CN201956415U - 一种沉积型电极 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电化学工程与工业装置领域，特别涉及到一种沉积型电极，包括集电极、夹持在集电极两面的带流道的电子绝缘隔栅和连接在集电极上的极耳。极耳和集电极之间保持良好的电连接。隔栅可固定集电极并可隔挡集电极的边沿和特定部位使其不能和电解质溶液接触，电解质溶液可接触到或流过集电极未被隔栅隔挡的表面。隔栅还可起到隔离电极和对电极的作用，能够保持电极之间的最小距离。沉积型电极结构可规范电极反应的电流分布，结构简单，可保证沉积反应发生在需要反应的位置，可用于电镀行业和沉积型电池体系中。

Description

一种沉积型电极

技术领域

本实用新型属于电化学工程与工业装置领域，特别涉及到一种沉积型电极，用于解决电沉积中不希望沉积部位不发生沉积的问题，以及沉积型液流电池电极边沿非正常沉积/溶解和沉积产物积累的问题。该沉积型电极结构可规范电极反应的电流分布，结构简单，可保证沉积反应发生在需要反应的位置，可用于电镀行业和沉积型电池体系中。

背景技术

当今社会一次性能源大量消耗已经开始引起能源短缺的尴尬局面，而使用石油、煤炭等一次性能源引起的环境污染也不容乐观。节省能源、减少环境污染、保持社会的可持续发展，是当今全球性的重要课题。我国具有丰富的可再生能源资源，加快发展风能、太阳能、生物质能等可再生能源已刻不容缓。对此，我国已制定并正在实施可持续发展战略，加强可再生能源的规模开发利用。但用风能、太阳能等可再生能源发电时，功率、电压和频率的波动大，难以稳定供电。为实现稳定供电，开发高效的规模储能技术意义非常重大。我国解决边远地区供电，需要建立分布式供电体系，规模储能单元是分布式供电体系的“电能银行”，具有极重要的作用，也是必须有效解决的关键技术之一。液流电池是世界上规模最大的储能电池，由于设计灵活、全寿命成本最低、能适合各种储能场合，因此竞争力很强，应用前景非常广阔，是可再生能源利用的必备技术之一。

液流电池的正、负极活性物质主要存在于电解液中，正、负极的电解液储存在电池外各自独立的储液罐内，通过送液泵流过液流电池，电池内的正、负极电解液由离子交换膜隔开。在电池充、放电过程中，电解液中的活性物质离子在惰性电极表面发生价态的变化。此等期间，膜两侧溶液的电荷为了达到平衡，必定有一种离子(如H⁺)同步地由一极溶液通过离子交换膜向另一极溶液迁移。另外一种液流电池体系是沉积型液流电池，电池的一个或两个电极的活性材料以电化学沉积/溶解过程储能。文献(J.Power Sources 27(1989)219)表明，上世纪80年代研究者提出了采用铜、锌、铁等沉积型电对的液流电池体系，但沉积型电极的表面形貌不易控制，容易产生沉积层积累。2004年英国南开普敦大学Pletcher课题组(Phys.Chem.Chem.Phys.2004(6)1773)基于传统铅酸二次电池的概念提出一种新的全沉积型液流储能电池体系，以溶于甲基磺酸水溶液中的铅离子分别在正负极上沉积PbO₂和Pb储能。但该电池仍没有解决沉积层不均匀、积累、形貌不佳等问题。我们课题提出了锌镍单液流电池(ZL 200610109424.7)，其中也存在锌沉积不均匀、边沿非正常沉积与生长等问题。

电镀工业中不少工件需要局部电镀，要求只镀在需要镀覆的部位而其它位置不能有镀层。一般采用涂覆绝缘材料，如聚乙烯清漆等等。但是涂漆容易起泡，而且电镀后必须刮除。而采用塑料薄膜捆扎的局部绝缘方式，因塑料薄膜的弹性和热胀冷缩容易出现待绝缘区浸入溶液而发生电沉积。

不管是液流电池中的沉积电极沉积层不均匀、边沿非正常沉积与生长还是电镀工业中的局部电镀均是要求规范沉积电流以达到按照需求进行电沉积的目标。通过设计特别的电极结构可以遮挡不需沉积的部位，也可以规范电解液流动或搅动的方式，使沉积型电极表面电流密度分布均匀，从而可以获得需要的沉积层和电池性能。

基于以上的考虑，我们提出了一种沉积型电极结构，可以将待镀工件的边沿及特定部位和电解质溶液绝缘，从而达到电沉积按照需求进行反应的目标。

发明内容

本实用新型的目的是为了克服现有沉积型电极的沉积层不均匀、边沿非正常沉积以及局部电镀绝缘处理的缺陷而重新设计的一种沉积型电极结构，可以将待镀工件的边沿及特定部位和电解质溶液绝缘，从而达到电沉积按照需求进行反应的目标，具有结构简单、易于控制并且电极表面电流密度易于达到均匀等优点。

本实用新型的目的是通过下述方式实现的：

一种沉积型电极，该电极由集电极1、隔栅2和极耳3构成，集电极1的两侧各固定一个隔栅(2)，集电极1通过极耳3可同外电路连接。

集电极1是金属、碳或导电塑料，厚度在0.005～0.3mm，形状为箔、薄带或网状，其中金属为铜、锌、铁、钴、镍、铝、镁、铅、钽、钛或它们的合金。

隔栅2的外缘尺寸可和集电极尺寸一样。隔栅2的外缘尺寸也可比集电极1略大，能够固定集电极1，并阻挡集电极1的边缘和特定部位与电解质溶液4接触。在操作上，隔栅2固定集电极1可以采用热压、加压力扣、夹子夹合、绝缘螺钉夹固、粘接等方式。电解质溶液4能够接触或流过集电极1未被隔栅2隔挡的表面。电解质溶液4可以平行于集电极表面流动，也可以垂直于集电极表面流动。

在需要规范电解质溶液4的流动方向、流动速度分布的场合，隔栅2固定在集电极1的两侧，可以起到电解质溶液4的流道的作用，使电解质溶液4沿隔栅2的网格限定的方向流动。隔栅2还能够限定对电极和沉积型电极结构中的集电极1之间的距离，降低甚至消除对电极上发生的电化学反应对沉积型电极的影响。

集电极1和极耳3可以是一体的或同材质的。极耳3也可以是金属、碳或导电塑料，厚度小于或等于集电极1的厚度，与集电极1之间的比电阻应小于1.0Ω·cm，其中金属为铜、锌、铁、钴、镍、铝、镁、铅、钽、钛或它们的合金。

极耳3也可以扣式、挂钩式、夹扣或搭接在集电极1上，与集电极1之间的比电阻应小于1.0Ω·cm。

隔栅2不能传导电子，可以是聚甲基戊烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、尼龙、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、橡胶、硅橡胶或它们的混合材料。

集电极1可以是没有孔的。集电极1也可以是有孔的，其孔形可以是圆形、椭圆形、多边形、星形或它们的组合，孔大小在0.2～3mm，在集电极1上均匀分布，无孔的边沿作为白边可预留在连接极耳3一侧及连接极耳3一侧的对侧，白边的宽度在1～20mm。

集电极1上的孔可以加强电解质溶液4的扰动，在伴生气体析出的电沉积反应中集电极1的孔能够在对流或溶液强制流动作用下加快气泡脱离电极的过程，降低气泡对于电沉积过程的影响。

本实用新型通过沉积型电极的特别结构设计可隔挡待镀工件的边沿及特定部位使其不能和电解质溶液接触，而电解质溶液可接触到或流过需要电沉积的部位。该沉积型电极的结构可规范电极反应的电流分布，结构简单，可保证沉积反应发生在需要反应的位置，可用于电镀行业和沉积型电池体系中。

附图说明

图1一种沉积型电极的结构示意图

图2一种沉积型电极结构的图1结构示意图的A向视图

图3一种沉积型电极的隔栅结构正视、B侧视示意图

图4一种沉积型电极的集电极与极耳结合的结构示意图

图5一种沉积型电极结构的图1结构示意图的A向视图

图6一种沉积型电极结构在电解质溶液中的示意图

其中：1.集电极，2.隔栅，3.极耳，4.电解质溶液

具体实施方式

实例1

如图4所示。将0.08mm厚的冲孔镀镍钢带裁切成如图4所示的集电极，其中孔形为圆形、孔径1.5mm、六方密排。集电极尺寸为长15cm、宽30cm、白边两边均留5mm。极耳宽 3cm、长9cm，为厚度0.08mm的无孔镀镍钢带。极耳用超声焊接的方法直接焊接在集电极宽度方向的三分之一处，焊接部位的宽度不超过白边的5mm。

实例2

如图4所示。将0.05mm厚的冲孔铜带裁切成如图4所示的集电极，其中孔形为方形、孔径1.5mm(外接圆的直径)、六方密排。集电极尺寸为长15cm、宽30cm、白边两边均留5mm。极耳宽3cm、长9cm，为厚度0.08mm的无孔铜带。极耳用超声焊接的方法直接焊接在集电极宽度方向的三分之一处，焊接部位的宽度不超过白边的5mm。集电极部分可常规电镀一层锌，构成沉积型电极结构后用于锌镍单液流电池，其浸于电解液中的示意图如图6。

实例3

如图3所示。用注塑方法采用聚丙烯塑料注塑成图3所示的隔栅，其中隔栅尺寸为长15.5cm、宽30.5cm，长度方向隔栅的筋条宽8mm厚5mm，宽度方向隔栅的筋条宽5mm厚1mm。

实例4

如图1和2所示，其中图2为图1的A向视图。将实例1或2中的集电极与极耳结合结构中的集电极部分放于两片实例3中的隔栅的中央，用热压的方式将集电极和两片隔栅固定成一体，其浸于电解液中的示意图如图6。该沉积型电极结构可用于沉积型电池体系如锌镍液流电池、全铅液流电池中，电解质溶液平行于集电极表面，可规范电极反应的电流分布，结构简单、性能稳定。

实例5

如图1和5所示，其中图5为图1的A向视图。将实例1或2中的集电极与极耳结合结构中的集电极部分放于两片实例3中的隔栅的中央，在隔栅的边、棱部位用夹具将集电极和两片隔栅夹合固定，其浸于电解液中的示意图如图6。该沉积型电极结构可用于电沉积体系如镀覆特定形状的图案，电极表面结构简单、性能稳定，镀覆后隔栅拆除得到预定工件。

Claims (8)

1.一种沉积型电极，其特征在于该电极结构包括集电极(1)、隔栅(2)和极耳(3)，集电极(1)的两侧各固定一个隔栅(2)，集电极(1)通过极耳(3)与外电路连接。

2.根据权利要求1所述的一种沉积型电极，其特征在于作为集电极(1)是金属、碳或导电塑料，厚度在0.005～0.3mm，形状为箔、薄带或网状。

3.根据权利要求1所述的一种沉积型电极，其特征在于隔栅(2)的外缘尺寸等于或大于集电极(1)的外缘尺寸，可固定集电极(1)，并阻挡集电极(1)的边缘和隔栅(2)对应部分与电解质溶液接触(4)。

4.根据权利要求1所述的一种沉积型电极结构，其特征在于电解质溶液(4)能够接触或流过集电极(1)未被隔栅(2)隔挡的表面。

5.根据权利要求1所述的一种沉积型电极，其特征在于集电极(1)和极耳(3)是一体的或同材质的。

6.根据权利要求1所述的一种沉积型电极，其特征在于极耳(3)是金属、碳或导电塑料，厚度小于或等于集电极(1)的厚度，与集电极(1)之间的比电阻应小于1.0Ω·cm。

7.根据权利要求1所述的一种沉积型电极，其特征在于隔栅(2)不能传导电子。

8.根据权利要求1所述的一种沉积型电极，其特征在于集电极(1)是有孔或没有孔的，有孔的孔形是圆形、椭圆形、多边形、星形或它们的组合，孔大小在0.2～3mm，在集电极(1)上均匀分布，并在连接极耳(3)一侧及连接极耳(3)一侧的对侧预留无孔的边沿作为白边，白边的宽度在1～20mm。 

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