CN104603331B - 一种气体扩散电极及其制备方法 - Google Patents

一种气体扩散电极及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104603331B
CN104603331B CN201280074539.0A CN201280074539A CN104603331B CN 104603331 B CN104603331 B CN 104603331B CN 201280074539 A CN201280074539 A CN 201280074539A CN 104603331 B CN104603331 B CN 104603331B
Authority
CN
China
Prior art keywords
gas
diffusion layers
slurry
diffusion electrode
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201280074539.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104603331A (zh
Inventor
王峰
曹寅亮
刘景军
李志林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing University of Chemical Technology
Original Assignee
Beijing University of Chemical Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing University of Chemical Technology filed Critical Beijing University of Chemical Technology
Publication of CN104603331A publication Critical patent/CN104603331A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104603331B publication Critical patent/CN104603331B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/34—Simultaneous production of alkali metal hydroxides and chlorine, oxyacids or salts of chlorine, e.g. by chlor-alkali electrolysis
    • C25B1/46—Simultaneous production of alkali metal hydroxides and chlorine, oxyacids or salts of chlorine, e.g. by chlor-alkali electrolysis in diaphragm cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/02—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form
    • C25B11/03—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form perforated or foraminous
    • C25B11/031—Porous electrodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
    • C25B11/042—Electrodes formed of a single material
    • C25B11/043—Carbon, e.g. diamond or graphene

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

提供了一种气体扩散电极及其制备方法，所述的气体扩散电极包括电流收集体1、气体扩散层2、涂覆于气体扩散层上的气体催化层3以及位于气体催化层上的液相导流层4。所述气体扩散层包括高石墨化度炭黑、聚四氟乙烯；气体催化层包括催化剂、酸化的高石墨化度炭黑、聚四氟乙烯；所述的高石墨化度炭黑的拉曼光谱Id/Ic峰强度比值在0.3‑1.0之间，气体扩散层和气体催化层石墨化程度可以相同，也可以不相同。该气体扩散电极在碱液中耐蚀性好、电化学性能优异且稳定，适用于氯碱工业中的电解反应。

Description

一种气体扩散电极及其制备方法
技术领域
本申请属于化工领域，具体而言，涉及一种适用于氯碱工业中的气体扩散电极及其制备方法。
背景技术
氯碱工业是基础的化学工业，对推动国民经济发展发挥着重要的作用。同时，氯碱工业是属于高能耗的产业，最大限度地降低氯碱工业的能耗一直都是各国关注的课题。
近年来，以氧气阴极替代析氢阴极的离子膜食盐电解法逐步得到重视，其实质是以氧气还原反应替代析氢反应。传统的以析氢电极作为阴极的离子膜制碱法的反应式为：
2Cl-→Cl2+2e（1.36V）
2H2O+2e→2OH-+H2（-0.83V）
2NaCl+2H2O→Cl2+2NaOH+H2（2.19V）
而以采用氧气阴极的离子膜制碱法其电化学反应式为：
2Cl-→Cl2+2e（1.36V）
O2+2H2O+4e→4OH-（0.4V）
2NaCl+H2O+1/2O2→ Cl2+2NaOH（0.96V）
可见以氧气阴极替代析氢阴极后的离子膜制碱法，其理论分解电压能够降低1.23V，理论节能能够达到40%，电解吨碱能够节省700KWh的电能，具有非常可观的应用价值。
而气体扩散电极起初源于燃料电池以及锌空电池的发展，应用在氯碱工业的研究相对较少，主要是由于有以下几方面的难点：
1）氯碱工业实际电解工况条件比较苛刻，通常在30%以上的碱浓度和80-90℃的温度下运行，对电极的材料以及电极的制备要求较高；
2）氧气阴极在电化学反应过程中，由于受催化剂电催化机制的影响，会存在一定程度二电子的副反应，产生一定量的HO2 -，其存在对碳材料有一定的刻蚀能力，这对电极的结构、寿命及电化学性能带来负面影响；
3）氧气阴极的电化学反应过程实际上是气液固多相催化反应的过程，气液固三相反应平衡难于控制，因而会影响氧气阴极电催化效率。
4）氧气阴极的机械强度低，安装难度大，难以满足大规模工业化生产的需要；
5）氧气阴极的浆料分散过程以及成膜过程复杂，而且，对干燥要求较高，难以获得表面状态良好且无裂纹的电极。
目前，围绕以上难点，各国科研工作者进行了大量的工作，其中，日本专利特開2007-327092中采用AB-6炭黑作为疏水性炭黑，以AB-12炭黑作为亲水性炭黑，以银粉作为催化剂进行了气体扩散电极的制备，得到了耐水压能力强，劣化速率慢的气体扩散电极；日本专利特開2004-300451采用AB-6炭黑作为疏水性炭黑，以镀银的金属网作为催化剂层，通过对疏水性炭黑与粘合剂的分散、过滤、干燥步骤后，将镀银的金属网进行热压成型制备了性能稳定的气体扩散电极，但该电极很难满足工业化生产大电极的要求；专利CN101736360A中公开了以镀银镍网作为支撑体，将镀银镍网置于气体扩散层以及催化层之间结构的气体扩散电极，但该电极存在自身的机械强度弱，在生产过程中电极表面容易产生裂纹以及在热压阶段难于脱模等问题，也难以实现工业化生产的要求。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的问题，提供一种简易高效的适用于氯碱工业中的气体扩散电极及其制备方法。为了实现本发明的目的，采用如下技术方案：本发明一方面涉及一种气体扩散电极，包括电流收集体、气体扩散层、涂覆于气体扩散层之上的气体催化层以及位于气体催化层上的液相导流层；其特征在于气体扩散层包括高石墨化度炭黑、聚四氟乙烯；气体催化层包括催化剂、酸化的高石墨化度炭黑、聚四氟乙烯；所述的高石墨化度炭黑是拉曼光谱的ID/IG峰强度比值在0.3～1.0之间的炭黑，气体扩散层和气体催化层的石墨化程度可以相同，也可以不相同；电流收集体和液相导流层均为镀银泡沫金属，所述镀银泡沫镍金属银镀层的厚度在0.1～20μm；镀银泡沫金属可以相同也可以不相同。
在本发明的一个优选实施方式中，其特征在于气体扩散层中高石墨化度炭黑、聚四氟乙烯的质量比(0.01～1) : (0.01～0.1)。
在本发明的一个优选实施方式中，其特征在于气体催化层中催化剂、酸化的高石墨化度炭黑、聚四氟乙烯质量比为（0.1～1）：（0.1～1）：（0.1～1）。
在本发明的一个优选实施方式中，其特征在于镀银泡沫金属选自镀银的泡沫镍、钛、钨、钴或其合金。
在本发明的一个优选实施方式中，其特征在于气体催化层中的催化剂选自银粉或银/碳复合催化剂，优选的，催化剂的粒径介于0.01～5μm之间。
在本发明的一个优选实施方式中，其特征在于所述的扩散电极是应用于氯碱工业的气体扩散电极。
在本发明的一个优选实施方式中，其特征在于气体扩散电极制备过程中气体扩散层由包含高石墨化度炭黑、水、曲拉通、聚四氟乙烯乳液、异丙醇的原料所制成，其中以曲拉通的异丙醇水溶液为分散介质，上述原料的质量比为：(0.01～1) : (0.1～1) : (0.01～0.1) : (0.01～0.1) : 1。
本发明的一个优选实施方式中，其特征在于在气体扩散电极制备过程中所述的气体催化层由包含催化剂、酸化的高石墨化度炭黑、水、曲拉通、聚四氟乙烯溶液、异丙醇的原料所制成，其中以曲拉通的水溶液为分散介质，上述原料的质量比为：（0.1～1）：（0.1～1）：（1～10）：（0.1～1）：（0.1～1）：1。
在本发明所述的气体扩散电极的制备方法的一个优选实施方式中，其特征在于气体扩散层的制备方法包括如下步骤：（1）将高石墨化度炭黑分散在含有表面活性剂曲拉通的异丙醇水溶液中，得到气体扩散层浆料，将此浆料超声剪切分散10～200min，然后加入质量分数为40～80%的聚四氟乙烯乳液，继续进行剪切分散10～150min；气体扩散层浆料分散过程的温度控制在10～100℃之间；气体扩散层浆料中的粉体分散后的平均粒度控制在0.2～10μm之间；气体扩散层浆料分散后静置5～100h；气体扩散层的浆料固含量控制在5～40wt%;（2）将气体扩散层浆料均匀涂抹在电流收集体镀银泡沫金属上；气体扩散层的浆料涂抹后，在40～120℃下干燥5～10h；气体扩散层浆料涂抹以及干燥处理后，对其进行初步冷压成型处理，冷压压力0.1～2MPa、温度控制在-10～50℃，保压时间10～300s，得到和电流收集体1和气体扩散层2的组合体。
在本发明所述气体扩散电极的制备方法的一个优选实施方式中，其特征在于所述的气体催化层的制备方法包括如下步骤：(1)将催化剂、酸化的石墨化炭黑分散在含有表面活性剂曲拉通的异丙醇水溶液中，得到催化层浆料，将此浆料超声剪切分散10～200 min，然后加入质量分数为40～80%的聚四氟乙烯乳液，继续进行剪切分散10～150 min；催化层浆料分散过程的温度控制在10～100℃之间；催化层浆料中的粉体分散后的平均粒度控制在0.2～10μm之间；（2）将催化层浆料均匀涂抹在电流收集体和气体扩散层组合体的气体扩散层上；催化层的浆料涂抹结束后，在40～120℃下干燥0.5～1h；催化层浆料涂抹以及干燥处理后，对组合体进行二次冷压成型处理，冷压压力0.1～2MPa，温度控制在-10～50℃，保压时间10～300s，得到初步成形的气体扩散电极；将初步成形的气体扩散电极进行高温烘烤，烘烤温度控制在270～290℃，烘烤时间1～20h；将液相导流层镀银泡沫金属置于烘烤后初步成形的气体扩散电极上进行热压成形，热压压力控制在2～12MPa，热压温度330～450℃，保压时间10～300s，得到所述的气体扩散电极。
在上述气体扩散电极的制备方法的一个优选实施方式中，其特征在于所述镀银泡沫金属通过在泡沫金属上用电镀法、化学镀法、置换镀法镀银制备。
本发明所使用的催化剂包括银粉或银/碳复合催化剂（其制备可以参见CN101745390A），下文中所提及到的银/碳复合催化剂均为公开专利CN 101745390A中所制备的催化剂。
本发明具有以下有益效果：
本发明将高石墨化度的炭黑分散在含有一定表面活性剂的异丙醇水溶液中，通过超声剪切分散以及静置过程，得到分散均匀的气体扩散层浆料，将气体扩散层浆料均匀涂抹于镀银泡沫金属上，经干燥后，进行冷压得到气体扩散层，此气体扩散层不仅具有良好的导电能力、气体透过能力，而且还具有优良的耐水压能力；将催化剂、酸化的高石墨化度炭黑分散在含有一定表面活性剂的异丙醇水溶液中，通过超声剪切分散，得到分散均匀的催化层浆料，将催化层浆料均匀涂抹于气体扩散层上，经干燥后，进行冷压得到初步成形的气体扩散电极。用此方法得到的催化剂层不仅具有适当的亲疏水能力，从而有利于气液固三相反应的进行，而且还具有降低过氧化氢副反应发生能力以及抗刻蚀的能力，从而有利于电极长期稳定的运行。通过将初步成形的气体扩散电极进行高温烘烤，以彻底除去残留于电极内部的表面活性剂，从而有利于在热压成型阶段孔结构的均匀；通过在热压阶段，将镀银泡沫金属置于催化剂层表面进行热压，形成夹心结构的气体扩散电极，不仅有利于在催化过程中三相反应的进行，而且镀银泡沫金属还能够提高电极在碱性溶液下的电催化能力以及电极自身的机械强度。因此本发明所提供的气体扩散电极在碱性溶液中的耐蚀性和导电性好、运行稳定，适用于氯碱工业中的电解反应。
附图说明
图1、本发明所提供的气体扩散电极结构示意图，1为电流收集体、2为扩散层、3为催化层、4为液相导流层；
图2、本发明所提供的气体扩散层中高石墨化度炭黑的拉曼光谱图；
图3、催化剂为银粉在碱性溶液中旋转环盘测试结果；
图4、实施例1与对比实施例1所制备的气体扩散电极电解槽实际电解试验数据
（测试条件为30%NaOH溶液中电流密度为3KA/m2）。
具体实施方式
实施例1
所使用的高石墨化度炭黑是将炭黑（Vulcan XC-72）在高温石墨化炉中于2700℃石墨化6～10 h得到的，测试石墨化程度的拉曼光谱如图2所示，其拉曼光谱ID/IG为0.67，镀银泡沫镍采用电镀法制备，泡沫镍采购自菏泽天宇科技开发有限责任公司，酸化的高石墨化度炭黑是将石墨化炭黑在120℃下在硝酸（质量分数为68%）溶液中冷凝回流6～10 h得到的。
1）称取0.4～2g高石墨化度炭黑分散在含有0.4～1g曲拉通的异丙醇水溶液中，其中异丙醇为40mL，水为10～25mL，后将此浆料溶液超声剪切60 min后，加入质量分数为60%的聚四氟乙烯乳液（D-110）1～2g，继续进行剪切分散10 min，待分散完成以后，将气体扩散层浆料均匀涂抹于90mm×90mm的镀银泡沫镍上，经烘箱60℃烘干30 min后，对其进行初步冷压成形，冷压压力为0.1～2MPa，室温压制60s，得到电流收集体1和气体扩散层2的组合体。
2）将1～2g催化剂银粉、2～3g酸化的石墨化炭黑分散在含有2.5～3g/L曲拉通的异丙醇水溶液中，使酸化石墨化炭黑表面含氧官能团浓度为0.5～2mmol/g；其中异丙醇为3mL，水为15～30mL，后将此浆料溶液超声剪切60min后，加入质量分数为60%的聚四氟乙烯乳液2.5～3g，继续进行剪切分散10min，待分散完成以后，将催化层浆料均匀涂抹于电流收集体1和气体扩散层2组合体的气体扩散层上，经干燥后，对其进行二次冷压成形处理，冷压压力0.1～2MPa、温度控制在室温，保压时间30s，得到初步成形的气体扩散电极，其中催化剂银粉在碱性溶液中的旋转环盘测试结果如图3所示，可以发现其电催化机制都近乎于四电子反应。
3）将上述步骤中得到的初步成形的气体扩散电极进行高温烘烤，烘烤温度控制在290℃，烘烤时间2h。
4）将导流层镀银泡沫镍置于烘烤后初步成形的气体扩散电极上进行热压成形，热压压力控制在5～8MPa，热压温度360℃，保压时间60s；得到气体扩散电极。所得到的气体扩散电极电解槽实际电解试验数据如图4所示，电极在碱性溶液中表现出耐蚀性好、电化学性能优异且稳定的特点，适用于氯碱工业中的电解反应。
实施例2
所使用的高石墨化度炭黑是将炭黑（Vulcan XC-72）在2600℃石墨化2～15h得到的，其拉曼光谱ID/IG为0.7～1.0，镀银泡沫镍采用电镀法制备，泡沫镍采购自菏泽天宇科技开发有限责任公司，酸化的高石墨化度炭黑是将石墨化炭黑在140℃下在硝酸（质量分数为68%）溶液中冷凝回流6～10小时得到的。
1）称取1～3g高石墨化度炭黑分散在含有0.4～3g曲拉通的异丙醇水溶液中，其中异丙醇为40mL，水为4～16mL，后将此浆料溶液超声剪切60min后，加入质量分数为60%的聚四氟乙烯乳液（D-110）0.4～1.5g，继续进行剪切分散10min，待分散完成以后，将气体扩散层浆料均匀涂抹于90mm×90mm的镀银泡沫镍上，经烘箱60℃烘干30min后，对其进行初步冷压成型，冷压压力为0.1～2MPa，室温压制60s，得到电流收集体1和气体扩散层2的组合体。
2）将0.3～1.5g催化剂银粉或银/碳复合催化剂、0.5～2g酸化的高石墨化度炭黑分散在含有0.3～1.8g/L曲拉通的异丙醇水溶液中，使酸化的高石墨化度炭黑表面含氧官能团浓度为1.5～4mmol/g，其中异丙醇为3mL，水为3～8mL，后将此浆料溶液超声剪切60min后，加入质量分数为60%的聚四氟乙烯乳液0.3～1.5g，继续进行剪切分散10min，待分散完成以后，将催化层浆料均匀涂抹于电流收集体1和气体扩散层2组合体的气体扩散层上，经干燥后，对其进行二次冷压成型处理，冷压压力0.1～2MPa、温度控制在室温，保压时间30s，得到初步成形的气体扩散电极。
3）将上述步骤中得到的初步成形的气体扩散电极进行高温烘烤，烘烤温度控制在280℃，烘烤时间4h。
4）将导流层镀银泡沫镍置于烘烤后初步成形的气体扩散电极上进行热压成形，热压压力控制在2～5MPa，热压温度370℃，保压时间180s；得到气体扩散电极。
实施例3
所使用的高石墨化度炭黑是将炭黑（Vulcan XC-72）在高温石墨化炉中于2900℃石墨化2～15h得到的，其拉曼光谱ID/IG为0.3～0.6，镀银泡沫镍采用电镀法制备，泡沫镍采购自菏泽天宇科技开发有限责任公司，酸化的高石墨化度炭黑是将石墨化炭黑在160℃下在硝酸（质量分数为68%）溶液中冷凝回流6～10h得到的。
1）称取2～4g高石墨化度炭黑分散在含有2.5～4g曲拉通的异丙醇水溶液中，其中异丙醇为40mL，水为20～40mL，后将此浆料溶液超声剪切60min后，加入质量分数为60%的聚四氟乙烯乳液（D-110）1.8～4g，继续进行剪切分散10min，待分散完成以后，将气体扩散层浆料均匀涂抹于90mm×90mm的镀银泡沫镍上，在60℃干燥30min后，采用冷压机对其进行初步冷压成形，冷压压力为1.5～2MPa，室温压制60s，得到电流收集体1和气体扩散层2的组合体。
2）将2～3g催化剂银粉或银/碳复合催化剂、0.3～1g酸化的高石墨化度炭黑分散在含有1.5～2.8g/L曲拉通的异丙醇水溶液中，使酸化的高石墨化度炭黑表面含氧官能团浓度为3.5～5mmol/g，其中异丙醇为3mL，水为5～15mL，后将此浆料溶液超声剪切60min后，加入质量分数为60%的聚四氟乙烯乳液1.4～2.8g，继续进行剪切分散10min，待分散完成以后，将催化层浆料均匀涂抹于电流收集体1和气体扩散层2组合体的气体扩散层上，经干燥后，对其进行二次冷压成形处理，冷压压力1.5～2MPa、温度控制在室温，保压时间30s，得到初步成形的气体扩散电极。
3）将上述步骤中得到的初步成形的气体扩散电极置于烘箱中烘烤，烘烤温度控制在270℃，烘烤时间6h。
4）将导流层镀银泡沫镍置于烘烤后初步成形的气体扩散电极上进行热压成形，热压压力控制在8～12MPa，热压温度350℃，保压时间30s；得到气体扩散电极。
对比实施例1
所使用的高石墨化度炭黑是将炭黑（Vulcan XC-72）在高温石墨化炉中于2700℃石墨化6～10h得到的；测试石墨化程度的拉曼光谱如图2所示，其以拉曼光谱ID/IG为0.67，镀银泡沫镍采用电镀法制备，泡沫镍采购自菏泽天宇科技开发有限责任公司，酸化的高石墨化度炭黑是将石墨化炭黑在120℃下在硝酸（质量分数为68%）溶液中冷凝回流6～10h得到的。
1）称取0.4～2g高石墨化度炭黑分散在含有0.4～1g曲拉通的异丙醇水溶液中，其中异丙醇为40mL，水为10～25mL，后将此浆料溶液超声剪切60min后，加入质量分数为60%的聚四氟乙烯乳液（D-110）1～2g，继续进行剪切分散10min，待分散完成以后，将气体扩散层浆料均匀涂抹于90mm×90mm的镀银泡沫镍上，经烘箱60℃烘干30min后，对其进行初步冷压成形，冷压压力为0.1～2MPa，室温压制60s，得到电流收集体1和气体扩散层2的组合体。
2） 将1～2g催化剂银粉、2～3g酸化的石墨化炭黑分散在含有2.5～3g/L曲拉通的异丙醇水溶液中，使酸化石墨化炭黑表面含氧官能团浓度为0.5～2mmol/g；其中异丙醇为3mL，水为15～30mL，后将此浆料溶液超声剪切60min后，加入质量分数为60%的聚四氟乙烯乳液2.5～3g，继续进行剪切分散10min，待分散完成以后，将催化层浆料均匀涂抹于电流收集体1和气体扩散层2组合体的气体扩散层上，经干燥后，对其进行二次冷压成形处理，冷压压力0.1～2MPa、温度控制在室温，保压时间30s，得到初步成形的气体扩散电极。
3）将上述步骤中得到的初步成形的气体扩散电极进行高温烘烤，烘烤温度控制在290℃，烘烤时间2h。
4）对烘烤后初步成形的气体扩散电极直接置于热压机上进行热压成形，热压压力控制在5～8MPa，热压温度360℃，保压时间60s；得到气体扩散电极。所得到的气体扩散电极电解槽实际电解试验数据如图4中所示，在碱性溶液中电解性能随时间延长而出现劣化现象，不能满足氯碱工业中的长期电解反应。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种气体扩散电极的制备方法，所述的气体扩散电极包括电流收集体、气体扩散层、涂覆于气体扩散层之上的气体催化层以及位于气体催化层上的液相导流层；其特征在于气体扩散层包括高石墨化度炭黑、聚四氟乙烯；气体催化层包括催化剂、酸化的高石墨化度炭黑、聚四氟乙烯；所述的高石墨化度炭黑是拉曼光谱的ID/IG峰强度比值在0.3～1.0之间的炭黑，酸化的高石墨化度炭黑表面含氧官能团浓度为0.5～2mmol/g，气体扩散层和气体催化层的石墨化程度可以相同，也可以不相同；电流收集体和液相导流层均为镀银泡沫金属，所述镀银泡沫金属银镀层的厚度在0.1～20μm；镀银泡沫金属可以相同也可以不相同；所述的气体扩散层由包含高石墨化度炭黑、水、曲拉通、聚四氟乙烯乳液、异丙醇的原料所制成，其中以曲拉通的异丙醇水溶液为分散介质，上述原料的质量比为：(0.01～1) : (0.1～1): (0.01～0.1) : (0.01～0.1) : 1；所述的气体扩散层的制备方法包括如下步骤：（1）将高石墨化度炭黑分散在含有表面活性剂曲拉通的异丙醇水溶液中，得到气体扩散层浆料，将此浆料超声剪切分散10～200min，然后加入质量分数为40～80%的聚四氟乙烯乳液，继续进行剪切分散10～150min；气体扩散层浆料分散过程的温度控制在10～100℃之间；气体扩散层浆料中的粉体分散后的平均粒度控制在0.2～10μm之间；气体扩散层浆料分散后静置5～100h；气体扩散层的浆料固含量控制在5～40 wt%;（2）将气体扩散层浆料均匀涂抹在电流收集体镀银泡沫金属上；气体扩散层的浆料涂抹后，在40～120℃下干燥5～10h；气体扩散层浆料涂抹以及干燥处理后，对其进行初步冷压成型处理，冷压压力0.1～2MPa、温度控制在-10～50℃，保压时间10～300s，得到电流收集体和气体扩散层的组合体。
2.根据权利要求1所述的气体扩散电极的制备方法，其特征在于气体扩散层中高石墨化度炭黑、聚四氟乙烯的质量比为(0.01～1) : (0.01～1)。
3.根据权利要求1所述的气体扩散电极的制备方法，其特征在于气体催化层中催化剂、酸化的高石墨化度炭黑、聚四氟乙烯质量比为（0.1～1）：（0.1～1）：（0.1～1）。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的气体扩散电极的制备方法，其特征在于镀银泡沫金属选自镀银的泡沫镍、钛、钨、钴或其合金。
5.根据权利要求1所述的气体扩散电极的制备方法，其特征在于气体催化层中的催化剂选自银粉或银/碳复合催化剂，催化剂的粒径介于0.01～5μm之间。
6.权利要求1所述的气体扩散电极的制备方法，其特征在于所述的扩散电极是应用于氯碱工业的气体扩散电极。
7.根据权利要求6所述的气体扩散电极的制备方法，其特征在于所述的气体催化层由包含催化剂、酸化的高石墨化度炭黑、水、曲拉通、聚四氟乙烯溶液、异丙醇的原料所制成，其中以曲拉通的异丙醇水溶液为分散介质，上述原料的质量比为：（0.1～1）：（0.1～1）：（1～10）：（0.1～1）：（0.1～1）：1。
8.根据权利要求1所述的气体扩散电极的制备方法，其特征在于所述的气体催化层的制备方法包括如下步骤：(1)将催化剂、酸化的高石墨化度炭黑分散在含有表面活性剂曲拉通的异丙醇水溶液中，得到催化层浆料，将此浆料超声剪切分散10～200 min，然后加入质量分数为40～80%的聚四氟乙烯乳液，继续进行剪切分散10～150 min；催化层浆料分散过程的温度控制在10～100℃之间；催化层浆料中的粉体分散后的平均粒度控制在0.2～10μm之间；（2）将催化层浆料均匀涂抹在电流收集体和气体扩散层组合体的气体扩散层上；催化层的浆料涂抹结束后，在40～120℃下干燥0.5～1h；催化层浆料涂抹以及干燥处理后，对形成的组合体进行二次冷压成形处理，冷压压力0.1～2MPa，温度控制在-10～50℃，保压时间10～300s，得到初步成形的气体扩散电极；将初步成形的气体扩散电极进行高温烘烤，烘烤温度控制在270～290℃，烘烤时间1～20h；将液相导流层镀银泡沫金属置于烘烤后初步成型的气体扩散电极上进行热压成形，热压压力控制在2～12MPa，热压温度330～450℃，保压时间10-300s，得到所述的气体扩散电极。
CN201280074539.0A 2012-12-24 2012-12-24 一种气体扩散电极及其制备方法 Active CN104603331B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/CN2012/001722 WO2014100912A1 (zh) 2012-12-24 2012-12-24 一种气体扩散电极及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104603331A CN104603331A (zh) 2015-05-06
CN104603331B true CN104603331B (zh) 2017-04-05

Family

ID=51019611

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201280074539.0A Active CN104603331B (zh) 2012-12-24 2012-12-24 一种气体扩散电极及其制备方法

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP2937449B1 (zh)
JP (1) JP6128709B2 (zh)
CN (1) CN104603331B (zh)
WO (1) WO2014100912A1 (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106894042B (zh) * 2017-02-28 2018-08-17 天津大学 一种酸处理石墨颗粒电极的制备及应用
WO2019106879A1 (ja) * 2017-11-29 2019-06-06 住友電気工業株式会社 金属多孔体、燃料電池及び金属多孔体の製造方法
CN110565112B (zh) * 2019-08-19 2021-10-26 天津大学 一种通过调控亲疏水性改变阴极氧还原活性的方法
CN111058055B (zh) * 2019-12-20 2021-01-15 江苏安凯特科技股份有限公司 一种离子膜电解槽的阴极结构
CN113149142A (zh) * 2020-01-22 2021-07-23 中国科学院大连化学物理研究所 气体扩散电极及其制备方法和应用
CN111893502A (zh) * 2020-07-31 2020-11-06 北京化工大学 一种用非贵金属催化的气体扩散电极电解制备高铁酸盐的方法
CN111733426B (zh) * 2020-07-31 2022-08-30 北京化工大学 一种基于气体扩散电极电化学制备高铁酸盐的方法及装置
CN113371799B (zh) * 2021-06-22 2022-10-04 哈尔滨工业大学 基于单线态氧的电化学消毒方法
CN115050974A (zh) * 2022-07-21 2022-09-13 华东理工大学 气体扩散电极及其制备方法和应用、锌空气电池

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101736360A (zh) * 2009-11-27 2010-06-16 北京化工大学 一种气体扩散电极及其制备方法
CN102517602A (zh) * 2011-12-29 2012-06-27 北京化工大学 一种气体扩散电极的明胶造孔方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3068641D1 (de) * 1979-02-27 1984-08-30 Asahi Glass Co Ltd Gas diffusion electrode
JP3625520B2 (ja) * 1995-04-13 2005-03-02 ペルメレック電極株式会社 ガス拡散電極
JP3628756B2 (ja) * 1995-04-28 2005-03-16 ペルメレック電極株式会社 ガス拡散電極
JP3002974B2 (ja) * 1998-05-20 2000-01-24 長一 古屋 ガス拡散電極の製造方法
JP2946328B1 (ja) * 1998-08-25 1999-09-06 長一 古屋 食塩電解方法及び電解槽
CN1148468C (zh) * 1999-02-16 2004-05-05 古屋长一 气体扩散电极组件及其生产方法
EP1076115A1 (en) * 1999-02-25 2001-02-14 Toagosei Co., Ltd. Gas diffusion electrode and brine electrolytic bath
JP4290454B2 (ja) 2003-03-28 2009-07-08 三井化学株式会社 ガス拡散電極の製造方法、電解槽及び電解方法
WO2006088194A1 (ja) * 2005-02-21 2006-08-24 Nissan Motor Co., Ltd. 電極触媒およびその製造方法
DE102005023615A1 (de) * 2005-05-21 2006-11-23 Bayer Materialscience Ag Verfahren zur Herstellung von Gasdiffusionselektroden
JP4868949B2 (ja) 2006-06-07 2012-02-01 ペルメレック電極株式会社 ガス拡散電極とその製造方法
JP5222056B2 (ja) * 2008-07-29 2013-06-26 三菱重工業株式会社 料金収受機、料金収受方法及びプログラム
WO2011070893A1 (ja) * 2009-12-09 2011-06-16 日清紡ホールディングス株式会社 フレキシブル炭素繊維不織布
CN101774666B (zh) * 2010-01-29 2011-12-21 北京化工大学 一种2-乙基蒽醌改性气体扩散电极及其制备方法
CN101745390B (zh) 2010-01-29 2011-11-16 北京化工大学 一种用于食盐电解的负载型银碳催化剂及其制备方法
JP5648785B2 (ja) * 2010-07-29 2015-01-07 日清紡ホールディングス株式会社 燃料電池用電極

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101736360A (zh) * 2009-11-27 2010-06-16 北京化工大学 一种气体扩散电极及其制备方法
CN102517602A (zh) * 2011-12-29 2012-06-27 北京化工大学 一种气体扩散电极的明胶造孔方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP2937449A4 (en) 2016-08-17
JP6128709B2 (ja) 2017-05-17
CN104603331A (zh) 2015-05-06
EP2937449B1 (en) 2017-07-12
EP2937449A1 (en) 2015-10-28
JP2016505716A (ja) 2016-02-25
WO2014100912A1 (zh) 2014-07-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104603331B (zh) 一种气体扩散电极及其制备方法
CN101736360B (zh) 一种气体扩散电极及其制备方法
CN111744519A (zh) 一种三维MXene基载体的析氢催化剂的制备方法
CN102732910B (zh) 一种碱性体系下强化煤浆电解制备有机物的方法
CN110127655B (zh) 一步煅烧法制备生物质碳负载的磷化钴电极材料的方法
EP2540872A1 (en) Oxygen gas diffusion cathode, electrolytic bath equipped with same, process for production of chlorine gas, and process for production of sodium hydroxide
Bateni et al. Low-cost nanostructured electrocatalysts for hydrogen evolution in an anion exchange membrane lignin electrolysis cell
CN110970630A (zh) 一种CuO纳米片及其自上而下的制备方法与应用
CN111013615A (zh) 一种具有氢析出和氧析出高效双功能的CoP催化剂的制备方法
CN111167476B (zh) 一种碳载RhNi-Ni(OH)2复合析氢电催化剂的制备方法
Sun et al. Pd and CoOx decorated reduced graphene oxide self-assembled on Ni foam as Al–H2O2 semi-fuel cells cathodes
CN104043453B (zh) 一种负载型四氧化三钴纳米复合催化剂及应用
CN113718270A (zh) 一种碳载NiO/NiFe2O4尖晶石型固溶体电解水析氧催化剂的制备方法及其应用
CN101537360B (zh) 一种固定床雷尼镍催化剂的制备方法
CN106591926B (zh) 在钢铁表面制备CNTs-多孔镍/氧化镍析氢反应催化剂的方法
CN109994744B (zh) 一种促进硼氢化钠直接氧化的镍钴二元催化剂
CN113604843B (zh) 一种低负载量Pt/C催化剂氢气扩散阳极及其制备方法和应用
CN112337479B (zh) 一种利用废弃铝箔制备高活性三元金属硼化物析氢催化剂的方法
CN214458363U (zh) 制备氧化石墨烯的反应装置
CN108878931A (zh) 一种高温聚合物电解质膜燃料电池
Li et al. Synergistically coupling of ultrathin Ni3N layer with Ti3C2Tx-MXene nanosheets for efficient benzyl alcohol oxidation reactions and hydrogen production
Zhang et al. Pd–Mn 3 O 4 on 3D hierarchical porous graphene-like carbon for oxygen evolution reaction
CN109148917B (zh) 一种实现储氢小分子制氢同时输出电能的方法
JP2013067861A (ja) 酸素消費電極およびその製造方法
Dmitriev et al. Electrocatalytic performance of nickel coating on carbon felt with silver particles inclusions

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant