FI75872C - Electrode for use in an electrochemical cell and its preparation - Google Patents
Electrode for use in an electrochemical cell and its preparation Download PDFInfo
- Publication number
- FI75872C FI75872C FI842145A FI842145A FI75872C FI 75872 C FI75872 C FI 75872C FI 842145 A FI842145 A FI 842145A FI 842145 A FI842145 A FI 842145A FI 75872 C FI75872 C FI 75872C
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- metal
- substrate
- metal oxide
- nickel
- coating
- Prior art date
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
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
- C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
- C25B11/052—Electrodes comprising one or more electrocatalytic coatings on a substrate
-
- 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
- C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
- C25B11/073—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
- C25B11/091—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of at least one catalytic element and at least one catalytic compound; consisting of two or more catalytic elements or catalytic compounds
-
- 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
- C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
- C25B11/073—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
- C25B11/091—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of at least one catalytic element and at least one catalytic compound; consisting of two or more catalytic elements or catalytic compounds
- C25B11/093—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of at least one catalytic element and at least one catalytic compound; consisting of two or more catalytic elements or catalytic compounds at least one noble metal or noble metal oxide and at least one non-noble metal oxide
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
- Control Of El Displays (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
- Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
Abstract
Description
7587275872
Elektrodi käytettäväksi sähkökemiallisessa kennossa ja sen valmistusElectrode for use in an electrochemical cell and its manufacture
Keksintö koskee elektrodeja ja niiden valmistusmene-5 telmää sekä niiden käyttöä elektrolyysikennoissa, esimerkiksi suolavesielektrolyysissä käytettävissä kennoissa.The invention relates to electrodes and to a method of manufacturing the same, as well as to their use in electrolytic cells, for example cells used in brine electrolysis.
Kloorialkalin valmistuksessa käytettäviä elektrolyy-sikennoja on olemassa kolmea yleistä tyyppiä: (1) elohopea- kenno, (2) diafragma-elektrolyysikenno, ja (3) membraani-10 kenno. Kunkin mainitun kennon toimintaa käsitellään Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology'n kolmannen painoksen volyymissä 1, sivulta 799 lähtien. Muita elektrolyy-sikennoja, joissa käytetään elektrodeja vesiliuosten elektrolyysiä varten, ovat niin kutsutut "kloraattikennot", jois-15 sa ei ole jakajaa tai erotinta katodien ja anodien välillä. Elohopeakennoissa alkalimetalli, joka on valmistettu elekt-rolysoimalla alkalimetallisuolaa, muodostaa amalgaamin elohopean kanssa; kun amalgaamin annetaan reagoida veden kanssa, se muodostaa NaOHtia ja vapauttaa elohopean, joka voi-20 daan ottaa talteen ja kierrättää takaisin käytettäväksi edelleen nestemäisenä katodina.There are three general types of electrolytic cells used in the production of chlor-alkali: (1) a mercury cell, (2) a diaphragm electrolytic cell, and (3) a membrane-10 cell. The operation of each of these cells is discussed in Volume 1 of the third edition of the Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, starting on page 799. Other electrolytic cells using electrodes for the electrolysis of aqueous solutions are so-called "chlorate cells", in which there is no divider or separator between the cathodes and the anodes. In mercury cells, an alkali metal prepared by electrolysis of an alkali metal salt forms an amalgam with mercury; when the amalgam is reacted with water, it forms NaOH and releases mercury, which can be recovered and recycled for further use as a liquid cathode.
Monissa kloorialkalielektrolyysiprosesseissa suolaliuos (elektrolyytti) elektrolysoidaan antamalla sähkövirran kulkea sen läpi kennossa, jossa on diafragma tai memb-25 raani asetettuna katodin ja anodin välille. Anodilla muodostuu klooria, kun taas natriumhydroksidia (NaOH) ja vetyä (H2) muodostuu katodilla. Kennoihin syötetään jatkuvasti suolavettä, kun taas C^, NaOH ja H2 poistetaan jatkuvasti kennoista.In many chlor-alkali electrolysis processes, the brine (electrolyte) is electrolyzed by allowing an electric current to pass through it in a cell with a diaphragm or membrane placed between the cathode and the anode. Chlorine is formed at the anode, while sodium hydroxide (NaOH) and hydrogen (H2) are formed at the cathode. Brine is continuously fed to the cells, while Cl 2, NaOH and H 2 are continuously removed from the cells.
30 Minimijännite, joka vaaditaan elektrolyytin elektro- lysoimiseksi C^^si, NaOH:ksi ja H2:ksi, voidaan laskea käyttämällä termodynaamisia tietoja. Kuitenkin kaupallisessa toiminnassa teoreettinen jännite ei ole saavutettavissa ja korkeampia jännitteitä on käytettävä niiden erilaisten vas-35 tusten voittamiseksi, jotka ovat luontaisia erilaisille kennotyypeille. Diafragma- tai membraanikennon toiminnan 2 75872 tehokkuuden parantamiseksi voidaan pyrkiä pienentämään elektrodien ylijännitteitä, pienentämään diafragman tai membraanin sähköistä vastusta, tai pienentämään elekroly-soitavan suolaliuoksen sähköistä vastusta. Tässä kuvatun 5 keksinnön tuloksena on elektrodi, joka on erityisen käyttökelpoinen katodina suolaliuoksen elektrolyysissä; katodin ylijännite pienenee oleellisesti, johtaen suurempiin tehon hyötysuhteisiin.The minimum voltage required to electrolyse the electrolyte to C 1, NaOH and H 2 can be calculated using thermodynamic data. However, in commercial operation, the theoretical voltage is not achievable and higher voltages must be used to overcome the different resistances inherent in different cell types. In order to improve the efficiency of the operation of the diaphragm or membrane cell 2 75872, efforts may be made to reduce the overvoltages of the electrodes, to reduce the electrical resistance of the diaphragm or membrane, or to reduce the electrical resistance of the electrolyzable saline solution. The invention described herein results in an electrode that is particularly useful as a cathode in the electrolysis of saline; the cathode overvoltage is substantially reduced, leading to higher power efficiencies.
Koska monoa miljoonia tonneja alkalimetallihaloge-10 nideja ja vettä elektrolysoidaan joka vuosi, jopa niinkin pieni vähennys kuin 0,05 volttia työskentelyjännitteessä tuo erittäin merkitseviä energiasäästöjä. Teollisuudessa pyritään täten etsimään keinoja jännitevaatimusten pienentämiseksi.Because many millions of tons of alkali metal halide-10 volumes and water are electrolyzed every year, even a reduction as low as 0.05 volts in operating voltage brings very significant energy savings. The industry is thus seeking to find ways to reduce voltage requirements.
15 Koko kloorialkaliteknologian kehityksen ajan on ke hitetty erilaisia menetelmiä keinojännitteen pienentämiseksi. Jotkut asiantuntijat ovat keskittyneet kennojännit-teen pienentämiseen muuttamalla elektrolyysikennon fyysistä muotoilua, kun taas toiset ovat keskittyneet ylijännit-20 teen pienentämiseen anodilla tai katodilla. Tämä julkaisu koskee, osittain, uutta menetelmää sellaisen elektrodin valmistamiseksi, jolle on tunnusomaista huomattavan alhainen ylijännite ja näiden elektrodien käyttöä elektrolyysi-kennoissa .15 Throughout the development of chlor-alkali technology, various methods have been developed to reduce artificial voltage. Some experts have focused on reducing the cell voltage to change the physical design of the electrolytic cell, while others have focused on reducing the overvoltage at the anode or cathode. This publication relates, in part, to a new method for manufacturing an electrode characterized by a remarkably low overvoltage and to the use of these electrodes in electrolysis cells.
25 On esitetty, että elektrodin ylijännite on funktio virran tiheydestä ja elektrodin koostumuksesta, Physical Chemistry, 3. painos, W.J. Moore, Prentice Hall (1962), ss. 406-408), jolloin virran tiheys tarkoittaa virranvoi-makkuutta, joka kohdistetaan elektrodin todellisen pinta-30 alan yksikköä kohti, ja koostumus tarkoittaa elektrodin kemiallista ja fysikaalista koostumusta. Tästä syystä menetelmä, joka lisää elektrodin pinta-alaa, pienentää sen ylijännitettä annetulla näennäisellä virran tiheydellä.It has been shown that electrode overvoltage is a function of current density and electrode composition, Physical Chemistry, 3rd Edition, W.J. Moore, Prentice Hall (1962), p. 406-408), wherein current density means the current applied per unit area of the actual surface area of the electrode, and composition means the chemical and physical composition of the electrode. Therefore, a method that increases the surface area of the electrode reduces its overvoltage by a given apparent current density.
On myös toivottavaa käyttää ainekoostumusta, joka on hyvä 35 elektrokatalyytti; tämä edelleen pienentää ylijännitettä.It is also desirable to use a composition of matter which is a good electrocatalyst; this further reduces the overvoltage.
Alalla tunnetaan plasma- tai liekkisuihkutusten 3 75872 käyttäminen elektrodin päällystämiseen sähköä johtavalla metallilla, US-patentissa 1 263 959 on kuvattu, että anodit voidaan päällystää suihkuttamalla hienoja nikkelipar-tikkeleita anodille, jolloin partikkelit tehdään suliksi 5 ja painetaan sisään rautasubstraattiin puhalluksen avulla.It is known in the art to use plasma or flame sprays 3,75872 to coat an electrode with an electrically conductive metal; U.S. Patent 1,263,959 describes that anodes can be coated by spraying fine nickel particles onto the anode, whereby the particles are melted and pressed into an iron substrate.
Myös katodeja on päällystetty sähköä johtavilla metalleilla, US-patentin 3 002 278 mukaisesti katodit pää-lystettiin plasmasuihkuttamalla tai liekkisuihkuttamalla rakeisen koboltin ja rakeisen sirkoniumoksidin seosta. Kun 10 näitä elektrodeja käytetään veden tai alkalimetallin halo-genidisuolan vesiliuoksen elektrolyysissä, niiden mainitaan hitaasti alentavan vety-ylijännitettä.The cathodes are also coated with electrically conductive metals; according to U.S. Patent 3,002,278, the cathodes were coated by plasma spraying or flame spraying with a mixture of granular cobalt and granular zirconia. When 10 of these electrodes are used in the electrolysis of an aqueous solution of water or an alkali metal halide salt, they are said to slowly lower the hydrogen overvoltage.
Monia metalleja ja metallien kombinaatioita on käytetty elektrodien päällystykseen plasma- tai liekkisuihku-15 tuksella; US-patentti 3 630 770 kuvaa lantaaniboridin käyttöä; US-patentti 3 649 355 kuvaa volframin ja volframile-jeeringin käyttöä; US-patentti 3 788 968 kuvaa titaanikar-bidin tai titaaninitridin ja vähintään yhden platinaryhmän metallin ja/tai metallioksidin sekä toisen, huokoisen oksi-20 dikerroksen käyttöä; US-patentti 3 945 907 kuvaa reniumin käyttöä; ja US-patentti 3 974 058 kuvaa koboltin käyttämistä päällysteenä siten, että ylimpänä päällysteenä käytetään ruteenia.Many metals and combinations of metals have been used to coat electrodes by plasma or flame spraying; U.S. Patent 3,630,770 describes the use of lanthanum boride; U.S. Patent 3,649,355 describes the use of tungsten and tungsten alloy; U.S. Patent 3,788,968 describes the use of titanium carbide or titanium nitride and at least one platinum group metal and / or metal oxide and a second porous oxy-20 layer; U.S. Patent 3,945,907 describes the use of rhenium; and U.S. Patent 3,974,058 describes the use of cobalt as a coating using ruthenium as the topcoat.
Samoin alalla on tunnettua valmistaa huokoisia elekt-25 rodipäällysteitä selektiivisen uuttamisen avulla. Päällystämällä elektrodi rakeisella nikkelillä, tämän jälkeen sintraamalla nikkeli kuten on kuvattu US-patenteissa 2 928 783 ja 2969 315; sähkösaostamalla lejeerinki substraatin pinnalle ja uuttamalla tämän jälkeen yksi lejeerin-30 gin komponentti kuten on kuvattu US-patentissa 3 272 788; puristamalla tai sementoimalla kaksi tai useampia kompo-nenetteja yhteen tai elektrodisubstraatin pinnalle ja uuttamalla tämän jälkeen selektiivisesti pois yksi tai useampia päällystekomponentteja kuten on esitetty US-patenteis-35 sa 3 316 159; 3 326 725; 3 427 204; 3 713 891 ja 3 802 878.Likewise, it is known in the art to prepare porous electro-rhodium coatings by selective extraction. By coating the electrode with granular nickel, followed by sintering nickel as described in U.S. Patents 2,928,783 and 2,969,315; electroprecipitating the alloy on the surface of the substrate and then extracting one component of the alloy-30 g as described in U.S. Patent 3,272,788; pressing or cementing the two or more components together or on the surface of the electrode substrate and then selectively extracting one or more coating components as disclosed in U.S. Patent 3,316,159; 3,326,725; 3,427,204; 3,713,891 and 3,802,878.
4 758724,75872
Alalla esitetään myös elektrodien valmistamiseen plasma- tai liekkimenetelmävaiheen ja sen jälkeen uutto-vaiheen yhdistämistä. Esitetään myös galvanointivaiheen ja sen jälkeen uuttovaiheen yhdistämistä. Esimerkkejä tun-5 netuista menetelmistä esitetään seuraavissa patenteissa: US-patentissa 3 219 730 on kuvattu substraatin päällystys moninkertaisella oksidikalvopäällysteellä, tämän jälkeen substraatin poisto uuttamalla, jolloin saadaan elektrodi; US-patentissa 3 403 057 on kuvattu Raney-lejeeringin liek-10 ki- tai plasmasuihkutus substraatin pinnalle, jota vaihetta seuraa alumiinin uuttaminen pois lejeeringistä, jolloin jää jäljelle huokoinen elektrodi; US-patentissa 3 492 720 on kuvattu volfrämin, titaanin tai niiden lejeerinkien plasmasuihkutus yhdessä alumiinin, toriumin ja sirkoniumin 15 oksidien kanssa substraatin pinnalle. Tämän jälkeen substraatti poistettiin, jolloin jäljelle jäi huokoinen elektrodi.It is also disclosed in the art to combine a plasma or flame process step followed by an extraction step to make electrodes. The combination of the electroplating step followed by the extraction step is also shown. Examples of known methods are disclosed in the following patents: U.S. Patent 3,219,730 describes coating a substrate with a multiple oxide film coating, followed by removal of the substrate by extraction to give an electrode; U.S. Patent 3,403,057 describes the flame or plasma spraying of a Raney alloy on the surface of a substrate, followed by the extraction of aluminum out of the alloy to leave a porous electrode; U.S. Patent 3,492,720 describes the plasma spraying of tungsten, titanium or their alloys together with oxides of aluminum, thorium and zirconium on the surface of a substrate. The substrate was then removed, leaving a porous electrode.
US-patentissa 3 497 425 on kuvattu huokoisten elektrodien valmistus päällystämällä substraatti suhteellisen 20 liukenemattomalla metallilla, jota vaihetta seuraa päällystäminen helpommin liukenevalla metallilla. Tällöin vaaditaan lämpökäsittely, jotta saataisiin aikaan näiden kahden päällysteen keskinäinen diffuusio, kun taas optimiolosuhteet vaativat erilliset lämpökäsittelyt kummallekin päällysteel-25 le. Tämän jälkeen uutetaan liukeneva metalli pois, jolloin jäljelle jää huokoinen elektrodi. US-patentissa 3 618 136 on kuvattu huokoisten elektrodien valmistus päällystämällä substraatin pinta binäärisellä suolaseoksella ja uuttamalla liukeneva komponentti systeemistä. Julkaisussa mainitaan, 30 että on kriittistä, että binäärinen suolaseos on eutektinen seos ja että optimitulokset saadaan, kun käytetään samoja anioneja sekä aktiivisissa että inaktiivisissa suoloissa, esimerkiksi hopeakloridi- natriumkloridi.U.S. Patent 3,497,425 describes the fabrication of porous electrodes by coating a substrate with a relatively insoluble metal, followed by coating with a more soluble metal. In this case, heat treatment is required to effect mutual diffusion of the two coatings, while optimum conditions require separate heat treatments for each coating. The soluble metal is then extracted, leaving a porous electrode. U.S. Patent 3,618,136 describes the preparation of porous electrodes by coating the surface of a substrate with a binary salt mixture and extracting the soluble component from the system. The publication states that it is critical that the binary salt mixture is a eutectic mixture and that optimal results are obtained when the same anions are used in both active and inactive salts, for example silver chloride disodium chloride.
NL-patenttihakemuksessa 75 07550 on kuvattu huokois-35 ten katodien valmistus levittämällä substraatille päällyste, joka muodostuu vähintään yhdestä epäjalosta metallista, joka on valittu ryhmästä, jonka muodostavat nikkeli, kobolt- 5 75872 ti, kromi, mangaani ja rauta, seostettuna sekundaarisella, vähemmän jalolla, galvaanisella metallilla, jota vaihetta seuraa tämän galvaanisen metallin ainakin osittainen poistaminen. Erityisesti galvaaninen metalli valitaan sin-5 kin, alumiinin, magnesiumin ja tinan muodostamasta ryhmästä. Galvaaninen metalli poistetaan uuttamalla lipeäliuok-sella tai happamalla liuoksella.NL patent application 75 07550 describes the production of porous cathodes by applying to a substrate a coating consisting of at least one base metal selected from the group consisting of nickel, cobalt, chromium, manganese and iron, alloyed with a secondary, less noble , a galvanic metal, followed by a step of at least partial removal of this galvanic metal. In particular, the galvanic metal is selected from the group consisting of sin-5, aluminum, magnesium and tin. The galvanic metal is removed by extraction with an alkali solution or an acidic solution.
JP-patentissa 31 6611 on kuvattu huokoisen elektrodin valmistus galvanoimalla substraatin pinnalle nikkeli-10 päällyste, jota seuraa sinkkipäällyste tai jonkin muun liukoisen aineen muodostama päällyste, joka liukenee alka-liseen liuokseen. Nämä päällystetyt elektrodit upotetaan tämän jälkeen alkaliseen liuokseen tai niihin kohdistetaan elektrokemiallinen eloksointikäsittely sinkin ja muiden 15 liukenevien aineiden eluoimiseksi ja poistamiseksi, jolloin siis muodostuu huokoinen elektrodi. Ennen upottamista joissakin suoritusmuodoissa vaaditaan päällystetyn elektrodin lämpökäsittely.JP Patent 31,661 describes the manufacture of a porous electrode by electroplating a nickel-10 coating on the surface of a substrate, followed by a zinc coating or a coating formed by some other soluble substance that is soluble in an alkaline solution. These coated electrodes are then immersed in an alkaline solution or subjected to an electrochemical anodizing treatment to elute and remove zinc and other solutes, thus forming a porous electrode. Prior to immersion, some embodiments require heat treatment of the coated electrode.
US-patentti 4 279 709 esittää menetelmän elektrodien 20 valmistamiseksi, käsittäen elektrodit, joiden ylijännite on alhainen, käyttämällä rakeisen metallin ja rakeisen epäorgaanisen huokoistusaineen muodostamaa seosta ja uuttamalla tämän jälkeen huokoistusaine pois huokosten muodostamiseksi.U.S. Patent 4,279,709 discloses a method of making electrodes 20 comprising low voltage overvoltage electrodes using a mixture of granular metal and granular inorganic blowing agent and then extracting the blowing agent away to form pores.
Kalvonmuodostavia metallisubstraatteja, erityisesti 25 titaania, käsittävien elektrodien, jotka on päällystetty alkuaineiden jaksollisen järjestelmän ryhmän VIII metallin oksideilla, on esitetty olevan, erityisesti yhdessä muiden metallioksidien kanssa, käyttökelpoisia anodeina elektrolyyttisissä menetelmissä, kuten esimerkiksi suolaliuosten 30 elektrolyysissä. Ruteenioksidit, platinaoksidit ja muut "platinametallisarjän" oksidit, yhteydessä monien muiden metallioksidien kanssa, ovat saaneet suuren suosion anodeina käytettävien venttiilimetallisubstraattien (erityisesti Ti) päällysteinä. Tällaisia anodeja koskevia patentteja 35 ovat esimerkiksi US-patentit 3 632 498 ja 3 711 385. Näitä päällysteitä voidaan laittaa monella tavalla, esimerkiksi 6 75872 US-patentissa 3 869 312 on kuvattu, että platinaryhmän me-tallioksidit, yhdistettynä kalvonmuodostavien metallien oksidien kanssa, voidaan saostaa venttiilimetallisubstraat-tien pinnalle levittämällä seos, jonka muodostavat termi-5 sesti hajotettavissa olevat platinaryhmän metallien yhdisteet ja termisesti hajotettavissa oleva kalvonmuodostavan metallin organoyhdiste orgaanisessa nestemäisessä liuotti-messa, joka myös mahdollisesti voi sisältää pelkistävän aineen, kantaja-aineen pinnalle, kuivaamalla päällyste 10 haihduttamalla orgaaninen liuotin, lämmittämällä tämän jälkeen kantajaa alueella 400-550°C metallioksidien muodostamiseksi. Päällystys voidaan toistaa päällysteen paksuuden lisäämiseksi. Myös kalvonmuodostavan metallin oksidin muodostamaa ylintä päällystettä käytetään. US-patentissa 15 3 632 498 on kuvattu, että päällysteitä, jotka muodostuvat hienojakoisista platinaryhmän metallien ja kalvonmuodostavien metallien oksideista, voidaan valmistaa käyttämällä plasmapoltinta, lämmittämällä substraatteja, jotka on päällystetty termisesti hajotettavissa olevilla platinaryhmän 20 metallien ja kalvonmuodostavien metallien yhdisteillä, saostamalla sähköisesti metallit galvaanisessa kylvyssä, jota seuraa lämmittäminen ilmassa oksidin muodostamiseksi, muiden muassa.Electrodes comprising film-forming metal substrates, especially titanium, coated with metal oxides of Group VIII of the Periodic Table of the Elements have been shown to be useful, especially in combination with other metal oxides, as anodes in electrolytic processes such as saline electrolysis. Ruthenium oxides, platinum oxides, and other oxides of the "platinum metal series", in conjunction with many other metal oxides, have gained great popularity as coatings for valve metal substrates (particularly Ti) used as anodes. Patents 35 for such anodes include, for example, U.S. Patents 3,632,498 and 3,711,385. These coatings can be applied in a variety of ways, for example, U.S. Patent 6,75872 discloses that platinum group metal oxides, combined with film-forming metal oxides, can be applied. precipitating on the surface of the valve metal substrates by applying a mixture of thermally decomposable platinum group metal compounds and a thermally decomposable film-forming metal organo compound in an organic liquid solvent, which may also optionally contain a reducing agent, on a surface of an organic solvent, by drying solvent, then heating the support in the range of 400-550 ° C to form metal oxides. The coating can be repeated to increase the thickness of the coating. The top coating formed by the film-forming metal oxide is also used. U.S. Patent 15,332,498 discloses that coatings composed of finely divided oxides of platinum group metals and film-forming metals can be prepared using a plasma torch by heating substrates coated with thermally decomposable compounds of platinum group metals and film-forming metals. followed by heating in air to form the oxide, among others.
Muita patentteja, jotka koskevat elektrodeja, joilla 25 on metallioksidipinnat, ovat esimerkiksi US-patentit 3 616 445; 4 003 817; 4 072 585; 3 977 958; 4 061 549; 4 073 873 ja 4 142 005.Other patents for electrodes having metal oxide surfaces include, for example, U.S. Patents 3,616,445; 4,003,817; 4,072,585; 3,977,958; 4,061,549; 4,073,873 and 4,142,005.
Platinaryhmän metallien oksidien, erityisesti rutee-nioksidin, käyttö aktiivisina päällysteinä vedyn kehitystä 30 varten on myös tunnettu (Melendres, Carlos A., Spring Meeting Electrochem. Soc., May 11-16, 1975). JP-patenttijulkaisu 9130/65, hakemukset (OPI) 131 374/74 ja 11178/77 viittaavat platinaryhmän metallien oksidi(e)n toisen me-tallioksidin kanssa muodostaman seoksen käyttämiseen ak-35 tiivisina katodipäällysteinä. US-patentissa 4 238 311 on kuvattu, että katodipäällyste, joka muodostuu platinaryh- 7 75872 män metallien ja/tai platinaryhmän metallien oksidien hienoista rakeista nikkelissä, on käyttökelpoinen katodi-päällysteenä.The use of platinum group metal oxides, especially ruthenium oxide, as active coatings for hydrogen evolution 30 is also known (Melendres, Carlos A., Spring Meeting Electrochem. Soc., May 11-16, 1975). JP 9130/65, Applications (OPI) 131 374/74 and 11178/77 refer to the use of a mixture of platinum group metal oxide (s) with another metal oxide as active cathode coatings. U.S. Patent 4,238,311 discloses that a cathode coating consisting of fine grains of platinum group metals and / or platinum group metal oxides in nickel is useful as a cathode coating.
Yleensä tiedetään alan asiantuntijoiden piirissä, 5 että platinaryhmän metallien oksidien käyttäminen aktiivisina katalyytteinä vedyn kehityksessä nykyaikaisissa elektrolyysikloorialkalikennoissa, joissa käytetään läpäiseviä kalvoja, ei ole tarkoituksenmukaista johtuen nykyisin mahdollisista äärimmäisen vaikeista NaOH-konsentraa-10 tio- ja lämpötilaolosuhteista, jolloin 30 % NaOH-pitoisuu-det ja yli 95°C lämpötilat eivät ole harvinaisia. Tunnetuilla tavoilla valmistettujen oksidipäällysteiden on havaittu ohenevan käytössä ja irtoavan substraatista, todennäköisesti yhdessä oleellisen pelkistymisen kanssa, joissa-15 kin tapauksissa, metallimuotoon.It is generally known to those skilled in the art that the use of platinum group metal oxides as active catalysts in the evolution of hydrogen in modern electrolytic chlorine alkali cells using permeable membranes is not appropriate due to the currently extremely difficult NaOH concentration-10% NaOH and temperature conditions. and temperatures above 95 ° C are not uncommon. Oxide coatings prepared in known ways have been found to thin in use and release from the substrate, probably in combination with substantial reduction, in some cases, to the metal form.
Alan asiantuntijat tietävät myös hyvin, että katalyyttiset päällysteet, jotka muodostuvat metalleista, joilla on luontaisesti alhaiset vety-ylijänniteominaisuu-det, ovat taipuvaisia käytännön sovellutuksissa menettä-20 mään katalyyttisen aktiivisuuden johtuen metallisten epäpuhtauksien, kuten esimerkiksi raudan, muodostamasta päällysteestä, joita epäpuhtauksia tavallisesti esiintyy elekt-rolyysimenetelmässä käytetyssä suolaliuoksessa ja vedessä. Täten aktiiviset päällysteet, jotka asiantuntijat ovat ha-25 vainneet käyttökelpoisiksi vedyn kehitykselle nykyaikaisissa elektrolyysimembraanikloorialkalikennoissa, rajoittuvat sellaiseen tyyppiin, jolle on tunnusomaista suuri pinta-ala, tai huokoisiin päällysteisiin, joiden koostumukset ovat jossakin määrin kestäviä kemiallista vaikutusta 30 vastaan näissä olosuhteissa, tällaisia ovat esimerkiksi nikkeli tai erilaiset ruostumattomat teräkset.It is also well known to those skilled in the art that catalytic coatings composed of metals with inherently low hydrogen overvoltage properties tend to lose catalytic activity in practical applications due to the coating of metallic impurities, such as iron, which are present in the impurities. in the saline and water used in the rolysis process. Thus, active coatings which have been found by experts to be useful for the evolution of hydrogen in modern electrolytic membrane chlorine alkali cells are limited to the high surface area type or to porous coatings whose compositions are resistant to such chemical effects to some extent. or various stainless steels.
Näissä tapauksissa luontaisesti alhaisen vety-yli-jännitteen omaavien katalyyttien katalyyttisen luonteen täydellinen vaikutus ei toteudu käytännössä, koska kuten 35 asiantuntijat tietävät, näiden oleellisesti suuren pinta-alan omaavien päällysteiden teho vähenee ajan kuluessa ta- 8 75872 solle, jolle on tunnusomaista ekvivalenttinen päällyste, jonka muodostaa vallitseva elektrolyyttisessä menetelmässä käytettävässä suolaliuoksessa tai vedessä läsnä oleva metallinen epäpuhtauslaji, tavallisesti rauta. Käytetyn 5 päällysteen elektrolyyttistä aktiivisuutta luonnehtivan Tafelin käyrän jyrkkyys muuttuu siis oleellisesti raudan tasolle, jolloin tuloksena on vedyn yli-jännitteen kasvaminen, erityisesti suurilla virran tiheyksillä, 0,23-0,54 2 2 ampeeria/cm (1,5-3,5 ampeeria/in ) ja yli, jotka ovat 10 tavallisia nykyaikaisissa memebraanikloorialkaalikennois-sa. Päinvastoin on toivottavaa säilyttää niiden materiaalien luontaisesti alhaiset ylijänniteominaisuudet, joille tiedetään olevan tunnusomaista alhainen Tafelin käyrän jyrkkyys (siis platinaryhmän metallien oksidit, erityises-15 ti ruteenioksidi) pitkäaikaisen käytön aikana membraani-kloorialkalikennoissa. Nyt on havaittu, muiden seikkojen ohessa, että sekundaaristen elektrokatalyyttisten metallien ja platinaryhmän metallien oksidien muodostamat aktiiviset päällysteet, jotka on valmistettu keksinnön mukaisel-20 la menetelmällä, osoittavat yllättävästi ominaisuuksinaan alhaista vety-ylijännitettä, fysikaalista stabiilisuutta ja pitkäaikaista tehokkuutta katodeina suolaliuoksen elektrolyysissä korkeissa NaOH-konsentraatioissa, lämpötiloissa ja prosessipaineissa. Lisäksi on havaittu, että näiden 25 elektrodien käyttö elektrolyysiprosesseissa, joissa tuotetaan klooria ja NaOH:ia tietyssä prosessilämpötilassa, tietyllä prosessin NaOH-konsentraatiolla ja tietyssä pro-sessipaineessa, johtaa pienempiin energiavaatimuksiin, jotka eivät muualla tavalla ole saavutettavissa käytännössä. 30 Keksintö koskee erityisesti alhaisen vety-ylijännit teen omaavan katodin valmistusmenetelmää, jolle on tunnusomaista, että sähköäjohtavan substraatin päälle levitetään päällystysliuos, joka muodostuu metallioksidiprekursoriyh-disteestä tai -yhdisteistä ja syövytysnesteestä, joka pys-35 tyy syövyttämään substraatin ja/tai minkä tahansa aiemmin levitetyn päällystetyn pinnan, näin päällystettyä subst- 9 75872 raattia kuumennetaan haihtuvien aineosien poistamiseksi siitä prekursoriyhdisteiden metallin ja substraatista tai aikaisemmasta päällysteestä syövytetyn metallin rikastamiseksi ja uudelleenlevittämiseksi substraatin tai aiem-5 min levitetyn päällysteen pinnalle, ja jatketaan kuumennusta hapen, ilman tai hapettavan aineen läsnäollessa lämpötilaan, joka on riittävä hapettamaan metallin, ja jolloin päällystysmenettely mahdollisesti toistetaan ainakin kerran.In these cases, the full effect of the catalytic nature of the inherently low hydrogen-overvoltage catalysts is not realized in practice because, as is known to those skilled in the art, the effectiveness of these substantially high surface area coatings decreases over time to 8 75872, characterized by an equivalent coating forms the predominant metallic impurity present in the saline or water used in the electrolytic process, usually iron. Thus, the steepness of the Tafel curve characterizing the electrolytic activity of the 5 coatings used changes substantially to the iron level, resulting in an increase in the hydrogen overvoltage, especially at high current densities, of 0.23-0.54 2 2 amps / cm (1.5-3.5 amps). / in) and more than 10 common in modern memembrane chlor-alkali cells. On the contrary, it is desirable to maintain the inherently low overvoltage properties of materials known to be characterized by the low steepness of the Tafel curve (i.e., platinum group metal oxides, especially ruthenium oxide) during prolonged use in membrane-chlor-alkali cells. It has now been found, among other things, that the active coatings formed by secondary electrocatalytic metals and platinum group metal oxides prepared by the process of the present invention surprisingly show low hydrogen overvoltage, high physical stability and long-term efficiency in cathode solids. , temperatures and process pressures. In addition, it has been found that the use of these electrodes in electrolysis processes that produce chlorine and NaOH at a given process temperature, a given process NaOH concentration, and a given process pressure results in lower energy requirements that are not otherwise achievable in practice. In particular, the invention relates to a method of manufacturing a low hydrogen overvoltage cathode, characterized in that a coating solution consisting of a metal oxide precursor compound or compounds and an etching liquid capable of etching any previously deposited substrate and / or surface, the substrate thus coated is heated to remove volatile constituents therefrom to enrich and redistribute the metal of the precursor compounds and the metal etched from the substrate or previous coating to the surface of the substrate or previously applied coating, and heating is continued in the presence of oxygen, air or sufficient to oxidize the metal, and wherein the coating procedure may be repeated at least once.
10 Kuva 1 esittää graafisesti tuloksia kokeista, jotka kuvataan myöhemmin.10 Figure 1 shows graphically the results of the experiments described later.
Elektrodit, jotka käsittelevät sähköisesti johtavan tai epäjohtavan substraatin, jolla on platinaryhmän metallien ja sekundaaristen elektrokatalyyttisten metallien he-15 terogeenisten oksidiseosten muodostama päällyste, valmistetaan levittämällä substraatille liukoisia metalliyhdis-teitä ja syövytysneste, ja peräkkäisten päällysteiden ollessa kyseessä, syövyttämällä metallioksidit, jotka on aikaisemmin levitetty substraatille, tällä tavoin, kuten us-20 kotaan, syövyttämällä ja liuottamalla päällysteen kemiallisesti vähiten kestäviä osia, tämän jälkeen, kun substraattia on kuumennettu metallien hapettamiseksi, rikastamalla ja uudelleensaostamalla mainitut metallit substraatin pinnalle, ja hapettamalle ne, jotta saataisiin aikaan 25 metallien heterogeenisten oksidien oleellisesti kova, stabiili seos.Electrodes treating an electrically conductive or non-conductive substrate having a coating of heterogeneous oxide mixtures of platinum group metals and secondary electrocatalytic metals are prepared by applying soluble metal compounds and an etching liquid to the substrate and, in the case of successive coatings, , in this way, such as us-20, by etching and dissolving the least chemically resistant parts of the coating, after heating the substrate to oxidize the metals, enriching and reprecipitating said metals on the surface of the substrate, and oxidizing them to obtain substantially hard metal heterogeneous oxides. , a stable relationship.
Edullinen sähköäjohtava substraatti voi olla mikä tahansa metallirakenne, joka säilyttää fysikaalisen eheytensä elektrodin valmistuksen ajan. Metallilaminaatteja 30 voidaan käyttää, kuten esimerkiksi rautametallia, joka on päällystetty toisella metallilla, esimerkiksi nikkelillä tai kalvonmuodostavalla metallilla (tunnetaan myös vent-tiilimetallina). Substraatti voi olla rautametalli, kuten esimerkiksi rauta, teräs, ruostumaton teräs tai muu metal-35 lilejeerinki, joissa pääkomponentti on rauta. Substraatti voi olla myös ei-rautametalli, kuten esimerkiksi kalvon- 10 75872 muodostava metalli tai ei-kalvonmuodostava metalli, esimerkiksi Ni. Kalvonmuodostaviin metalleihin kuuluvat tällä alalla varsinkin titaani, tantaali, sirkonium, niobi, volframi ja näiden lejeeringit toistensa kanssa ja pien-5 ten määrien kanssa muita metalleja. Ei-johtavia substraatteja voidaan käyttää, erityisesti jos ne päällystetään johtavalla kerroksella, jonka päälle metallioksidit seostetaan .The preferred electrically conductive substrate can be any metal structure that retains its physical integrity during electrode fabrication. Metal laminates 30 may be used, such as ferrous metal coated with another metal, for example nickel or a film-forming metal (also known as valve metal). The substrate may be a ferrous metal such as iron, steel, stainless steel or other metal-35 alloy in which the main component is iron. The substrate may also be a non-ferrous metal such as a film-forming metal or a non-film-forming metal such as Ni. Film-forming metals in this field include, in particular, titanium, tantalum, zirconium, niobium, tungsten and their alloys with each other and with small amounts of other metals. Non-conductive substrates can be used, especially if they are coated with a conductive layer on which metal oxides are doped.
Tässä päällystysmenetelmässä käytetyn substraatin 10 muotona voi olla tasainen levy, kaareva pinta, kierteinen pinta, rei'itetty levy, vanunki, metalliverkkolevy, tanko, putki, huokoinen, ei-huokoinen, sintrattu, lankamainen, säännöllinen tai epäsäännöllinen. Tämä uusi päällystysme-netelmä ei ole riippuvainen siitä substraatin muodosta, 15 koska käytetyt kemialliset ja termiset vaiheet ovat sovellettavissa käytännöllisesti katsoen mihin tahansa muotoon, joka on käyttökelpoinen elektrodiartikkelina. Monet elekt-rolyysikennot sisältävät reikäisiä (verkko)levyjä tai litteitä levyjä; joskus nämä taivutetaan "tasku"-elektrodien 20 muodostamiseksi, joilla on oleellisesti yhdensuuntaiset sivut erillään olevassa suhteessa.The substrate 10 used in this coating method may be in the form of a flat plate, a curved surface, a helical surface, a perforated plate, a tongue, a wire mesh plate, a rod, a tube, a porous, non-porous, sintered, wire-like, regular or irregular. This new coating method does not depend on the form of the substrate, since the chemical and thermal steps used are applicable to virtually any form useful as an electrode article. Many electrolytic cells contain perforated (network) plates or flat plates; sometimes these are bent to form "pocket" electrodes 20 having substantially parallel sides in a spaced apart relationship.
Edullinen substraattimuoto käsittää verkon, rei'ite-tyn levyn, vanungin, sintratun metallin, levyn tai hienon levyn, verkon ollessa yksi edullisimmista huokoisista 25 substraateista.The preferred substrate form comprises a mesh, perforated sheet, vanadium, sintered metal, sheet or fine sheet, with the mesh being one of the most preferred porous substrates.
Substraatin edullinen koostumus käsittää nikkelin, raudan, kuparin, teräksen, ruostumattoman teräksen tai rautametallin, joka on laminoitu nikkelillä, nikkelin ollessa erityisen edullinen. On ymmärrettävä, että nämä substraatit, 30 joiden pinnalle metallioksidipäällysteet tullaan saostamaan, voivat itse olla tuettuja tai lujitettuja alla olevan substraatin tai kantajan avulla, erityisesti silloin kun nikkeliä, rautaa tai kuparia tuetaan alla olevan substraatin tai kantajan avulla tai päällä. Substraatti, jonka pinnal-35 le metallioksidipäällyste tullaan saostamaan, voi itse olla laminaatin tai päällystetyn rakenteen uloin kerros, ja u 75872 se voi olla mahdollisesti ei-johtava substraatti, jonka pinnalle;metallioksidipäällyste saostetaan.The preferred composition of the substrate comprises nickel, iron, copper, steel, stainless steel or ferrous metal laminated with nickel, with nickel being particularly preferred. It is to be understood that these substrates on the surface of which the metal oxide coatings will be deposited may themselves be supported or reinforced by the underlying substrate or support, especially when nickel, iron or copper is supported by or on the underlying substrate or support. The substrate on the surface of which the metal oxide coating will be deposited may itself be the outermost layer of the laminate or coated structure, and may be a potentially non-conductive substrate on the surface of which the metal oxide coating is deposited.
Platinametallisarja käsittää metallit Ru, Rh, Pd,The platinum metal series comprises the metals Ru, Rh, Pd,
Os, Ir ja Pt. Näistä ovat edullisia metalleja platina ja 5 ruteeni, ruteenin ollessa kaikkein edullisin. Liukeneva platinametalliyhdiste voi olla halogenidi, sulfaatti, nitraatti tai metallin muu liukoinen suola tai liukoinen yhdiste ja on edullisesti halogenidisuola, kuten esimerkiksi RuCl^’hydraatti, PtCl4'hydraatti ja niiden kaltainen yh-10 diste.Os, Ir and Pt. Of these, the preferred metals are platinum and ruthenium, with ruthenium being the most preferred. The soluble platinum metal compound may be a halide, sulfate, nitrate or other soluble salt or soluble compound of a metal, and is preferably a halide salt such as RuCl 2 'hydrate, PtCl 4' hydrate and the like.
Päällysteen sekundaarinen elektrolyyttinen metalli-oksidiprekursori voi olla vähintään yksi yhdiste, joka on peräisin seuraavien alkuaineiden liukenevista yhdisteistä: Ni, Co, Fe, Cu, W, V, Mn, Mo, Nb, Ta, Ti, Zr, Cd, Cr, B, 15 Sn, La tai Si. Edullisia näistä ovat Ni, Zr ja Ti, nikkelin ollessa kaikkein edullisin.The secondary electrolytic metal oxide precursor of the coating may be at least one compound derived from soluble compounds of the following elements: Ni, Co, Fe, Cu, W, V, Mn, Mo, Nb, Ta, Ti, Zr, Cd, Cr, B, 15 Sn, La or Si. Preferred of these are Ni, Zr and Ti, with nickel being most preferred.
Tämän keksinnön mukainen liuos sisältää vähintään yhden kemiallisesti aktiivisen aineen, joka pystyy syövyttämään substraatin, ja toisen tai myöhemmän päällysteen 20 ollessa kyseessä, syövyttämään ja liuottamaan kemiallisesti herkimmät komponentit aiemmin muodostetuista oksideista, samalla kun myös, edullisesti kun lämpötilaa nostetaan, höyrystymään, monissa tapauksissa, lämmitetystä seoksesta, yhdessä platinametallioksidiprekursorin ja sekundaarisen 25 elektrokatalyyttisen metallioksidiprekursorin höyrystetty-jen anionien ja negatiivisen valenssin omaavien radikaalien kanssa. Edulliset kemiallisesti aktiiviset syövytys-nesteet käsittävät yleisimmät hapot, kuten esimerkiksi suolahapon, rikkihapon, typpihapon, fosforihapon; myös 30 hydratsiinivetysulfaatin, ja sen kaltaiset, suolahapon ja hydratsiinivetysulfaatin ollessa kaikkien edullisimpia.The solution of the present invention contains at least one chemically active substance capable of etching the substrate and, in the case of the second or subsequent coating 20, etching and dissolving the most chemically sensitive components of the previously formed oxides, while also, preferably raising the temperature, evaporating, in many cases, heated of the mixture, together with the vaporized anions and the negative valence radicals of the platinum metal oxide precursor and the secondary electrocatalytic metal oxide precursor. Preferred chemically active etching liquids include the most common acids, such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid; also hydrazine hydrogen sulfate, and the like, with hydrochloric acid and hydrazine hydrogen sulfate being most preferred.
Yleensä keksinnön mukainen edullinen menetelmä käsittää sellaisen liuoksen levittämisen haluttuun substraattiin, joka sisältää vähintään yhden platinametallisarjän 35 yhdisteen, vähintään yhden elektrokatalyyttisen metalli-yhdisteen, ja kemiallisen syövytysnesteen, edullisesti 12 75872 sisältää haihtuvan orgaanisen liuottimen, kuten esimerkiksi isopropanolia; ja haihtuvan liuottimen haihduttamisen, jolloin jäljelle jää syövytysneste ja liuennut metalli; tämän jälkeen substraatin lämmittämisen lämpötilaan, joka 5 on riittävä rikastamaan metallit, myös oleellisesti karkottaen höyrystetyn syövytysnesteen yhdessä anionien tai negatiivisen valenssin omaavien radikaalien kanssa, jotka on vapautettu metallioksidiprekursoreista, ja substraatin lämmittäminen hapen tai ilman ollessa läsnä lämpötilaan, 10 joka on riittävä termisesti hapettamaan ja muuttamaan metallit metallioksideiksi in situ substraatin pinnalla. Vaiheet voidaan toistaa moneen kertaan, jotta keksinnön paras täydellinen vaikutus saavutettaisiin kasvattamalla päällysteen paksuutta. Lisäksi toisinaan on hyödyllistä 15 sijoittaa kunkin termisen hapetusvaiheen väliin kaksi tai useampia metallioksidiprekursorikerroksia.In general, the preferred method of the invention comprises applying to a desired substrate a solution containing at least one platinum metal series compound 35, at least one electrocatalytic metal compound, and a chemical etching liquid, preferably 12,75872 containing a volatile organic solvent such as isopropanol; and evaporating the volatile solvent to leave the etching liquid and dissolved metal; then heating the substrate to a temperature sufficient to enrich the metals, including substantially expelling the vaporized etching fluid along with anions or negative valence radicals released from the metal oxide precursors, and heating the substrate in the presence of oxygen or air to a temperature sufficient to thermally oxidize metals into metal oxides in situ on the surface of the substrate. The steps can be repeated many times to achieve the best complete effect of the invention by increasing the thickness of the coating. In addition, it is sometimes useful to place two or more layers of metal oxide precursors between each thermal oxidation step.
Erityisen edullisessa suoritusmuodossa elektrodima-teriaali valmistetaan sijoittamalla heterogeeninen metalli-oksidipäällyste, mainitun heterogeenisen metallioksidipääl-20 lysteen sisältäessä nikkelioksidia ja platinaryhmän metallin oksidia (sisältäen mahdollisesti modifioijametalliok-sidin, esimerkiksi ZrC^), nikkelimetallikerroksen päälle (joka voi olla nikkelikerros sähköäjohtavan substraatin pinnalla) menetelmällä, joka käsittää (a) päällysteliuos-25 ten levittämisen mainittuun nikkelimetallikerrokseen, joka liuos sisältää nikkelioksidiprekursorin, platinaryhmän me-tallioksidin prekursorin, mahdollisen modifioijametalliok-sidiprekursorin, ja syövytysnesteen nikkelimetallipinnan kaikkein liukenevimpien komponenttien liuottamiseksi, (b) 30 lämmittämisen päällysteliuoksen haihtuvien komponenttien haihduttamiseksi, tällä tavalla metallioksidiprekursorin rikastamisen ja saostamisen näin syövytetylle nikkelime-tallipinnalle, (c) lämmittämisen ilman tai hapen ollessa läsnä lämpötilaan 300-600° ajaksi, joka on riittävä hapet-35 tamaan metallioksidiprekursorien metallit, ja (d) näin valmistetun elektrodimateriaalin jäähdyttämisen. Lisäker- 13 75872 roksia voidaan levittää samalla tavalla näin valmistetun heterogeenisen metallioksidipäällysteen paksuuden kasvat-tanmiseksi nikkelimetallin pinnalle, ja syövytysneste toisen ja myöhemmän päällyksen levityksessä voi edullises-5 ti olla sama tai erilainen kuin ensimmäisen päällysteen levityksessä käytetty syövytysneste. Valmistetaan siis elektrodimateriaali, joka käsittää nikkelimetallikerrok-sen, johon on tiiviisti kiinnittynyt heterogeeninen metal-lioksidipäällyste, joka käsittää nikkelioksidin ja platina-10 ryhmän metallioksidin, mahdollisesti myös modifioijametal-lioksidin. Edullisesti platinaryhmän metallioksidi on ru-teenioksidi. Edullinen mahdollinen modifioijametallioksidi on sirkoniumoksidi. Nikkelimetallikerroksen taloudellinen muoto on nikkelikerros halvemman sähköäjohtavan substraa-15 tin pinnalla, kuten teräksen tai rautalejeeringin. Tällainen elektrodimateriaali on erityisen käyttökelpoinen katodeina kloorialkalikennoissa.In a particularly preferred embodiment, the electrode material is prepared by placing a heterogeneous metal oxide coating, said heterogeneous metal oxide coating containing nickel oxide and platinum group metal oxide (optionally a modifier metal oxide, e.g. comprising (a) applying coating solutions to said nickel metal layer containing a nickel oxide precursor, a platinum group metal oxide precursor, a possible modifier and a metal oxide precursor, and for dissolving the most soluble components of the nickel metal surface enrichment and precipitation on the nickel metal surface thus etched, (c) heating in the presence of air or oxygen to a temperature of 300 -600 ° for a time sufficient to oxidize the metals of the metal oxide precursors, and (d) cooling the electrode material thus prepared. Additional layers may be applied in the same manner to increase the thickness of the heterogeneous metal oxide coating thus prepared on the surface of the nickel metal, and the etching liquid for applying the second and subsequent coatings may preferably be the same or different from the etching liquid used for applying the first coating. Thus, an electrode material is prepared comprising a nickel metal layer to which a heterogeneous metal oxide coating comprising nickel oxide and a metal oxide of the platinum group, optionally also a modifier metal oxide, is tightly attached. Preferably, the platinum group metal oxide is ruthenium oxide. The preferred possible modifier metal oxide is zirconia. The economical form of the nickel metal layer is a nickel layer on the surface of a cheaper electrically conductive substrate, such as steel or iron alloy. Such an electrode material is particularly useful as cathodes in chlor-alkali cells.
Tavallisesti lämpötilat, joissa metallien terminen hapettuminen saavutetaan, riippuvat jonkin verran metal-20 leista, mutta lämpötila, joka on välillä 350-550°C, on yleensä tehokas. On yleensä edullista, että terminen hapetus suoritetaan 350-330°C:n lämpötilassa.Usually, the temperatures at which thermal oxidation of the metals is achieved depend to some extent on the metals, but a temperature in the range of 350-550 ° C is generally effective. It is generally preferred that the thermal oxidation be performed at a temperature of 350-330 ° C.
Keksinnön tarkoituksena on tuottaa oleellisen kova, tarttuva päällyste liukenevien metallien heterogeenisista 25 oksideista.It is an object of the invention to provide a substantially hard, adhesive coating of heterogeneous oxides of soluble metals.
Tämän keksinnön piiriin kuuluu, että liuottaminen, uudelleenrikastaminen ja liuenneitten metallien in situ-saostaminen, käyttäen aiemmin saostettujen kerrosten ja/ tai substraatin kemiallista syövyttämistä, saa aikaan oksi-30 dien homogeenisen seoksen, jossa oksidit ovat keskinäisesti stabiloivia ja elektrokatalyyttisesti täydentäviä.It is within the scope of this invention that dissolving, enriching and in situ precipitating dissolved metals using chemical etching of previously precipitated layers and / or substrate provides a homogeneous mixture of oxides in which the oxides are mutually stabilizing and electrocatalytically complementary.
Seuraavat esimerkit kuvaavat erityisiä suoritusmuotoja.The following examples illustrate specific embodiments.
Esimerkki 1 35 Valmistettiin liuos, joka sisälsi 1 osanExample 1 A solution containing 1 part was prepared
RuCl^'Sl^O, 1 osan NiC^ ’ 61^0: ta, 3,3 osaa I^NNHj * : ä 14 75872 (hydratsiinivetysulfaatti), 5 osaa IVOtta ja 28 osaa isopropanolia. Liuos valmistettiin sekoittamalla ensin yhteen kaikki muut aineosat lukuunottamatta isopropanolia sekoittamalla yön yli, lisäämällä tämän jälkeen isopropa-5 noli ja jatkamalla sekoittamista noin 6 tuntia.RuCl 2, S 2 O, 1 part NiCl 2, 61 parts, 3.3 parts I 2 NNH 3 * 14 75872 (hydrazine hydrogen sulfate), 5 parts IVO and 28 parts isopropanol. The solution was prepared by first mixing all the other ingredients except isopropanol with stirring overnight, then adding isopropanol and continuing to stir for about 6 hours.
Valmistettiin katodi, joka koostui 40 % venytetystä nikkeliverkosta. Katodi ensin hiekkapuhallettiin ja tämän jälkeen syövytettiin 1:1 HCltssä. Tämän jälkeen se huuhdeltiin, upotettiin isopropanoliin ja kuivattiin ilmassa.A cathode consisting of 40% stretched nickel mesh was prepared. The cathode was first sandblasted and then etched in 1: 1 HCl. It was then rinsed, immersed in isopropanol and air dried.
10 Katodi päällystettiin upottamalla se päällystysliuokseen, antamalla sen kuivua ilmassa, tämän jälkeen hehkuttamalla sitä uunissa 375°C:ssa 20 minuuttia. Samalla tavalla levitettiin yhteensä 6 päällystä. Katodi upotettiin lämmitettyyn kylpyyn, joka sisälsi 35 % NaOH:ia lämpötilassa 90°C. 15 Laitteistoon johdettiin virta ja potentiaalimittauksia tehtiin käyttämällä standardi-kalomelireferenssielektrodia (SCE) ja Luggin-sondia. Katodipotentiaaliksi mitattiin -1145 millivolttia versus SCE virrantiheydellä 2 ampeeria 2 per neliötuuma (0,31 ampeeria per cm ). Katodi asetettiin 20 laboratoriomembraanikloorikennoon ja käytettiin 90°C:ssa, tuottaen C^sta anodilla ja H2:ta katodilla, NaOH-konsent- raatiolla 31-33 %, toimittaessa virrantiheydellä 0,31 am-2 2 peeria/cm (2 ampeeria/in ). Katodin potentiaalia seurattiin ja keskiarvo laskettiin per viikko. Tulokset nähdään 25 taulukossa I.The cathode was coated by immersing it in a coating solution, allowing it to air dry, then annealing it in an oven at 375 ° C for 20 minutes. A total of 6 coatings were applied in the same manner. The cathode was immersed in a heated bath containing 35% NaOH at 90 ° C. 15 Power was applied to the equipment and potential measurements were made using a standard calomel reference electrode (SCE) and a Luggin probe. The cathode potential was measured at -1145 millivolts versus SCE at a current density of 2 amps 2 per square inch (0.31 amps per cm). The cathode was placed in 20 laboratory membrane chlorine cells and operated at 90 ° C, producing C 1 at the anode and H 2 at the cathode, with a NaOH concentration of 31-33%, operating at a current density of 0.31 am-2 2 psi / cm ). The cathode potential was monitored and averaged per week. The results are shown in Table 25.
Esimerkki 2Example 2
Valmistettiin liuos, jonka muodostivat 1 osa RuClg* SIMOlta, 1 osa NiCl2 * 6H20: ta ja 3,3 osaa konsentroitua HCl:ää. Sen annettiin sekoitettua yön yli. Tämän jäl-30 keen lisättiin 33 osaa isopropanolia ja sekoitusta jatkettiin 2 tuntia. Katodi valmistettiin esimerkin 1 menetelmän mukaisesti. Tämän jälkeen katodi päällystettiin samalla tavalla kuin esimerkissä 1 lukuunottamatta hehkutusta, joka suoritettiin lämpötilassa 495-500°C. Levitettiin kymme-35 nen päällystä. Katodipotentiaali mitattiin kuten esimerkissä 1. Potentiaali oli -1135 millivolttia versus SCE. Katodi 15 75872 asennettiin laboratoriokennoon, joka sisälsi kaupallisesti saatavilla olevan NAFION* polymeeri (*E.I. DuPont de Nemours'in kauppanimi) membraanin. Kennoa käytettiin 90°C:ssa, 31-33% NaOHrssa, ja virran tiheydellä 0,31 am-2 2 5 peeria/cm (2 ampeeria/in ). Katodin potentiaalia seurattiin ja keskiarvo laskettiin per viikko. Tulokset nähdään taulukossa I.A solution of 1 part RuCl 3 * SIMO, 1 part NiCl 2 * 6H 2 O and 3.3 parts concentrated HCl was prepared. It was allowed to stir overnight. Thereafter, 33 parts of isopropanol were added and stirring was continued for 2 hours. The cathode was prepared according to the method of Example 1. The cathode was then coated in the same manner as in Example 1 except for annealing at 495-500 ° C. Ten-35 coats were applied. The cathode potential was measured as in Example 1. The potential was -1135 millivolts versus SCE. Cathode 15 75872 was mounted in a laboratory cell containing a membrane of a commercially available NAFION * polymer (* E.I. DuPont de Nemours). The cell was operated at 90 ° C, 31-33% NaOH, and at a current density of 0.31 am-2 2 5 psi / cm (2 amps / in). The cathode potential was monitored and averaged per week. The results are shown in Table I.
Esimerkki 3Example 3
Valmistettiin liuos, jonka muodostivat 1 osa 10 NH2OH‘HCl:ää, 5 osaa konsentroitua HClsää, 2 osaa 10 % t^PtClg*6H20:ta, 1 osa NiCl2*6H20:ta ja 1 osa RuCl^’3H20:ta. Liuoksen annettiin sekoittua 12 tuntia. Tämän jälkeen lisättiin 75 osaa isopropanolia ja sekoitusta jatkettiin 2 tuntia. Katodi valmistettiin esimerkin 1 mukaisesti. Tä-15 män jälkeen katodi päällystettiin samalla tavalla kuin esimerkissä 1 lukuun ottamatta hehkutusta, joka suoritettiin lämpötilassa 470-480°C. Levitettiin viisi päällystettä. Kuudes päällyste levitettiin ja elektrodia hehkutettiin 30 minuuttia lämpötila 470-480°C. Katodin potentiaali mi-20 tattiin kuten esimerkissä 1. Potentiaali oli -1108 milli-volttia versus SCE. Katodi asennettiin laboratoriomembraa-nikloorikennoon, joka sisälsi kaupallisesti saatavilla olevan membraanin, kuten esimerkissä 2. Kennoa käytettiin 90°C:ssa, 31-33 % NaOH:ssa, ja virran tiheydellä 0,31 am-25 peeria/cm (2 ampeeria/in ). Katodin potentiaalia seurattiin ja keskiarvo laskettiin per viikko. Tulokset nähdään taulukossa I.A solution of 1 part 10 NH 2 OH'HCl, 5 parts concentrated HCl, 2 parts 10% t 2 PtCl 2 * 6H 2 O, 1 part NiCl 2 * 6H 2 O and 1 part RuCl 2 '3 H 2 O was prepared. The solution was allowed to stir for 12 hours. 75 parts of isopropanol were then added and stirring was continued for 2 hours. The cathode was prepared according to Example 1. Thereafter, the cathode was coated in the same manner as in Example 1 except for annealing at 470-480 ° C. Five coatings were applied. The sixth coating was applied and the electrode was annealed for 30 minutes at 470-480 ° C. The cathode potential was mi-20 as in Example 1. The potential was -1108 milli-volts versus SCE. The cathode was mounted in a laboratory membrane-chlorine cell containing a commercially available membrane as in Example 2. The cell was operated at 90 ° C, 31-33% NaOH, and at a current density of 0.31 am-25 psi / cm (2 amps). ). The cathode potential was monitored and averaged per week. The results are shown in Table I.
Esimerkki 4Example 4
Valmistettiin liuos, joka sisälsi 3 osaa 30 RuCl^*3H20:ta, 3 osaa NiCl2*6H20:ta, 1 osan ZrCl^iä, 5 osaa konsentroitua HCl:ä, ja 42 osaa isopropanolia. Liuoksen annettiin sekoittua 2 tuntia. Katodi päällystettiin tämän jälkeen samalla tavalla kuin esimerkissä 1 lukuun ottamatta hehkutusta, joka suoritettiin lämpötilassa 495-500°C. Kah-35 deksan päällystettä levitettiin. Yhdeksäs päällyste levitettiin ja elektrodia hehkutettiin 30 minuuttia lämpötilassa 16 75872 470-480°C. Katodin potentiaali mitattiin kuten esimerkissä 1. Potentiaali oli -1146 millivolttia versus SCE. Katodi asennettiin laboratoriomembraanikloorikennoon, joka sisälsi kaupallisesti saatavilla olevan membraanin, kuten esi- 5 merkissä 2. Kennoa käytettiin 90°C:ssa, 31-33 % NaOHrssa, 2 2 ja virran tiheydellä 0,31 ampeeria/cm (2 ampeeria/in ). Katodin potentiaalia seurattiin ja keskiarvo laskettiin per viikko. Tulokset nähdään taulukossa I.A solution was prepared containing 3 parts of RuCl 2 * 3H 2 O, 3 parts of NiCl 2 * 6H 2 O, 1 part of ZrCl 2, 5 parts of concentrated HCl, and 42 parts of isopropanol. The solution was allowed to stir for 2 hours. The cathode was then coated in the same manner as in Example 1 except for annealing at 495-500 ° C. Kah-35 dexa coating was applied. The ninth coating was applied and the electrode was annealed for 30 minutes at 16,75872 470-480 ° C. The cathode potential was measured as in Example 1. The potential was -1146 millivolts versus SCE. The cathode was mounted in a laboratory membrane chlorine cell containing a commercially available membrane as in Example 2. The cell was operated at 90 ° C, 31-33% NaOH, 2 2 and a current density of 0.31 amps / cm (2 amps / in). The cathode potential was monitored and averaged per week. The results are shown in Table I.
Esimerkki 5 10 Katodi valmistettiin kuten edellisissä esimerkeissä, tämän jälkeen upotettiin liuokseen, joka sisälsi 1 gramman tetraisopropyylititanaattia 100 ml:ssa isopropanolia. Tämän jälkeen katodi hehkutettiin lämpötilassa 475-500° 10 minuuttia. Kolme päällystä levitettiin. Liuos valmistettiin 15 kuten esimerkissä 2. Katodi upotettiin liuokseen, kuivattiin ilmassa, ja kuivattiin lämpötilassa 475-500°C. Kuusi päällystä levitettiin. Katodin potentiaali mitattiin kuten edellisissä esimerkeissä. Potentiaali oli -1154 millivolttia versus SCE. Katodi asennettiin laboratoriomembraani-20 kloorikennoon, joka sisälsi kaupallisesti saatavilla olevan membraanin, kuten esimerkissä 2. Kennoa käytettiin 90°C:ssa, 31-33 % NaOH:ssa, ja virran tiheydellä 0,31 am-2 2 peeria/cm (2 ampeeria/in ). Katodin potentiaalia seurat-tin ja keskiarvo laskettiin per viikko. Tulokset nähdään 25 taulukossa I ja myös kuvassa 1.Example 5 A cathode was prepared as in the previous examples, then immersed in a solution of 1 gram of tetraisopropyl titanate in 100 ml of isopropanol. The cathode was then annealed at 475-500 ° for 10 minutes. Three coatings were applied. The solution was prepared as in Example 2. The cathode was immersed in the solution, air dried, and dried at 475-500 ° C. Six coatings were applied. The cathode potential was measured as in the previous examples. The potential was -1154 millivolts versus SCE. The cathode was mounted in a laboratory membrane-20 chlorine cell containing a commercially available membrane as in Example 2. The cell was operated at 90 ° C, 31-33% NaOH, and at a current density of 0.31 am-2 2 psi / cm (2 amps). / in). The cathode potential was monitored and averaged per week. The results are shown in Table I and also in Figure 1.
Esimerkki 6 (Vertailuesimerkki) 40 % venytetty teräksinen elektrodiverkko valmistettiin, mutta ei päällystetty, ja asetettiin katodiksi labo-ratoriokennoon kuten esimerkeissä 2-5, käyttäen saman tyyp-30 pistä membraania. Katodin potentiaalia seurattiin ja keskiarvo laskettiin per viikko. Tulokset nähdään taulukossa I. Esimerkki 7 (Vertailuesimerkki)Example 6 (Comparative Example) A 40% stretched steel electrode mesh was prepared, but not coated, and placed as a cathode in a laboratory cell as in Examples 2-5, using a membrane of the same type. The cathode potential was monitored and averaged per week. The results are shown in Table I. Example 7 (Comparative Example)
Valmistettiin 40 % venytetty nikkeliverkkoelektrodi, mutta ei päällystetty, ja asennettiin katodiksi laboratorio-35 kennoon kuten esimerkeissä 2-5, käyttäen samaa membraani- tyyppiä. Katodin potentiaalia seurattiin ja keskiarvo laskettiin per viikko. Tulokset nähdään taulukossa I ja myös kuvassa 1.A 40% stretched nickel mesh electrode was prepared, but not coated, and mounted as a cathode in a laboratory cell as in Examples 2-5, using the same membrane type. The cathode potential was monitored and averaged per week. The results are shown in Table I and also in Figure 1.
17 7587217 75872
TaulukkoTable
Negatiivinen jännite*^ joka on kunkin viikon keskiarvo, elektrodeille 1-7_ !^kon Esim. 1 Esim. 2 Esim. 3 Esim. 4 Esim. 5 Esim. 6 Esim. 7 nro - - - - - - - 1 1,145 1,120 1,135 1,120 1,140 1,475 1,490 2 1,150 1,120 1,150 1,130 1,130 1,460 1,475 3 1,150 1,125 1,160 1,150 1,110 1,455 1,470 4 1,155 1,130 1,150 1,155 1,080 1,455 1,470 5 1,155 1,130 1,150 1,150 1,070 1,465 1,475 6 1,150 1,130 1,180 1,150 1,060 1,475 1,480 7 1,150 1,125 1,185 1,155 1,060 1,480 1,495 8 1,150 1,125 1,180 1,160 1,060 1,480 1,510 9 1,140 1,120 1,160 1,155 1,070 1,480 1,510 10 1,130 1,110 1,185 1,160 1,080 1,475 1,510 11 1,115 1,115 1,190 1,170 1,080 1,480 1,515 12 1,100 1,110 1,190 1,165 1,080 1,490 1,520 13 1,100 1,110 1,190 1,165 1,080 1,485 1,520 14 1,100 1,115 1,190 1,170 1,080 -- 1,520 15 1,095 1,120 1,190 1,170 1,090 - - 1,525 16 1,090 1,120 1,190 1,170 1,090 - - 1,530 17 1,085 1,120 1,190 1,170 1,090 - - -- 18 1,080 1,120 1,190 1,165 1,100 -- - - 19 1,080 1,110 1,190 1,160 1,100 -- - - 20 1,080 1,110 1,190 -- 1,100 -- -- 21 1,080 1,110 1,190 -- -- -- -- 22 1,090 - - 1,190 23 1,090 -- 1,190 -- -- -- -- 24 1,100 -- 1,190 -- -- -- -- 25 1,100 -- -- -- -- -- -- 26 1,090 -- -- -- -- -- -- 27 1,090 -- -- -- -- -- -- VES - Vertaileva esimerkki ie 75872 ♦Kaikki taulukossa I esitetyt jännitteet mitattiin samalla tavalla, käyttäen Luggin-sondia, ne siis ovat vertailukelpoisia keskenään, vaikka kaikkien uskotaan olevan hieman alempia kuin voitaisiin olettaa saatavan teoreettisesti las-5 kemalla. Termodynaamisten laskujen avulla saadaan todelliseksi absoluuttiseksi reversiibeliksi jännitteeksi noin -1,093V kennolle 90°C:ssa 31-33 % NaOHrssa, ja virran ti- 2 2 heydellä 0,31 ampeeria cm (2 ampeeria/in ).Negative voltage * ^ which is the average of each week for electrodes 1-7_! ^ Kon Example 1 Example 2 Example 3 Example 4 Example 5 Example 6 Example 7 No. - - - - - - - 1 1,145 1,120 1,135 1,120 1,140 1,475 1,490 2 1,150 1,120 1,150 1,130 1,130 1,460 1,475 3 1,150 1,125 1,160 1,150 1,110 1,455 1,470 4 1,155 1,130 1,150 1,155 1,080 1,455 1,470 5 1,155 1,130 1,150 1,150 1,070 1,465 1,475 6 1,150 1,130 1,180 1,150 1,060 1,475 1,480 7 1,150 1,125 1,18 1,480 1,495 8 1,150 1,125 1,180 1,160 1,060 1,480 1,510 9 1,140 1,120 1,160 1,155 1,070 1,480 1,510 10 1,130 1,110 1,185 1,160 1,080 1,475 1,510 11 1,115 1,115 1,190 1,170 1,080 1,480 1,515 12 1,100 1,110 1,190 1,165 1,080 1,490 1,520 13 1,100 1,110 1,190 1,165 1,010 14 1,100 1,115 1,190 1,170 1,080 - 1,520 15 1,095 1,120 1,190 1,170 1,090 - - 1,525 16 1,090 1,120 1,190 1,170 1,090 - - 1,530 17 1,085 1,120 1,190 1,170 1,090 - - - 18 1,080 1,120 1,190 1,165 1,100 - - - 19 1,080 1,110 1,190 1,160 1,100 - - - 20 1,080 1,110 1,190 - 1,100 - - 21 1,080 1,110 1,190 - - - - 22 1,090 - - 1,190 23 1,090 - 1,190 - - - - 24 1,100 - 1,190 - - - - 25 1,100 - - - - - - 26 1,090 - - - - - - 27 1,090 - - - - - - VES - Comparative example ie 75872 ♦ All the voltages shown in Table I were measured in the same way, using a Luggin probe, i.e. they are comparable with each other, although all are believed to be slightly lower than could be expected theoretically by calculation. Thermodynamic calculations give a true absolute reversible voltage of about -1.093V for a cell at 90 ° C in 31-33% NaOH, and a current rate of 0.31 amps cm (2 amps / in).
Esimerkki 8 10 Esimerkkien 2-7 kennoja käytettiin 90°C:ssa, 31-33% 2Example 8 The cells of Examples 2-7 were used at 90 ° C, 31-33% 2
NaOHrssa ja virran tiheydellä 0,31 ampeeria/cm (2 ampee-2 ria/in ), samalla kun pidettiin kennon anolyytti- ja kato-lyyttiosastot ilmanpaineessa. Natriumkloridi-suolaliuos ja yesi syötettiin anolyytti- ja katolyyttiosastöihin, vastaa-15 yasti, anolyyttikonsentraatioiden pitämiseksi alueella 180-200 grammaa per litra NaCl ja 31-33% NaOH. Kennojen sisäinen sekoitus toteutettiin luonnollisella kaasun nousulla, joka johtuu vetykaasun kehityksestä katodilla ja kloorikaasun kehityksestä anodilla. Tietoja, jotka käsit-20 tävät massa- ja energiataseet, kerättiin jaksoittaisesti kennojen toimintajaksolta ja NaOH-tuotannon energiavaati-mukset laskettiin. Tulokset nähdään taulukossa 2.In NaOH and at a current density of 0.31 amps / cm (2 amps-2 rpm) while maintaining the anolyte and catholyte compartments of the cell at atmospheric pressure. Sodium chloride-saline and yesi were fed to the anolyte and catholyte compartments, respectively, to maintain anolyte concentrations in the range of 180-200 grams per liter of NaCl and 31-33% NaOH. The internal mixing of the cells was carried out with a natural gas rise due to the evolution of hydrogen gas at the cathode and the evolution of chlorine gas at the anode. Data covering mass and energy balances were periodically collected over the life of the cells and the energy requirements for NaOH production were calculated. The results are shown in Table 2.
Taulukko 2Table 2
25 Elektrodi Katodi KWH/MT NaOH25 Electrode Cathode KWH / MT NaOH
2 Päällystetty 2208 3 " 2221 4 " 2229 30 5 " 2259 6 teräs 2497 7 nikkeli 25042 Plated 2208 3 "2221 4" 2229 30 5 "2259 6 steel 2497 7 nickel 2504
Esimerkki 9Example 9
Suuren mittakaavan kokeessa rakennettiin kaksi sarjaa 35 painemembraanikloorikennoja. Kennojen rakenne ja muotoilu 19 75872 olivat samanlaiset lukuunottamatta siitä, että sarjan 1 katodiosasto oli nikkeliseinäinen ja kennojen katolyytti-osastoon oli asennettu nikkelielektrodit, kun taas sarja, jota kutsuttiin sarjaksi 2, oli rakennettu terässeinäises-5 tä katodiosastosta ja teräskatodeista. Sarjan 1 elektrodit päällystettiin keksinnön mukaisen menetelmän mukaisesti, kun taas sarjan 2 elektrodit olivat päällystämättömiä. Molemmat sarjat varustettiin kaupallisesti saatavilla olevalla kationinvaihtomembraanilla, kuten esimerkissä 2.In a large-scale experiment, two sets of 35 pressure membrane chlorine cells were constructed. The structure and design of the cells 1975872 were similar except that the series 1 cathode compartment was nickel-walled and nickel electrodes were installed in the cell catholyte compartment, while the series, called series 2, was constructed of a steel-walled cathode compartment and steel cathodes. Series 1 electrodes were coated according to the method of the invention, while series 2 electrodes were uncoated. Both kits were equipped with a commercially available cation exchange membrane as in Example 2.
10 Molempia sarjoja käytettiin samanaikaisesti 90°C:ssa, vir- 2 2 ran tiheydellä 0,31 ampeeria/cm (2 ampeeria/in ), ja 31-33 % natriumhydroksilla katolyyttikammiossa. Sarjoja käytettiin paineissa 101.325-202.650 Pa (1-2 atmosfääriä) samalla kun anolyyttiä ja katolyyttiä kierrätettiin uudel-15 leen kennojen läpi käyttämällä keskipakopumppuja. Katolyyt-tivirtauksen suhde anolyyttivirtaukseen pidettiin arvossa, joka oli suurempi kuin 1. Energia- ja massatasapainotiedot kerättiin ja keskimääräiset suoritustiedot laskettiin 45 päivän jaksolta. Tulokset osoittavat selvästi, että ener-20 gian säästö, joka saavutettiin käyttämällä tämän keksinnön mukaisia elektrodeja (sarja 1) oli keskimäärin suurempi kuin 5% energian vähennys, verrattuna sarjaan 2.Both sets were used simultaneously at 90 ° C, at a current density of 0.31 amps / cm (2 amps / in), and with 31-33% sodium hydroxide in the catholyte chamber. The kits were operated at pressures of 101,325-202,650 Pa (1-2 atmospheres) while the anolyte and catholyte were recirculated through the cells using centrifugal pumps. The ratio of catholyte flow to anolyte flow was maintained at a value greater than 1. Energy and mass balance data were collected and average performance data were calculated over a 45-day period. The results clearly show that the energy savings achieved using the electrodes of the present invention (series 1) averaged greater than a 5% energy reduction compared to series 2.
Tämän keksinnön piiriin kuuluu käyttää näitä uusia elektrodeja lämpötiloissa, joita tavataan kennoissa, joita 25 käytetään ilmanpainetta suuremmissa paineissa, yhtä hyvin kuin ilmanpaineessa tai ilmanpaineen alapuolella olevissa paineissa. Elektrodit sopivat erityisen hyvin käytettäväksi korkean lämpötilan alueella 85-105°C. Noin 101.325 Pa (1 atm) paineita käytetään tavallisesti kloorialkaliken-30 noissa, vaikka paineita, jotka ovat noin 303 975 Pa (3 atm) tai enemmän, voidaan käyttää.It is within the scope of this invention to use these novel electrodes at temperatures found in cells operated at pressures above atmospheric pressure, as well as at pressures at or below atmospheric pressure. The electrodes are particularly well suited for use in the high temperature range of 85-105 ° C. Pressures of about 101,325 Pa (1 atm) are commonly used in chlor-alkali, although pressures of about 303,975 Pa (3 atm) or more may be used.
Tämän keksinnön mukaiset elektrodit ovat hyödyllisiä kennoissa, joissa kierto kussakin elektrolyyttiosas-tossa saadaan aikaan niissä tuotettujen kaasumaisten tuot-35 teiden kaasunoston (syrjäyksen) avulla, vaikka joissakin kennoissa, kuten esimerkiksi elektrolyytin sarjavirtauk- 20 7 5 8 7 2 sessa kennosta kennoon, muuta pumppauskeinoa voidaan käyttää täydentämään tai korvaamaan kaasunostoa. Havaittiin, että joissakin tapauksissa oli edullista pitää pumpatun katolyytin tilavuuden suhde pumpatun anolyytin tilavuuteen 5 arvossa, joka oli suurempi kuin 1.The electrodes of this invention are useful in cells in which circulation in each electrolyte compartment is accomplished by gas lift (displacement) of the gaseous products produced therein, although in some cells, such as serial electrolyte flow from cell to cell, a different means of pumping is used. can be used to supplement or replace gas purchase. It was found that in some cases it was advantageous to keep the ratio of the volume of the pumped catholyte to the volume of the pumped anolyte at a value greater than 1.
Tämän keksinnön mukaiset elektrodit ovat käyttökelpoisia kloorialkalielektrolyysikennoissa, joissa anolyytin pH on alueella 1-5, kuten esimerkiksi silloin kun happoa, esimerkiksi HCl:ää, lisätään anolyyttiin.The electrodes of this invention are useful in chlor-alkali electrolysis cells in which the pH of the anolyte is in the range of 1-5, such as when an acid, e.g., HCl, is added to the anolyte.
Claims (17)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US49962683A | 1983-05-31 | 1983-05-31 | |
US49962683 | 1983-05-31 |
Publications (4)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FI842145A0 FI842145A0 (en) | 1984-05-29 |
FI842145A FI842145A (en) | 1984-12-01 |
FI75872B FI75872B (en) | 1988-04-29 |
FI75872C true FI75872C (en) | 1988-08-08 |
Family
ID=23986028
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FI842145A FI75872C (en) | 1983-05-31 | 1984-05-29 | Electrode for use in an electrochemical cell and its preparation |
Country Status (16)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0129734B1 (en) |
JP (1) | JPS59232284A (en) |
KR (1) | KR870001769B1 (en) |
AT (1) | ATE50003T1 (en) |
AU (1) | AU580002B2 (en) |
BR (1) | BR8402693A (en) |
CA (1) | CA1246008A (en) |
CS (1) | CS273157B2 (en) |
DD (1) | DD253648A1 (en) |
DE (1) | DE3481203D1 (en) |
FI (1) | FI75872C (en) |
HU (1) | HU201124B (en) |
IN (1) | IN161186B (en) |
NO (1) | NO164487C (en) |
PL (1) | PL143728B1 (en) |
ZA (1) | ZA844069B (en) |
Families Citing this family (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3322169A1 (en) * | 1983-06-21 | 1985-01-10 | Sigri Elektrographit Gmbh, 8901 Meitingen | CATHODE FOR AQUEOUS ELECTROLYSIS |
DE3344416A1 (en) * | 1983-12-08 | 1985-12-05 | Sigri GmbH, 8901 Meitingen | Method of producing a cathode for aqueous electrolysis |
IN164233B (en) * | 1984-12-14 | 1989-02-04 | Oronzio De Nora Impianti | |
FR2579628A1 (en) * | 1985-03-29 | 1986-10-03 | Atochem | CATHODE FOR ELECTROLYSIS AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME CATHODE |
MX169643B (en) * | 1985-04-12 | 1993-07-16 | Oronzio De Nora Impianti | ELECTRODE FOR ELECTROCHEMICAL PROCESSES, PROCEDURE FOR ITS PRODUCTION AND ELECTROLYSIS TANK CONTAINING SUCH ELECTRODE |
CN1012970B (en) * | 1987-06-29 | 1991-06-26 | 耐用电极株式会社 | Cathode for electrolysis and process for producing same |
WO1992022909A1 (en) * | 1991-06-13 | 1992-12-23 | Purdue Research Foundation | Solid state surface micro-plasma fusion device |
JP4142191B2 (en) * | 1999-02-24 | 2008-08-27 | ペルメレック電極株式会社 | Method for producing activated cathode |
TW200304503A (en) | 2002-03-20 | 2003-10-01 | Asahi Chemical Ind | Electrode for generation of hydrogen |
EP1739208B1 (en) | 2004-04-23 | 2018-08-15 | Tosoh Corporation | Electrode for hydrogen generation, process for producing the same and method of electrolysis therewith |
JP4578348B2 (en) * | 2005-03-24 | 2010-11-10 | 旭化成ケミカルズ株式会社 | Electrode for hydrogen generation |
JP5317012B2 (en) * | 2009-03-11 | 2013-10-16 | ダイソー株式会社 | Manufacturing method of low hydrogen overvoltage cathode |
JP5429789B2 (en) * | 2009-04-21 | 2014-02-26 | 国立大学法人東北大学 | Electrodialysis machine |
JP6609913B2 (en) * | 2013-12-26 | 2019-11-27 | 東ソー株式会社 | Electrode for hydrogen generation, method for producing the same, and electrolysis method using the same |
JP6515509B2 (en) * | 2013-12-26 | 2019-05-22 | 東ソー株式会社 | ELECTRODE FOR HYDROGEN GENERATION, METHOD FOR PRODUCING THE SAME, AND ELECTROLYTIC METHOD USING THE SAME |
JP2024533049A (en) * | 2021-09-13 | 2024-09-12 | マグネト・スペシャル・アノーズ・ベスローテン・フェンノートシャップ | Electrolyzer electrocatalysts comprising cobalt oxide (CO), zirconium (Zr) and precious metals, electrodes comprising said electrocatalysts and use of said electrocatalysts in electrolytic processes |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5228106B2 (en) * | 1973-08-20 | 1977-07-25 | ||
US4300992A (en) * | 1975-05-12 | 1981-11-17 | Hodogaya Chemical Co., Ltd. | Activated cathode |
US3990957A (en) * | 1975-11-17 | 1976-11-09 | Ppg Industries, Inc. | Method of electrolysis |
US4100049A (en) * | 1977-07-11 | 1978-07-11 | Diamond Shamrock Corporation | Coated cathode for electrolysis cells |
JPS56130485A (en) * | 1980-02-26 | 1981-10-13 | Vladimir Reonidouitsuchi Kubas | Electrode for electrochemical process and method |
CA1190186A (en) * | 1980-08-18 | 1985-07-09 | Henri B. Beer | Electrode with mixed oxide interface on valve metal base and stable outer coating |
-
1984
- 1984-05-28 AU AU28749/84A patent/AU580002B2/en not_active Ceased
- 1984-05-28 CA CA000455237A patent/CA1246008A/en not_active Expired
- 1984-05-29 FI FI842145A patent/FI75872C/en not_active IP Right Cessation
- 1984-05-29 AT AT84106102T patent/ATE50003T1/en not_active IP Right Cessation
- 1984-05-29 EP EP84106102A patent/EP0129734B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1984-05-29 ZA ZA844069A patent/ZA844069B/en unknown
- 1984-05-29 IN IN393/MAS/84A patent/IN161186B/en unknown
- 1984-05-29 DE DE8484106102T patent/DE3481203D1/en not_active Expired - Lifetime
- 1984-05-30 KR KR1019840002998A patent/KR870001769B1/en not_active IP Right Cessation
- 1984-05-30 PL PL1984247951A patent/PL143728B1/en unknown
- 1984-05-30 HU HU842109A patent/HU201124B/en unknown
- 1984-05-30 DD DD84263577A patent/DD253648A1/en not_active IP Right Cessation
- 1984-05-30 BR BR8402693A patent/BR8402693A/en unknown
- 1984-05-30 NO NO842156A patent/NO164487C/en unknown
- 1984-05-31 CS CS409284A patent/CS273157B2/en unknown
- 1984-05-31 JP JP59109775A patent/JPS59232284A/en active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0129734B1 (en) | 1990-01-31 |
AU580002B2 (en) | 1988-12-22 |
PL247951A1 (en) | 1985-02-27 |
DD253648A1 (en) | 1988-01-27 |
EP0129734A3 (en) | 1985-06-05 |
ZA844069B (en) | 1986-01-29 |
EP0129734A2 (en) | 1985-01-02 |
FI842145A (en) | 1984-12-01 |
NO164487B (en) | 1990-07-02 |
KR840009124A (en) | 1984-12-24 |
DD232514A5 (en) | 1986-01-29 |
JPH0375635B2 (en) | 1991-12-02 |
IN161186B (en) | 1987-10-17 |
JPS59232284A (en) | 1984-12-27 |
PL143728B1 (en) | 1988-03-31 |
FI842145A0 (en) | 1984-05-29 |
CA1246008A (en) | 1988-12-06 |
CS273157B2 (en) | 1991-03-12 |
BR8402693A (en) | 1985-05-07 |
AU2874984A (en) | 1984-12-06 |
NO842156L (en) | 1984-12-03 |
DE3481203D1 (en) | 1990-03-08 |
FI75872B (en) | 1988-04-29 |
HUT34562A (en) | 1985-03-28 |
CS409284A2 (en) | 1990-07-12 |
HU201124B (en) | 1990-09-28 |
NO164487C (en) | 1990-10-10 |
ATE50003T1 (en) | 1990-02-15 |
KR870001769B1 (en) | 1987-10-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
FI75872C (en) | Electrode for use in an electrochemical cell and its preparation | |
CN101525755B (en) | Cathode for hydrogen generation | |
DK166690B1 (en) | ELECTRODES FOR ELECTROCHEMICAL PROCESSES, PROCEDURES FOR THE MANUFACTURING THEM AND APPLICATION OF THEM | |
FI70601B (en) | electrode structure | |
JP4341838B2 (en) | Electrode cathode | |
EP1552041A2 (en) | Coatings for the inhibition of undesirable oxidation in an electrochemical cell | |
US4584085A (en) | Preparation and use of electrodes | |
AU706571B2 (en) | Cathode for use in electrolytic cell | |
JP4882218B2 (en) | Electrode for hydrogen generation, method for producing the same, and electrolysis method using the same | |
US4572770A (en) | Preparation and use of electrodes in the electrolysis of alkali halides | |
WO2005103337A1 (en) | Electrode for hydrogen generation, process for producing the same and method of electrolysis therewith | |
US4760041A (en) | Preparation and use of electrodes | |
US4970094A (en) | Preparation and use of electrodes | |
JP6753195B2 (en) | Manufacturing method of hydrogen generation electrode and electrolysis method using hydrogen generation electrode | |
JP3676554B2 (en) | Activated cathode | |
JP4115575B2 (en) | Activated cathode | |
JP2528294B2 (en) | Electrode for electrolysis and method of manufacturing the same | |
JP2722263B2 (en) | Electrode for electrolysis and method for producing the same | |
US5827413A (en) | Low hydrogen over voltage cathode and process for production thereof | |
JP6926782B2 (en) | Hydrogen generation electrode and its manufacturing method and electrolysis method using hydrogen generation electrode | |
JP3941898B2 (en) | Activated cathode and method for producing the same | |
JPH08170187A (en) | Seawater electrolyzing lelectrode and its production | |
JPS61223189A (en) | Production of cathode | |
JPS61217591A (en) | Production of cathode | |
JPH06179993A (en) | Electrolytic cell |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM | Patent lapsed |
Owner name: THE DOW CHEMICAL COMPANY |