CN85108341A - 铂钌活性涂层电极 - Google Patents

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Abstract

铂钌活性涂层电极用于水电解装置中，实现降低槽电压节省能耗。本发明给出的涂层阳极由ptO2、ptO、KCl和Ru组成；阴极由Pt和Ru组成。与已知活性涂层电极相比，本发明的突出优点是电极制备方法简单，将含Pt和Ru的活性组分加到正在运转的电解槽中，在电解过程中便可在电极上形成活性涂层，使单对槽电压下降0.22伏，节电10％。此外这种电极的寿命长，因而这种方法极易在工业水电解装置中应用。

Description

本发明属于用于水电解的活性涂层电极及制造。
水电解已作为一种重要的制氢方法在生产中应用。现在工业用水电解装置采用铁或铁镀镍阴极，但由于这种电极具有较高的析氢过电位，能耗较大，因而一些国家致力于研制低析氢过电位的活性涂层电极。其制备方法较多，象电沉积（美国专利US.4，010，085），化学修饰（Nature    268（1977）），金属扩散（美国专利US，4，116，804）及无机涂敷等方法，其制备工艺都较复杂。如电沉积法，基体要经过几道工序除油处理，酸腐蚀造孔，然后在电解液中电沉积成活性涂层。但这样制备的活性涂层阴极，在电解过程中容易削落。用金属扩散法也要对基体进行予处理，喷镀铝之后经过高温扩散处理，然后将电极冷却放入强碱溶液内浸出渗入镍基体的铝，使形成多孔活性层。基体扩散活性阴极突出性能是它的机械强度和寿命都有所增加，不足之处是其制备方法较复杂。这些方法制备的涂层电极都显示出一定的电催化活性，能降低析氢过电位，在工业水电解装置上应用，可降低单对槽电压0.1-0.2伏（ECN，P.24，32，June    25，1979）。作为电解节能另一可行的方法是在电解槽内加入添加剂，如采用硫氰酸铵，硫代尿素，含金属离子络合盐等，但节电效果有限。
本发明的目的是制备一种活性涂层电极，它具有较低的析氢过电位，使用寿命长，且制备方法十分简便，象在电解液中加入添加剂一样，将活性组分加入到正在运转的电解槽中，活性涂层便可在电极上就地生成，因而降低槽电压达到节省能耗之目的。
PtO2，PtO，KCl和Ru;阴极涂层组成为Pt和Ru。
活性涂层的制备方法是，配制含有活性组分的电解液，将净化处理后的电极基体放置在电解槽中进行电解，在电场等因素的作用下，在正负极上形成铂钌活性涂层电极。形成活性涂层电极所用的电解液内含有氯铂酸40-100ppm和三氯化钌20-60ppm。用于工业电解槽的活性组分溶液是配制含氯铂酸12-30克/升和三氯化钌6-15克/升的水溶液，以0.5-1.0升/分钟的流速加到正在运转的电解槽内，使活性组分达到上述含量。
实例1，铂钌活性涂层电极的制备。
制备含有氯铂酸和三氯化钌的电解液，使氯铂酸的含量为100ppm和三氯化钌的含量为60ppm。电流密度为200毫安/厘米2，电解槽温度为20-30℃，电解3小时，得到铂钌涂层电极。用PHI550型电子能谱分析，得到阳极涂层组分比为PtO2∶PtO∶KCl∶Ru＝10∶1∶3∶0.5;阴极涂层组分比为Pt∶Ru＝10∶1。
实例2，电极电位的测定。
以饱和甘汞电极作参比电极，电解液为10%KOH水溶液，测试温度为50±1℃，镍片为基体，电极面积为2厘米2。
电解液中未加活性组分及不同氯铂酸浓度时的析氢电极电位见表1。
由表1数据可知，随着氯铂酸浓度的增加，析氢过电位也随之减少，当其浓度为40ppm时，虽浓度继续增加，但析氢电极电位的变化很小。在氯铂酸浓度为40ppm，电流密度为200毫安/厘米2时，析氢过电位下降327毫伏。
固定氯铂酸浓度为60ppm，改变三氯化钌的浓度，在电流密
取表2中四种不同三氯化钌浓度时的析氢电极电位的平均值为1.184伏，未加活性组分时的析氢电极电位为1.487伏（电流密度为200毫安/厘米2），所以加入活性组分后，析氢过电位下降303毫伏。取表3中四种不同三氯化钌浓度的析氧电极电位的平均值为0.557伏，未加活性组分时的析氧电极电位为0.539伏（电流密度为200毫安/厘米2），所以加入活性组分后，析氧过电位升高18毫伏。
总的来讲，在电解槽中加入氯铂酸和三氯化钌后，净槽电位下降285毫伏。
实例3，工业水电解槽节电效果的测定。
工业水电解槽单槽是由44对双极式电极组成，正负电极均为铁板镀镍，极板面积为1米2，槽电流为2000安培左右，电解液为30%KOH水溶液，电解液体积约3米3，槽温80-90℃，三个单槽组成一组为串联电路连接。1和3槽未加活性组分，2槽加入活性组分。
在电解槽正常运转情况下，在电解槽的电解液中加入活性组分，使氯铂酸含量为48ppm，三氯化钌含量为30PPm。加入活性组分后电解槽经过5049小时运转，电解槽的电性能见表4。
表4    电解槽加入活性组分后的电性能
表4中的V1，V2和V3分别代表1、2和3槽电压，△V为1和3槽电压的平均值与2槽电压值的差值。在电解槽中加入活性组分与未加活性组分时相比，单槽电压下降9.5伏，即单对槽电压下降0.22伏，节电10%。
另外，在电解槽中加入活性组分后，槽温下降7-8℃，在夏季时电解槽也无需通水降温。
本发明的铂钌活性涂层电极与已知其它活性涂层电极相比，其制备方法简单，槽电压下降较多，活性涂层电极使用寿命长。此外还如同添加剂法一样，直接将活性组分加入到正在运转的电解槽中，不同之处就在于稳定的活性涂层电极可就地生成，因而特别易于在工业上应用。使用本发明的活性涂层电极与目前所采用的铁板镀镍电极相比，在工业电解槽中使用可节电10%。

Claims (4)

1、用于电解水的含铂活性涂层电极，本发明的特征是涂层组分还含有钌，其阳极涂层组分为PtO2、PtO、KCl和Ru，阴极涂层组分为Pt和Ru。
2、按照权利要求1所述的铂钌活性涂层电极，其特征在于较佳的阳极组分比为PtO2∶PtO∶KCl∶Ru＝10∶1∶3∶0.5;阴极涂层组分比为Pt∶Ru＝10∶1。
3、按照权利要求1所述铂钌活性涂层电极的制备方法，其特征是配制含有氯铂酸40-100ppm和三氯化钌20-60ppm的电解液进行电解，使之在铁镀镍的正负极上形成活性涂层电极。
4、按照权利要求3所述铂钌活性涂层电极的制备方法，其特征在于在工业电解槽中应用，首先配制含氯铂酸12-30克/升和三氯化钌6-15克/升的水溶液，在电解槽正常运转情况下，以0.5-1.0升/分钟的流速加到电解槽中制成所需的电解液。
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