CN115132399A - 复合型阳极材料及用途 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电化学阳极材料技术领域。本发明公开了一种复合型阳极材料及用途，其由石墨毡和钛金属复合组成。其可以在电解、电镀和储能等电化学领域当中作为阳极使用。本发明在电化学领域作为阳极使用，比起现有的贵金属阳极成本更低，解决了钛由于其阀性的问题，无法作为阳极使用的问题，通过将钛金属与石墨毡复合形成复合型阳极材料，解决石墨毡由于机械强度差、电流走捷径导致电流密度分布不均等缺陷，也不符合阳极要求的问题，使得石墨毡在电化学反应当中实现改性；并且集合钛金属的耐腐蚀性能、石墨毡的导电性能和由于具有大比表面积可以有效降低电极电位的特性。
Description
技术领域
本发明涉及阳极材料技术领域，尤其是一种复合型阳极材料及用途。
背景技术
目前惰性阳极被广泛应用于储能装置、电镀、电解等电化学领域，惰性阳极的使用材料主要包含贵金属、石墨材料、导电聚合物以及贵金属衍生和碳衍生材料。现有的贵金属衍生材料如钛材涂敷贵金属氧化物，碳衍生材料如碳毡、石墨毡、类石墨烯材料等。
而贵金属阳极和石墨阳极经历了漫长的发展和应用，技术非常成熟。碳毡、石墨毡、类石墨烯电极的应用仍处于探究阶段，但发展前景广阔，如何发挥这类材料在电化学领域的独特优势，已成为业界共同努力的方向。
石墨毡改性用于阳极的资料最具代表性的是天津大学硕士学位论文《电化学法再生印刷电路板蚀刻液及石墨毡阳极改性研究》研究生：王春振，指导教师：王宇新教授。其改性方法有两种，氢氧化钾改性和碳纳米管修饰；
类石墨烯基复合碳电极材料技术文献有《超级电容器用类石墨烯基复合碳电极材料研究》阚侃、王钰付东、张晓臣著，书中对类石墨烯基碳复合材料在电极中的应用以及材料的合成做了深入的研究。
钛材由于其阀性，难以作为阳极使用，石墨毡由于机械强度差、电流走捷径导致电流密度分布不均等缺陷，也不符合阳极要求。
因此，还有待于对现有技术进行改进和发展。
发明内容
本发明的目的是提供一种复合型阳极材料及用途，旨在于解决现有贵金属阳极成本高，且在电镀、电解等电化学领域当中不利于降低能耗，以及电解反应中的析出氯气的技术问题。
为实现上述的目的，本发明的技术方案为：一种复合型阳极材料，其由石墨毡和钛金属复合组成。其中，钛金属可以与石墨毡仪任意方式结合在一起，并且不限定形状。
所述的复合型阳极材料，其中，所述钛金属包括钛板、钛网、钛棒和钛管等等。所述的复合型阳极材料，其中，所述石墨毡包括沥青基毡、腈纶基毡和粘胶基毡。
所述的复合型阳极材料，其中，所述复合型阳极材料由钛板、钛网、钛棒、钛管结合粘胶基毡组成。
在另一实施例中，所述复合型阳极材料是以钛板条和钛网为骨架，石墨毡为填充的复合结构。通过螺栓将钛网和石墨毡紧密接触，实现钛网与石墨毡的相互结合。
在另一实施例中，所述复合型阳极材料包括钛框、粘胶基毡和钛网，所述钛框由钛条组合而成，所述钛网固定在钛框上，且粘胶基毡通过螺丝与钛网紧密结合在一起。
钛材阀性：钛材在电化学领域中表现出来的单向导电性，即作为阳极应用时表面迅速被电氧化，形成一层致密的氧化膜，阻止电荷向交界面移动，而作为阴极却有着良好的导电性，所以被称为阀金属，其特性被称为阀性。
石墨毡：经热处理后的碳毡，由于其高含碳量和大比表面积而被电化学界所关注。
一种复合型阳极材料用于电镀、电解及储能领域。
钛材由于其阀性，难以作为阳极使用，石墨毡由于机械强度差、电流走捷径导致电流密度分布不均等缺陷，也不符合阳极要求。
有益效果：本发明通过钛金属与石墨毡结合组成复合型阳极材料，从而具有钛材的耐腐蚀性能，其结合石墨毡的导电性能和由于具有大比表面积可以有效降低电极电位的特性，所以钛材结合石墨毡后具有导电的性能，且适用于任何需要用到惰性阳极的电化学领域。解决了现有贵重金属作为阳极材料价钱昂贵的问题，以及现有贵重金属作为阳极材料容易产生氯气的问题。而目前石墨毡的氢氧化钾改性和碳纳米管改性都只改变了石墨毡的电化学性能，对石墨毡的物理性能均无改进，诸如拉伸强度、剪切强度等。而本发明的石墨毡结合钛材(即是钛金属)作为阳极应用在电化学领域当中，主要依据是石墨毡的低电极电位和多孔性特征，使得在阳极上钛材不会被氧化，钛材能够保持其自有的导电性能；石墨毡从多方位多触点得到通过钛材(钛网或钛板、钛棒)传导的电流，避免了电极电流密度不均的问题。石墨毡由于其高孔隙率和碳钎维自身的特性，当进入电解液时其自身重量会成百倍的增长，断裂是不可避免的，但是石墨毡在结合钛材后，可以避免石墨毡断裂，同时加强了石墨毡的韧度，可以有效的防止石墨毡吸收液体后导致重量过大，自身断裂。
附图说明
图1是本发明的为试验建造的简易电解槽。
图2是本发明的的一种实施方式的结构图。
图3是本发明结合石墨毡阳极的上铜效果图。
图4是本发明采用钛板加石墨毡制作的复合型阳极材料图。
图5是本发明采用钛网结合石墨毡结构图。
图6是本发明使用图5作为阳极板后的阴极上铜效果图。
图7是本发明的另一种实施方式的效果图。
图8是本发明中图7的截面图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。
本发明的复合型阳极材料是利用石墨毡的低电极电位和多孔性特征，使得在阳极上钛材不会被氧化，钛金属能够保持其自有的导电性能，在此前提下，石墨毡从多方位多触电得到通过钛金属(钛网或钛板、钛棒)传导的电流，避免了电极电流密度不均的问题。
如图7和8所示，本发明公开了一种复合型阳极材料包括钛框100、粘胶基毡200和钛网300，所述钛框100由钛条组合而成，所述钛网300固定在钛框100上，且粘胶基毡200通过螺丝400与钛网300紧密结合在一起。
如图1所示，这是专为试验建造的简易电解槽，槽中使用的阳极正是按以上理论制作的，阳极如图2所示,是以钛板条和钛网为骨架，石墨毡为填充的复合结构。从阴极上铜情况可以看出，阳极的电流密度分布是均匀的，钛是在有效的给整个阳极传送电流的，石墨毡的电流走最短路线问题得到了遏制。单一石墨毡阳极的上铜效果如图3所示，距离导电条越远上铜效果越差，再远就没有铜的沉积。
经过上述建造的简易电解槽，证明了本发明的复合型阳极材料能够应用于电解、电镀以及储能等电化学领域当中。并且利用石墨毡的低电极电位和多孔性特征，使得在阳极上钛材不会被氧化，而结合石墨毡后，钛材能够保持其自有的导电性能。从而解决了现有贵重金属作为阳极材料价钱昂贵的问题，解决了目前石墨毡的氢氧化钾改性和碳纳米管改性都只改变了石墨毡的电化学性能，对石墨毡的物理性能均无改进，诸如拉伸强度、剪切强度等。充分利用钛材加强了石墨毡的韧度，可以有效的防止石墨毡吸收液体后导致重量过大，自身断裂。
为了证实除钛网以外的钛板、钛棒均具有以上性质，作者用钛板加石墨毡制作了一张阳极板如图4所示，同样得到了上述效果。
为了适应生产应用的需要，作者按照酸性蚀刻废液电解提铜再生设备的标准规格加工了一套完整的提铜线，电解设备由电解槽、稳流机、冷水机、中转储罐和加排药系统组成。电解槽按22组(22阳极22阴极)设计，阳极设计如图5所示，阳极板有效面积为0.68m2,阴极上铜效果如图6所示。
本发明通过钛金属与石墨毡结合组成复合型阳极材料，从而具有钛材的耐腐蚀性能，其结合石墨毡的导电性能和由于具有大比表面积可以有效降低电极电位的特性，所以钛材结合石墨毡后具有导电的性能，且适用于任何需要用到惰性阳极的电化学领域。而本发明的石墨毡结合钛材(即是钛金属)作为阳极应用在电化学领域当中，主要依据是石墨毡的低电极电位和多孔性特征，使得在阳极上钛材不会被氧化，钛材能够保持其自有的导电性能；石墨毡从多方位多触电得到通过钛材(钛网或钛板、钛棒)传导的电流，避免了电极电流密度不均的问题。石墨毡由于其高孔隙率和碳钎维自身的特性，当进入电解液时其自身重量会成百倍的增长，断裂是不可避免的，但是石墨毡在结合钛材后，可以避免石墨毡断裂，同时加强了石墨毡的韧度，可以有效的防止石墨毡吸收液体后导致重量过大，自身断裂。
以上是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，不付出创造性劳动对本发明技术方案的修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的保护范围。
Claims (6)
1.一种复合型阳极材料，其特征在于，该复合型阳极材料由石墨毡和钛金属复合组成，以钛金属为骨架，石墨毡为填充的具有复合结构的复合型阳极材料。
2.根据权利要求1所述的复合型阳极材料，其特征在于，所述钛金属包括钛板、钛网、钛棒或钛管。
3.根据权利要求1所述的复合型阳极材料，其特征在于，所述石墨毡包括沥青基毡、腈纶基毡或粘胶基毡。
4.根据权利要求1所述的复合型阳极材料，其特征在于，所述复合型阳极材料由钛板(网)和粘胶基毡复合组成。
5.根据权利要求4所述的复合型阳极材料，其特征在于，所述复合型阳极材料由钛金属和粘胶基毡复合组成，所述钛金属由钛框和钛网组合而成，钛网固定在钛框上，粘胶基毡通过螺丝与钛网紧密结合在一起。
6.一种复合型阳极材料的用途，其特征在于，该复合型阳极材料应用于电镀、电解和储能领域。
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