'électrode. Une cuisson sous air à 320 C pendant 30 minu-tes est finalement effectuée.

Cette électrode est alors utilisée comme anode dans les mêmes conditions que dans l'exemple 1. Le potentiel électrochimique de cet-te électrode et son évolu-tion au cours du temps sont indiquées dans le tableau I.

Exemple 9 (comparatif) Une électrode recouverte de nickel fritté est préparée en dépo-sant à la surface d'une grille identique à celles utilisées dans l'exemple 1 une bouillie composée d'une poudre de nickel ex-carbonyle commerciale de 5 th~ (Baudier - Poudmet 77 NM 5l~) et d'un épaississant (nitrocellulose) en solution dans l'acétone. L'électrode est d'abord déga~ée sous air en portan-t progressivement sa -température jusqu'à
180 C puis traitée thermiquement sous azote hydrogéné à 850 C pen-dant 30 n~nutes. L'épaisseur de la couche frittée est de 95 ~m.

Cette électrode est ensuite immergee dans une solution contenant 21,16 g de Sr (N03)2, 43,30 g de La ( N03)3, 6 ~120, 5~3,20 g de Co( N03)2 6 ~l20 et 20 g d'acide citrique, par litre, pendant 20 minutes. L'élec-trode est enfin égouttée, puis mise dans un four sous air dont on porte la température à 500 C pendant l heure.

L'électrode obtenue est utilisee comme anode dans ~es mêmes conditions que dans l'exemple 1. Son potentiel électrochimique mesure 30 au cours d'une électrolyse à 30 C sous l A/cm2 est indiqlle dans le , ~Y .
-- 1 ~ --3`

tableau I.

Exemple_10 Une électrode recouverte de nickel divisé est préparée comme dans l'exemple 2a) en utilisant comme produit de départ une poudre d'un alliage comportant 48 % Ni, 2 % Ti e-t 50 % Al en poids.

Cette électrode est imprégnée Gomme dans l'exemple 7 par une solution comportant des nitrates de cobalt, lanthane et strontium et de l'acide citrique, puis traitée thermiquement dans les mêmes conditions.

L'examen en diffraction X montre la présence des mêmes phases plus un peu d'oxyde de titane.

L'électrode est finalement utilisée comme anode dans les mêmes conditions que dans l'exemple 1. Son potentiel électrochimique mesuré
au cours d'une électrolyse à 80 C sous 1 A/cm2 est indiqué dans le tableau I.

TABLEAU I

Evolution du potentiel de l'anode ~en mV) par rapport à une référence Hg - HgO, au cours du temps.
¦ Temps ~
n (h)l 2 ¦ 20 ¦ 100 ¦ 200 ¦ 300 ¦exemple ¦ 1 (comp) ¦ 780 ¦ 785 1 795 ¦ 810 ¦ 820 ¦ 3 (comp)¦ 735 ¦ 800 ¦ 895 1 930 ¦ 955 ¦ 4 (comp)¦ 675 ¦ 690 ¦ 840 ¦ 925 ¦ 945 ¦ 8 (comp)¦ 695 ¦ 710 ¦ 730 ~ 740 1 740 9 (comp)¦ 720 ¦ 735 ¦ 765 ¦ 770 ¦ 775 lO I 625 1 630 1 635 1 635 1 635 Ces résultats montren-t que les électrodes des exemples selon l'in-vention permettent le dégagement de l'oxygène à des potentiels qui sont plus bas, donc avec une surtension plus ~aible, que les electrodes représentatives de l'art antérieur utilisées dans les mêmes conditions.

:
The invention relates to a new electrode covered with a ready catalyst.
feeling a ~ low overvoltage for the release of oxygen, usable notarn-ment for the electrolysis of water in an alkaline medium (anode), and a method of manufacturing this electrode.
The manufacture of thin sheets of highly divided nickel by projection of molten particles of an allia ~ e of Raney is known; the use of these sheets them as electrodes has also been described (US Patent 3,637,437). Under strong anodic polarization, the surface of electrodes of this type is covered with a layer of nickel oxide badly conducting the current and the overvoltages for the oxygen release grow until it becomes greater than that observe on a sheet (or on a grid) of solid nickel.
The use of cobalt-based oxides to reduce the oxygen overvoltage is also known. In English patent 1,352,995, oxides of the pe- type rowskite of formula La1 x Srx Co ~ 3 are prepared in powder form, then applied to a metallic conductor using an organic binder (polyty-trafluoroethylene). When the quantity of binder used is large, the adhesion is good, but the electrical resistance of the catalytic layer is excessive and the oxygen overvoltage that is observed at high current densities is significant. Reducing the amount of binder reduces the adhesion of the product and the service life of the catalytic layer is short.
It has also been proposed to coat the electrodes with galvo-noplasty with layers of nickel sulfide (German patent 28123 ~ 9) or mixed nickel and cobalt sulphide (request ie ~ revet fransais 2 444 083).
It is also known to use electrodes constituted by ~ Ieuil-sintered nickel or by nickel sheets coated with sintered nickel, said sintered nickel comprising oxides of different metals which are incorporated by impregnation of salts in solution and subsequent heat treatment. These sintered nickel layers are obtained by agglomeration of nickel powder and generally have pores with a diameter of 1 to 100 ~ m. The absence of pe-breast pores whose size is less than 0.1 ~ m does not allow re-suitable partitioning of the oxide layer on the base metal.
The release of oxygen inside the pores of this type of electrode moreover leads to their disintegration, sometimes very rapid, when they are used at high current densities.
The low overvoltage electrode according to the invention does not have the in-the well-known nickel-based electrodes of the nickel type Raney or electrodes covered by an oxide powder bound by polyté-trafluorethylene or even electrodes formed by layers of ni-ckel sintered impregnated with oxide. The catalytic layer which covers them has .

excellent adhesion to the current collector support and oxygen release voltages remain low for very long periods of time long t more than 10,000 hours), even at high current densities (up to 1 A / cm or more ~ and at electrolyte temperatures up to 160 or 200GC.
The electrodes according to the invention are covered by a catalytic layer.
that intended to reduce overvoltages and therefore reduce the specific consumption of electrical energy. It was discovered that the deposit on a electrically conductive substrate of a very finely divided porous nickel coating, the surface of which is then treated to fix a small amount of an oxide containing cobalt makes it possible to obtain an electrode with low sur-if we, In the case of alkaline electrolysis of water, the conductive substrate electricity will preferably be made of nickel. Alloys rich in ni-ckel or nickel-plated steels can also be used. This substrate can be presented, for example, in the form of plates, tubes, fabrics or grids.
The catalytic layer according to the invention which is deposited on the substrate conductor of electricity is generally prepared in two main stages:
1 - A layer of nickel is first formed on the metal substrate very finely divided reux ~ or very finely divided porous mixture or alloy with nickel base).
Z - The product of step 1 is subjected to a treatment making it possible to fix on its surface a small amount of an oxide containing cobalt.
By very finely divided porous nickel layer is meant a layer of nickel formed from an assembly of very fine particles whose size ~ measured under the electron microscope or by X-ray scattering, depending on the method described in the book "X-Ray Diffraction Procedures" by Klug and AlexanderJ
pages 542 to 708 edited by J. Wiley and Sons in New York in 1974) is from 5 to 150 nm preferably from 5 to 50 nm.
The arrangement of these small nickel particles will preferably be such that it forms a porous body resembling a sponge with pores of a diameter be from O, S to SO nm and preferably from 2 to 10 nmJ so as to develop a specific surfaceJ measurable for example by the BETJ method from 1 to 120 m / g and preferably from 1 to 80 m / g.
Other coatings suitable for making the first layer of electricity trode according llinvention can be obtained by replacing the coating of ni-finely divided porous ckel applied to the electrodes by a nickel-based coating further containing up to 50 ~ weight of MnJ Ee, Co, Nb or Ta and / or , - 3 -~ '7 ~? ~ 3 up to 15% by weight of Mg, Al, Si, Ti, V, Cu, Zn, Zr, Mo, Sn, La, Hf, W, Pb or Bi, relative to the nickel in the coating.
In general, the thickness of this layer will advantageously be from 5 to 500 ~ m and preferences from SO to 150l ~ m.
A pre ~ erated method to dispossess the nickel-based layer on the elect trodes according to the invention, consists in applying to a solid metallic support, for example in the form of a solid plate, canvas or grid, a layer of nickel-aluminum al-binding preferably containing from 45 to 55% by weight of each metals, by plasma torch projection. The application of this alloy layer can be done using a preformed nickel-aluminum alloy. We can also carry out a simultaneous projection of the two separate metals, a re-baked at temperatures ranging from 200 to 800C, for example 1 to 8 hours can then be pra ~ ique to promote the formation of the alloy between ni-ckel and aluminum. Any other process for forming a layer of nickel-aluminum bonding on the electrode can be used. We can for example forming an aluminum film on a nickel surface by evaporation of aluminum under vacuum and carrying out a subsequent annealing to diffuse the aluminum in the nickel. It is also possible to co-laminate nickel sheets and aluminum followed by heat treatment. The thickness of the layer of alliagenickel-aluminum may advantageously be between 5 and 500 ~ m or da-vantage, and preferably between 50 and 150 ~ m.
This layer of nickel-aluminum alloy is then subjected to attack chemical of known type by an aqueous solution of soda or potash, in order to dissolve the aluminum.
A preferred operating mode is as follows: the attack is made first at cold with a diluted caustic solution (for example 1 to 2N) ~ until cessation of the evolution of hydrogen. The concentration of soda or potash is then increased ~ 6 to 1N) and the temperature is raised to 60 to 80C.

It is advantageous, more particularly when the nickel layer 30 divided was formed by an application of nickel-aluminum alloy followed by a alkaline attack, to perform a depyrophorization of the porous nickel obtained, so as to eliminate the hydrogen which it can retain. This operation can be carried out by contact with hydrogen peroxide with Seil1 from an alkaline medium (for example lN potash solution), it is continued until the potential of the electrode is stabilized. It is also possible to operate by air bubbling.

- 4 ~

7 ~ fL3 Layers of divided nickel suitable for the manufacture of electrodes lon the invention can be obtained analogously from alloys such as nickel-magnesium, nickel-zinc, nickel-silicon, nickel-mercury which is put implemented using suitable proportions and activated by techniques such as those mentioned by WJ KIRKPATRICK ~ Catal ~ sts from alloys of nickel and non-catalytic Metals-publication ICL-1Z - Ths InternationalNickel Company Inc. New ~ ork USA 194 ~) and which include in particular the evapora-selective tion, acid or alkaline hydrolysis, selective chlorination and oxidation.
Other forms of highly ivory porous nickel obtained by electroplating, thermal decomposition of nickel carbonyl or organometallic compounds of nickel, for example acetylacetonate, decomposition and reduction of salts of nickel. for example nitrate, formate, oxalate, carbonate, or by any other process may be used for the manufacture of the electrodes provided that the parameters relating to the particle size, the pore size and the specific surface are as indicated above.
~ The oxides containing cobalt which are deposited in step 2 on the surface ; of the product prepared in step 1 are either the simple cobalt oxides such as CoO, Co304, Co203 or mixed oxides such as for example spinels of type A Co204 where A denotes a metal such as Ti, V, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Ge or Sn, engaged in the form of a divalent cation, or spinels of the Co type B2 ~ 04 where B denotes a metal such as Al, V, Cr, Mn, Fe, Ga, or In engaged in the form of cation trivalent, or perowskites of the Ln1 M Co 03 type where Ln denotes a metal of transition from the lanthanide series ~ elements of the periodic classification having an atomic number of 57 to 71) engaged in the form of a trivalent cation, M
denotes an alkaline earth element such as Ca, Mg, Sr or Ba and x has a value from 0 to 1 J OR again perowskites of the previous type in which a pro-minor portion of cobalt has been substituted by another element, such as Nb. Mo, Sb, Ta, W, U.
Other cobalt-containing oxides known for their resistance to attack by alkaline solutions and their catalytic activity in reactions using oxygen can be used without departing from the scope of the pre-invention.

. .

The deposition of this oxide layer on the very thin porous nickel layer-ment divided can be done by techniques well known in the art of art.
Electroplating techniques can be used to deposit the oxide metals to form on the surface of the divided nickel layer, then oxidize this deposit electrochemically or chemically.
It is also possible to impregnate the porous layer of ni-ckel by a solution of the metal salt (s) of the oxide to be formed, then, after solvent evaporation, heat treat these salts to decompose and form the oxide. To the solution ~ 'impregnation, we can add, if necessary, various gelifying agents, for example citric acid.

We can also proceed with the formation of the surface oxide layer.
by reactions occurring on the surface to be covered between compounds brought in the gaseous state, such as for example the pyrolysis of organic compounds volatile according to a reaction of the type:

[], ~]
or the reaction between the ~ the) halurets) volatile ~ s) of the metals considered res and a hydrogen-carbon dioxide mixture in contact with the surface of ni-ckel divided, according to a reaction of the type:

MCl ~ + 2 H2 ~ 2 C02 - ~ M02 ~ 4 HCl + 2 CO

The amount of cobalt-containing oxide that is permeated into the layer of divided nickel must be from 1 to 30% of the weight of said layer of nickel and preferably 5 to 15%.
The examples which follow illustrate the invention and should in no way limit it. Examples 1,3,4,8 and 9 are given by way of comparison.

Example 1 (Comparative) , Two 4 x 4 cm grids are cut from an expanded nickel sheet 0.3 mm thick, with diamond-shaped perforations, the large diagonal measures 4.5 mm, these perforat ~ ons being separated by metal strips 1 mm wide.

~ '7 ~ 3 These grilled s ~ n ~ aécapéeS by saDlage, degreased, then my ~ ées in a water electrolysis cell working at 80C at atmospheric pressure with a 36% KOH solution as an electrolyte. These two electrodes are pressed on either side of a diaphragm asbestos ~ asbestos "Ferlam 844", trademark).
One of the electrodes is connected to the pole plus a current generator continuous to serve as an anode. The other electrode is connected to the minus pole of this same generator to serve as cathode.
A mercury-mercury oxide reference electrode containing potash at 36% as electrolyte makes it possible to measure the electro-chemical potential of the ano-thanks to a Luggin capillary emerging near the working face of this anode.
The evolution of the electrochemical potential of this non-activated anode is given in table I as a function of the electrolysis time for a density of constant current equal to 1 A / cm.

Example 2 Again, two grids identical to those described in Example 1.

a) These grids are stripped by sandblasting and then covered with a layer of a nickel-aluminum alloy of average thickness 100 ~ m, by projection using a plasma torch of a powder of a commercial Ni-Al alloy 50-50 with a particle size between 25 and 80 ~ m.

After an annealing of 4 hours under an inert atmosphere (nitrogen) at 400 C, these electrodes are immersed in a 2N potassium hydroxide bath.
When the evolution of hydrogen caused by the chemical attack of aluminum nium has stopped, the 2N potassium hydroxide solution is replaced by a 8N solution and the bath temperature is gradually increased to We use the first electrode to determine its characteristics, as following :

~ - ~ - 7 -~ 7 ~ 3 After washing with water until all traces are completely eliminated residual potassium hydroxide, the surface catalytic layer of the electrode is examined under the electron microscope and by diffrac-tion of the X-rays. The adsorption isotherms are then determined.
desorption of nitrogen at 77K (-196C) and the specific surface is calculated product fique according to Brunauer's equation? Emmett and Teller (J. Am. Chem. Soc. 60, 309, 1938). These various examinations show that the catalytic layer which covers the electrodes is constituted by poorly crystallized nickel containing a small proportion of aluminum (probably alloyed with nickel in Ni Al form and in oxidized form).
The size of the nickel crystallites is between 5 and 50 nm, the pores have a diameter of 2 to 10 nm and the BET surface is 65 m2 / g.

b) the second electrode is also washed with distilled water, then oxidizes the hydrogen remaining in the nickel layer divided by depyro-phorination with hydrogen peroxide. This depyrophorization operation is made by immersing the electrode in a container containing potash lN, and we measure its potential compared to a reference Hg-HgO, while gradually adding a 1M solution of hydrogen peroxide.

The potential of the electrode, which is initially about - 830 mV, lowers when oxygenated water is added. The bill of hydrogen peroxide is stopped when the electrode potential remains at - 590 mV for at least 10 minutes.

This electrode is then immersed in a solution containing 58.20 g of Co (N03) 2.6 H20 per liter for 20 minutes. The electrode is finally drained, then put in an oven under air which one carries the temperature at 500 C for 1 hour.

Examination of the catalytic layer by ray diffraction shows that it contains nickel, a spinel phase C0304 as well as small amounts of NiO and A1203.

This electrode is then used as an anode in the same conditions as in example 1. The electrochemical potential of this electrode and its evolution over time are indicated in the table I.

Example 3 (comparative) The operations of example 2a) are repeated until the attack by potassium hydroxide, to obtain an electrode covered with split nickel.

After washing with distilled water, this electrode is used as an anode under the same conditions as in Example 1. The potential electrochemical of this electrode and its evolution over time under a constant current density of 1 A / cm2 are indicated in the table I.

Example 4 (comparative) .

We repeat again the operations of example 2 a) but we this time uses an alloy powder containing 45% by weight of nickel, 5% cobalt and 50% aluminum.

After washing with distilled water, this electrode is used as anode under the same conditions as in Example 1. A colo-blue ration develops in the electrolyte near the anode from the start of electrolysis indicates a dissolution of cobal-t.
The chemical analysis of the electrolyte effectively confirms that co-balt has gone into solution. The electro-chemical potential of the anode measured during electrolysis is shown in Table I.

Example 5 25 g of Co (CH3CO2) 2, 4 H2O, 12.5 g of Ni (CH3CO2) 2 are dissolved.
4 H20 and 7 9 7 g of NH4CH3C02 in 500 ml of CH30H. We add 4 g of granulated activated carbon and a stream of air and ammonia is bubbled through this solution for 2 hours. It is then filtered to eliminate the coal.

An electrode prepared as in Example 2 a), then depyro-phorinated with hydrogen peroxide as in Example 2b) is immersed in this solution of nickel II hexammine acetate and cobalt III
hexammine for 15 minutes, then drained, air dried then cal-cine at 450 C for 1 hour.

Examination of the catalytic layer by X-ray diffraction shows that it contains nickel, a NiCo2 04 spinel phase as well only small amounts of NiO, Co304 and Al203.

The electrode obtained is used as an anode in the same conditions as in example 1. Its measured electrochemical potential during an electrolysis at 80 C at 1 A / cm2 is indicated in the table I.

Example 6 . .

An electrode is prepared as in Example 2a), then depyrophorized under water by air bubbling for 6 hours. This electrode is then immersed in a solution containing 58.20 g of Co (N03) 2 6 ~ 120, 161.6 g of Fe (N03) 3 9 H20 and 30 g of citric acid per liter. After draining, the electrode is dried under vacuum at 80 ° C.
then calcined in air at a temperature of 450 C for one hour.

Examination of the catalytic layer by X-ray diffraction shows that it contains nickel, a CoFe204 spinel phase as well as a little NiO and Fe304.

~ ~ ~ 7 ~ ~

The evolution of the electrochemical potential of this anode is given in table I as a function of the electrolysis time for a constant current density equal to 1 A / cm2.

Example 7 An electrode covered with divided nickel is prepared as in example 2a). After washing with distilled water, the hydrogen which remains in the electrode is oxidized by hydrogen peroxide, as described in example 2b).
-This electrode is then immersed in a solution containing 21.16 g of Sr ~ N03) 2, 43.30 g of La (NO3) 37 6 H2O, 58.20 g of Co (N03) 26 H2O and 20 g of citric acid per liter ~ for 20 minutes.
The electrode is finally drained, then put in an oven under air which brings the temperature to 500 C for one hour.

Examination of the catalytic layer by X-ray diffraction shows that it contains nickel, a phase of the Lax Sr1_x CoO3 type fairly poorly crystallized, as well as small amounts of NiO, SrO
and Co304.

The electrode obtained is used as an anode in the same conditions as in example 1. Its measured electrochemical potential during an electrolysis at 80 C at 1 A / cm2 is indicated in the table I.

Example 8 (comparison) A powder of a mixed oxide of composition LaO S SrO 5 Co 03 is prepared by dissolving 10.58 g of Sr (N03) 2, 21.65 g of La (N03) 3 6 H20 and 29.10 g of Co (N03) ~, 6 H20 in 500 ml of distilled water then by dropping this solution in rain in an insulated container containing liquid nitrogen at - 196 C. The frozen product beads thus obtained are then dehydrated under reduced pressure -(lyophilization) then thermally decomposed in air in an oven whose temperature is raised to 500 C. The product of calcination is ground in a mortar, then 2 g of the powder obtained are mixed with 0.6 g of PTFE (mar ~ ue ;; Teflon 30 "from Du Pont de Nemours) and 40 cm3 of water. This suspension is then projected by means of a pistol on both sides of a grid identical to those of Example 1 placed on a hot plate. We thus deposit approximately 15 mg of cobalt-based oxide per cm2 of electrode. Cooking under air at 320 C for 30 minutes is finally performed.

This electrode is then used as an anode in the same conditions as in example 1. The electrochemical potential of this electrode and its evolution over time are indicated in the table I.

Example 9 (comparative) An electrode covered with sintered nickel is prepared for deposition.
health on the surface of a grid identical to those used in Example 1 a slurry composed of an ex-carbonyl nickel powder commercial 5 th ~ (Baudier - Poudmet 77 NM 5l ~) and a thickener (nitrocellulose) in solution in acetone. The electrode is first dega ~ ée under air in portan-t gradually its temperature up to 180 C then heat treated under hydrogenated nitrogen at 850 C
for 30 minutes. The thickness of the sintered layer is 95 ~ m.

This electrode is then immersed in a solution containing 21.16 g of Sr (N03) 2, 43.30 g of La (N03) 3, 6 ~ 120, 5 ~ 3.20 g of Co (N03) 2 6 ~ 120 and 20 g of citric acid, per liter, for 20 minutes. The elect trode is finally drained, then put in an oven under air which one carries the temperature at 500 C for one hour.

The electrode obtained is used as an anode in ~ es themselves conditions as in example 1. Its electrochemical potential measures 30 during an electrolysis at 30 C under l A / cm2 is indiqlle in the , ~ Y.
- 1 ~ -3`

table I.

Example_10 An electrode covered with divided nickel is prepared as in Example 2a) using a powder as the starting material of an alloy comprising 48% Ni, 2% Ti and 50% Al by weight.

This electrode is impregnated Gum in Example 7 with a solution comprising nitrates of cobalt, lanthanum and strontium and citric acid, then heat treated under the same conditions.

X-ray diffraction examination shows the presence of the same phases plus some titanium oxide.

The electrode is ultimately used as an anode in the same conditions as in example 1. Its measured electrochemical potential during an electrolysis at 80 C at 1 A / cm2 is indicated in the table I.

TABLE I

Evolution of the potential of the anode (in mV) compared to to a reference Hg - HgO, over time.
¦ Time ~
n (h) l 2 ¦ 20 ¦ 100 ¦ 200 ¦ 300 Example ¦ 1 (comp) ¦ 780 ¦ 785 1,795 ¦ 810 ¦ 820 ¦ 3 (comp) ¦ 735 ¦ 800 ¦ 895 1,930 ¦ 955 ¦ 4 (comp) ¦ 675 ¦ 690 ¦ 840 ¦ 925 ¦ 945 1 5 1,630 1,640 1,665 1,665 1,670 1 7 1,625 1,630 1,640 1,645 1,645 ¦ 8 (comp) ¦ 695 ¦ 710 ¦ 730 ~ 740 1,740 9 (comp) ¦ 720 ¦ 735 ¦ 765 ¦ 770 ¦ 775 lO I 625 1,630 1,635 1,635 1,635 These results show that the electrodes of the examples according to the vention allow the release of oxygen to potentials which are lower, therefore with a lower ~ overvoltage, than the electrodes representative of the prior art used under the same conditions.

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Claims (20)

Les réalisations de l'invention, au sujet des-quelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit: The embodiments of the invention, concerning the-what an exclusive property right or lien is claimed, are defined as follows: 1. Electrode caractérisée en ce qu'elle comprend un support métallique recouvert d'une couche de nickel constituée de particules de nickel dont la taille est de 5 à 150 nm, qui présente des pores d'un diamètre de 0,5 à
50 nm et qui développe une surface spécifique de 1 à 120 m2/g, ladite couche de nickel comportant à sa surface un oxyde contenant du cobalt.
1. Electrode characterized in that it comprises a metal support covered with a layer of nickel made up of nickel particles whose size is 5 at 150 nm, which has pores with a diameter of 0.5 to 50 nm and which develops a specific surface from 1 to 120 m2 / g, said layer of nickel comprising on its surface a cobalt-containing oxide.
2. Electrode selon la revendication 1, caracté-risée en ce qu'elle est obtenue par un procédé dans lequel:
(a) on dépose sur ledit support métallique un alliage contenant du nickel et de l'aluminium;
(b) on élimine au moins la majeure partie de l'aluminium de manière à obtenir une couche de nickel poreux très finement divisé selon la revendication 1;
(c) on dépose à la surface de ladite couche de nickel au moins du cobalt ou au moins un composé de cobalt;
et (d) on transforme le dépôt obtenu en oxyde conte-nant du cobalt.
2. Electrode according to claim 1, character-laughed at in that it is obtained by a process in which:
(a) a metal support is deposited on said metal support alloy containing nickel and aluminum;
(b) at least most of aluminum so as to obtain a layer of nickel very finely divided porous according to claim 1;
(c) depositing on the surface of said layer of nickel at least cobalt or at least one cobalt compound;
and (d) the deposit obtained is transformed into oxide containing cobalt.
3. Electrode selon la revendication 2, caracté-risée en ce que l'alliage nickel aluminium utilisé dans l'étape (a) renferme de 45 à 55% en poids de chaque métal. 3. Electrode according to claim 2, character-laughed at in that the nickel aluminum alloy used in step (a) contains 45 to 55% by weight of each metal. 4. Electrode selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que le dépôt d'alliage dans l'étape (a) est effectué au moyen d'un chalumeau à plasma. 4. Electrode according to claim 2 or 3, characterized in that the alloy deposition in step (a) is carried out using a plasma torch. 5. Electrode selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que le support métallique revêtu d'al-liage à l'étape (a) est soumis à un recuit à 200 - 800° C
pendant 1 à 8 heures avant l'étape (b).
5. An electrode according to claim 2 or 3, characterized in that the metal support coated with aluminum bonding in step (a) is annealed at 200 - 800 ° C
for 1 to 8 hours before step (b).
6. Electrode selon la revendication 2, caracté-risée en ce que dans l'étape (b), l'élimination de l'alumi-nium est effectuée par attaque à la soude ou à la potasse. 6. Electrode according to claim 2, character-in that in step (b), the elimination of aluminum nium is carried out by attack with soda or potash. 7. Electrode selon la revendication 2, caracté-risée en ce que, le support revêtu de la couche de nickel poreux très finement divisé après l'étape (b), est soumis à
une dépyrophorisation par contact en solution alcaline avec de l'eau oxygénée ou par barbotage d'air, avant l'étape (c).
7. An electrode according to claim 2, character-laughed at in that the support coated with the nickel layer porous very finely divided after step (b), is subjected to depyrophorization by contact in alkaline solution with hydrogen peroxide or by bubbling air, before step (c).
8. Electrode selon la revendication 2, caracté-risée en ce que le support revêtu de la couche de nickel poreux très finement divisé est imprégné, dans l'étape (c), par une solution contenant au moins un composé de cobalt et, après évaporation du solvant, ledit composé de cobalt est transformé en oxyde par décomposition thermique, dans l'étape (d). 8. Electrode according to claim 2, character-laughing at the fact that the support coated with the nickel layer very finely divided porous is impregnated, in step (c), with a solution containing at least one cobalt compound and, after evaporation of the solvent, said cobalt compound is transformed into oxide by thermal decomposition, in step (d). 9. Electrode selon la revendication 8, caracté-risée en ce que la solution utilisée pour l'imprégnation dans l'étape (c) contient en outre un agent gélifiant. 9. An electrode according to claim 8, character-laughed at in that the solution used for impregnation in step (c) further contains a gelling agent. 10. Electrode selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la couche de nickel divisé a une épaisseur de 5 à 500 µm. 10. An electrode according to claim 1 or 2, characterized in that the divided nickel layer has a thickness from 5 to 500 µm. 11. Electrode selon la revendication 1, caracté-risée en ce que dans ladite couche de nickel une fraction allant jusqu'à 50 % en poids du nickel est remplacée par le même poids d'au moins un métal choisi parmi le manganèse, le fer, le cobalt, le niobium et le tantale, et/ou une fraction allant jusqu'à 15 % en poids du nickel est rempla-cée par le même poids d'au moins un métal choisi parmi le magnésium, l'aluminium, le silicium, le titane, le vanadium, le cuivre, le zinc, le zirconium, le molybdène, l'étain, le lanthane, le hafnium, le tungstène, le plomb et le bismuth. 11. Electrode according to claim 1, character-laughed at in that in said nickel layer a fraction up to 50% by weight of nickel is replaced by the same weight of at least one metal chosen from manganese, iron, cobalt, niobium and tantalum, and / or a fraction up to 15% by weight of nickel is replaced created by the same weight of at least one metal chosen from magnesium, aluminum, silicon, titanium, vanadium, copper, zinc, zirconium, molybdenum, tin, lanthanum, hafnium, tungsten, lead and bismuth. 12. Electrode selon la revendication 2, caracté-tisée en ce que dans ladite couche de nickel une fraction allant jusqu'à 50 % en poids du nickel est remplacée par le même poids d'au moins un métal choisi parmi le manganèse, le fer, le cobalt, le niobium et le tantale, et/ou une fraction allant jusqu'à 15 % en poids du nickel est rempla-cée par le même poids d'au moins un métal choisi parmi le magnésium, l'aluminium, le silicium, le titane, le vanadium, le cuivre, le zinc, le zirconium, le molybdène, l'étain, le lanthane, le hafnium, le tungstène, le plomb et le bismuth. 12. An electrode according to claim 2, character-weighed in that in said layer of nickel a fraction up to 50% by weight of nickel is replaced by the same weight of at least one metal chosen from manganese, iron, cobalt, niobium and tantalum, and / or a fraction up to 15% by weight of nickel is replaced created by the same weight of at least one metal chosen from magnesium, aluminum, silicon, titanium, vanadium, copper, zinc, zirconium, molybdenum, tin, lanthanum, hafnium, tungsten, lead and bismuth. 13. Electrode selon la revendication 1, 11 ou 12, caractérisée en ce que dans ladite couche de nickel une fraction allant jusqu'à 15 % en poids du nickel est rempla-cée par le même poids de titane. 13. An electrode according to claim 1, 11 or 12, characterized in that in said nickel layer a fraction up to 15% by weight of nickel is replaced created by the same weight of titanium. 14. Electrode selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la quantité d'oxyde contenant du cobalt représente de 1 à 30 % en poids de la couche de nickel divisé. 14. An electrode according to claim 1 or 2, characterized in that the amount of oxide containing cobalt represents from 1 to 30% by weight of the layer of split nickel. 15. Electrode selon la revendication 1, caracté-risée en ce que ledit oxyde contenant du cobalt est au moins en partie sous la forme d'un oxyde simple choisi parmi CoO, Co3O4, Co2O3, d'un oxyde mixte spinelle ACo2O4, où A représente un métal choisi parmi le titane, le vana-dium, le manganèse, le fer, le nickel, le cuivre, le zinc, le germanium et l'étain, d'un oxyde mixte spinelle Co B2O4, où B représente un métal choisi parmi l'aluminium, le vana-dium, le chrome, le manganèse, le fer, le gallium et l'in-dium, ou d'un oxyde mixte pérowskite Ln1-x Mx Co O3 où Ln représente un métal de la série des lanthanides, M repré-sente un métal alcalino-terreux, x ayant une valeur de 0 à
1, ou encore en un oxyde mixte pérowskite du type précédent dans lequel une proportion mineure du cobalt est remplacé
par le même poids d'un métal choisi parmi le niobium, le molybdène, l'antimoine, le tantale, le tungstène et l'uranium.
15. An electrode according to claim 1, character-laughed at in that said cobalt-containing oxide is at less in the form of a selected simple oxide among CoO, Co3O4, Co2O3, of a mixed spinel oxide ACo2O4, where A represents a metal chosen from titanium, vana-dium, manganese, iron, nickel, copper, zinc, germanium and tin, a mixed spinel oxide Co B2O4, where B represents a metal chosen from aluminum, vana-dium, chromium, manganese, iron, gallium and in-dium, or a mixed perowskite oxide Ln1-x Mx Co O3 where Ln represents a metal from the lanthanide series, M represents smells of an alkaline earth metal, x having a value of 0 to 1, or a mixed perowskite oxide of the above type in which a minor proportion of the cobalt is replaced by the same weight of a metal chosen from niobium, the molybdenum, antimony, tantalum, tungsten and uranium.
16. Electrode selon la revendication 2, caracté-risée en ce que ledit oxyde contenant du cobalt est au moins en partie sous la forme d'un oxyde simple choisi parmi CoO, Co3O4, Co2O3, d'un oxyde mixte spinelle ACo2O4, où A
représente un métal choisi parmi le titane, le vanadium, le manganèse, le fer, le nickel, le cuivre, le zinc, le germa-nium et l'étain, d'un oxyde mixte spinelle Co B2O4, où B
représente un métal choisi parmi l'aluminium, le vanadium, le chrome, le manganèse, le fer, le gallium et l'indium, ou d'un oxyde mixte pérowskite Ln1-x Mx Co O3 où Ln représente un métal de la série des lanthanides, M représente un métal alcalino-terreux, x ayant une valeur de 0 à 1, ou encore en un oxyde mixte pérowskite du type précédent dans lequel une proportion mineure du cobalt est remplacé par le même poids d'un métal choisi parmi le niobium, le molybdène, l'anti-moine, le tantale, le tungstène et l'uranium.
16. An electrode according to claim 2, character-laughed at in that said cobalt-containing oxide is at less in the form of a simple oxide chosen from CoO, Co3O4, Co2O3, of a mixed spinel oxide ACo2O4, where A
represents a metal chosen from titanium, vanadium, manganese, iron, nickel, copper, zinc, germa-nium and tin, a mixed spinel oxide Co B2O4, where B
represents a metal chosen from aluminum, vanadium, chromium, manganese, iron, gallium and indium, or of a mixed perowskite oxide Ln1-x Mx Co O3 where Ln represents a metal from the lanthanide series, M represents a metal alkaline earth, x having a value of 0 to 1, or a perowskite mixed oxide of the preceding type in which a minor proportion of cobalt is replaced by the same weight of a metal chosen from niobium, molybdenum, anti-monk, tantalum, tungsten and uranium.
17. Electrode selon la revendication 15 ou 16, caractérisée en ce que ledit oxyde contenant du cobalt est au moins en partie sous la forme d'un oxyde mixte spinelle Co B2O4, où B représente le fer. 17. An electrode according to claim 15 or 16, characterized in that said cobalt-containing oxide is at least partly in the form of a mixed spinel oxide Co B2O4, where B represents iron. 18. Electrode selon la revendication 15 ou 16, caractérisée en ce que ledit oxyde contenant du cobalt est au moins en partie sous la forme d'un oxyde mixte pérowskite Ln1-x Mx CoO3, où Ln représente le lanthane et M représente le strontium. 18. An electrode according to claim 15 or 16, characterized in that said cobalt-containing oxide is at least partly in the form of a mixed perowskite oxide Ln1-x Mx CoO3, where Ln represents lanthanum and M represents strontium. 19. Electrode selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le nickel est présent sous la forme de particules de 5 à 50 nm, présente des pores de 2 à 10 nm et développe une surface spécifique de 10 à 80 m2/g. 19. An electrode according to claim 1 or 2, characterized in that nickel is present in the form particles from 5 to 50 nm, has pores from 2 to 10 nm and develops a specific surface of 10 to 80 m2 / g. 20. Méthode d'électrolyse de l'eau en milieu alcalin, caractérisée en ce que l'on utilise comme anode une électrode selon la revendication 1. 20. Method of electrolysis of water in the medium alkaline, characterized in that an anode is used an electrode according to claim 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US10208384B2 (en) * 2011-08-11 2019-02-19 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Efficient water oxidation catalysts and methods of oxygen and hydrogen production by photoelectrolysis
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JP6615682B2 (en) 2016-04-12 2019-12-04 デノラ・ペルメレック株式会社 Anode for alkaline water electrolysis and method for producing anode for alkaline water electrolysis
WO2018181955A1 (en) * 2017-03-31 2018-10-04 旭化成株式会社 Anode, bipolar electrolytic cell, and method for producing hydrogen

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1046586B (en) * 1955-04-25 1958-12-18 Wilhelm Schemuth Process for the production of highly active catalysts
US4138510A (en) * 1973-09-27 1979-02-06 Firma C. Conradty Metal anode for electrochemical processing and method of making same
US4251478A (en) * 1979-09-24 1981-02-17 Ppg Industries, Inc. Porous nickel cathode

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