RU2383659C2 - Способ получения поверхностей оксида никеля с повышенной проводимостью - Google Patents
Способ получения поверхностей оксида никеля с повышенной проводимостью Download PDFInfo
- Publication number
- RU2383659C2 RU2383659C2 RU2007105880/15A RU2007105880A RU2383659C2 RU 2383659 C2 RU2383659 C2 RU 2383659C2 RU 2007105880/15 A RU2007105880/15 A RU 2007105880/15A RU 2007105880 A RU2007105880 A RU 2007105880A RU 2383659 C2 RU2383659 C2 RU 2383659C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nickel
- containing material
- nickel oxide
- hydroxide
- solution
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 20
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 20
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 97
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 46
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 28
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims abstract description 12
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000003518 caustics Substances 0.000 claims abstract description 8
- BFDHFSHZJLFAMC-UHFFFAOYSA-L nickel(ii) hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ni+2] BFDHFSHZJLFAMC-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 8
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 9
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 5
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 3
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 7
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 6
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 4
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M Lithium hydroxide Chemical compound [Li+].[OH-] WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 3
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000007868 Raney catalyst Substances 0.000 description 2
- 229910000564 Raney nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000272 alkali metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002585 base Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N manganese dioxide Chemical compound O=[Mn]=O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052987 metal hydride Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 235000011121 sodium hydroxide Nutrition 0.000 description 2
- 229910000967 As alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018068 Li 2 O Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 229910001413 alkali metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- MVYYDFCVPLFOKV-UHFFFAOYSA-M barium monohydroxide Chemical compound [Ba]O MVYYDFCVPLFOKV-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001722 carbon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- HTXDPTMKBJXEOW-UHFFFAOYSA-N dioxoiridium Chemical compound O=[Ir]=O HTXDPTMKBJXEOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012799 electrically-conductive coating Substances 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000457 iridium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000014413 iron hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- NCNCGGDMXMBVIA-UHFFFAOYSA-L iron(ii) hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Fe+2] NCNCGGDMXMBVIA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- FUJCRWPEOMXPAD-UHFFFAOYSA-N lithium oxide Chemical compound [Li+].[Li+].[O-2] FUJCRWPEOMXPAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001947 lithium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 150000004681 metal hydrides Chemical class 0.000 description 1
- 229910000652 nickel hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- NFOHLBHARAZXFQ-UHFFFAOYSA-L platinum(2+);dihydroxide Chemical compound O[Pt]O NFOHLBHARAZXFQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/24—Electrodes for alkaline accumulators
- H01M4/32—Nickel oxide or hydroxide electrodes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
- C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
- C25B11/055—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the substrate or carrier material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G53/00—Compounds of nickel
- C01G53/04—Oxides; Hydroxides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/04—Processes of manufacture in general
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/485—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of mixed oxides or hydroxides for inserting or intercalating light metals, e.g. LiTi2O4 or LiTi2OxFy
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/88—Processes of manufacture
- H01M4/8817—Treatment of supports before application of the catalytic active composition
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/88—Processes of manufacture
- H01M4/8878—Treatment steps after deposition of the catalytic active composition or after shaping of the electrode being free-standing body
- H01M4/8882—Heat treatment, e.g. drying, baking
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/9016—Oxides, hydroxides or oxygenated metallic salts
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Chemical Treatment Of Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу получения электропроводящих поверхностных слоев оксида никеля из никельсодержащего материала. Поверхность никельсодержащего материала сначала обезжиривают, затем придают ей шероховатость обработкой примерно в течение 10 мин в примерно 1%-ном растворе соляной кислоты, причем процесс ускоряют добавлением раствора перекиси водорода. Поверхность никельсодержащего материала промывают, никельсодержащий материал опускают в 3,5 молярный раствор едкой щелочи, смешанный с примерно 10% перекиси водорода, и выдерживают в нем примерно 10 минут. Образованную таким образом поверхность гидроксида никеля обезвоживают в последующем термическом процессе и затем окисляют до оксида никеля. Изобретение относится также к электропроводящему поверхностному слою, который получен по данному способу, а также к полученным из него электродам, и к их применению в процессе хлорно-щелочного электролиза, в топливных элементах и в аккумуляторах. Полученные таким образом электропроводящие поверхностные слои оксида никеля обладают очень высокой проводимостью. 6 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Предметом настоящего изобретения является способ получения проводящих поверхностей оксида никеля путем химического легирования оксида никеля оксидами щелочных металлов, в частности, для использования никеля в электрохимических областях.
В электрохимических процессах химические превращения регулируются внешним электрическим током. В электрохимических ячейках необходим проводящий, стабильный и недорогой проводник, который переносит электроны. При этом никель оказался идеальным материалом для электродов. Однако, если электроды работают выше потенциала гидроксида никеля, недостатком является образование плохо или совсем непроводящих поверхностей из никель содержащего материала.
Из-за незначительной высоты этого потенциала образование гидроксида происходит во многих процессах.
Эти плохо или совсем непроводящие гидроксидные слои являются помехой, когда, например, в качестве электродов для выделения кислорода применяется чистый никель. Но также и в системах, в которых никель как проводящий материал, тянутый металл или жесть находится в соединении с каталитически активным материалом таким, как углерод, покрытый платиной углерод и т.д., изолирующий слой действует отрицательно. Также и в случае потребляющих кислород электродов, гидроксидные слои препятствуют оптимальному протеканию тока.
Из-за омических потерь на поверхности никеля ухудшается эффективность всей системы, как, например, батарей цинк-воздух и батарей никель-гидрид металла, кислородных катодов в случае хлорно-щелочного электролиза или кислородных электродов в щелочных топливных элементах.
Известно, что поверхности из никельсодержащего материала можно сделать шероховатыми механическим способом, чтобы достичь лучшего электрического контакта между никелем и другими компонентами электрода, как, например, активированным углем. Однако электрическое сопротивление, сначала низкое, при эксплуатации очень быстро возрастает, так как поверхность из никельсодержащего материала покрывается непроводящим гидроксидом никеля.
Другим способом является многочасовое восстановление всего электрода. Прежде всего, в случае никеля, который находится в прямом контакте с углеродом, восстановление ведет не только к удалению непроводящей поверхности, но также и к относительно стабильному соединению между металлическим никелем и углеродом. Недостатком этого способа является то, что при водородном потенциале за несколько часов невозможно восстановить воздушный электрод готовой батареи "цинк-воздух", состоящий из активированного угля, диоксида марганца и никелевой основы.
В открытых системах этот способ возможен, правда, полученные так соединения никеля и углерода, будут не особенно стабильны. В частности, при выделении кислорода самое позднее через месяц нужно снова повторять восстановление, так как между активированным углем и никелевым основанием образуется новый слой гидроксида никеля.
Известно, что плохо проводящие электричество оксиды никеля при небольшом содержании оксида лития обнаруживают заметное повышение проводимости [P.J.Fensham, J.Amer. Soc., 76, 969 (1954) Растворимость Li2O]. Однако для нанесения требуются очень высокие температуры. Но для электрохимических приложений требуются сложные никелевые детали, как, например, листовые материалы, тянутый металл или цилиндр для батареек, которые не должны подвергаться высоким температурным нагрузкам, так как иначе они могут слишком сильно деформироваться.
Кроме того, известны решения для покрытия стекла проводящим оксидом никеля, согласно которым добавляют легирующий литий и таким образом получают электропроводящее покрытие. Этот способ применяется в копировальных аппаратах, а также в технических стеклах. Недостатком этого способа является опять же высокая температура, как описано в документе DE 69212528.
В технологии изготовления батарей проводимость никеля важна как для щелочных аккумуляторов типа никель/кадмий, так и для аккумуляторов типа никель/гидрид металла, как описано в документе в DE 69721136. В случае литиевых батарей известно также введение лития в никель (об этом см. также в DE 69124158).
Наряду с этим высокотемпературным способом известен также низкотемпературный способ, при котором активный никелевый электрод улучшают путем обработки в смеси KOH, NaOH, BaOH и перекиси водорода. Правда, при этом описана обработка активного электрода, то есть не обработка чистых металлических поверхностей.
Решение задачи состоит в том, чтобы создать способ, который дает возможность получать проводящие поверхностные слои оксида никеля при низкой температуре путем химического легирования оксида никеля оксидами щелочных металлов.
Эта задача решена способом по п.1 формулы изобретения. Задача настоящего изобретения решается за счет того, что
- поверхность никельсодержащего материала сначала обезжиривают,
- затем придают ей шероховатость обработкой в примерно 1%-ном растворе соляной кислоты в течение примерно 10 мин, причем
- добавляют раствор перекиси водорода, затем
- поверхность никельсодержащего материала промывают, после чего
- никельсодержащий материал опускают в 3,5 молярный раствор едкой щелочи, смешанный с примерно 10% перекиси водорода, и выдерживают там 10 минут,
- образованную таким образом поверхность гидроксида никеля обезвоживают в последующем термическом процессе
- и, наконец, окисляют далее до оксида никеля.
Полученные таким путем поверхности оксида никеля, называемые далее электропроводящими поверхностными слоями, и обладают очень высокой проводимостью. При этом ионы щелочного как компоненты сплава служат в никельсодержащем материале для проводимости.
При погружении никельсодержащего материала в 3,5 молярный раствор едкой щелочи происходит интенсивное окисление никеля, причем одновременно образуются ионы щелочи. В качестве щелочи можно использовать как раствор едкого калия, так и раствор едкого натра или раствор гидроксида лития.
В одном варианте реализации способа при погружении никельсодержащего материала в 3,5 молярный раствор едкой щелочи в раствор добавляют также коллоидный углерод или также гидроксид железа, кобальта, титана, иридия или платины. В следующих вариантах реализации способа удаление воды и дальнейшее окисление проводится при температуре 180°С. В другом варианте реализации способа используемый никельсодержащий материал содержит легирующие добавки в количестве 50 весовых процентов алюминия или также 10 весовых процентов титана, или также и алюминий, и титан одновременно.
Далее изобретение более подробно поясняется на двух примерах. Пример 1 с помощью фиг.1 и 2 показывает влияние никелевой поверхности на вольтамперные характеристики воздушных электродов в щелочных электролитах, пример 2 показывает возможности легирования.
Пример 1
На фиг.1 показано, какое влияние имеет поверхность никелевых отводов на допустимую электрохимическую нагрузку воздушных электродов. В качестве каталитически активного материала способом "реакционного смешения" была получена смесь активированного угля и углерода. Затем эту массу прокатывали с получением металлического отвода. На фиг.1 приведены электрохимические значения для необработанного никеля, восстановленного никеля, никеля с электропроводящим поверхностным слоем и с серебром. Очень заметно огромное увеличение мощности, когда вместо обычного никельсодержащего материала применяется никельсодержащий материал с электропроводящим поверхностным слоем. В этом случае мощность на воздушном электроде сравнима с мощностью воздушных электродов из материала отвода на основе серебра.
Похожая картина получается, когда вместо углерода в качестве активного материала используется серебро. Хотя серебряные катализаторы сами могут участвовать в проводимости, влияние коррозии никеля, как показано на фиг.1, не так существенно. Но положительное влияние легированных слоев оксида никеля сохраняется, как показано на фиг.2.
Пример 2
Оксид никеля является известным катализатором для выделения кислорода. Поэтому в электролизных установках часто применяется катализатор типа никеля Ренея. Теперь известны условия, при которых электроды выделения кислорода должны иметь как можно меньшее электрическое сопротивление. В этих случаях до сих пор в качестве катализатора применялся никельсодержащеий материал, покрытый оксидом иридия.
С представленным здесь легированным электропроводящим поверхностным слоем возможно целенаправленное создание дальнейших катализаторов для оксида никеля. Так, добавлением кобальта, железа, иридия или платины при образовании гидроксидных слоев можно дополнительно легировать эти слои каталитически активными материалами. Толщина электропроводящего поверхностного слоя устанавливается изменением времени воздействия. Если никелевый материал покрывают таким путем, то получается существенно меньшее электролитическое сопротивление, чем, например, имеется в газодиффузионных электродах с никелем Ренея. При этом низкая температура, при которой получают поверхности оксида никеля, приводит к очень активным никелевым катализаторам.
Пример 3
Поверхность никельсодержащего материала, который дополнительно содержит 50 весовых процентов алюминия, сначала обезжиривают и затем примерно 10 мин придают шероховатость в примерно 1%-ном растворе соляной кислоты. При этом процесс ускоряют добавлением раствора перекиси водорода, и становится заметной зеленоватая окраска электролита. Затем поверхность никельсодержащего материала 1 минуту промывают водой и на 10 минут погружают в раствор из 3,5 молярного раствора едкой щелочи, смешанного с примерно 10% перекиси водорода, а также коллоидным углеродом или же, например, гидроксидом железа. Образованную так поверхность гидроксида никеля обезвоживают в последующем термическом процессе при 180°С и окисляют дальше до оксида никеля, причем ионы щелочного металла как компоненты никелевого сплава служат для проводимости. При этом сопротивление должно быть ниже 0,01 Ом при 4 кА/м2 и усилии прижима 5 сН/м.
Электропроводящие поверхностные слои согласно изобретению успешно могут быть использованы как электроды как для хлорно-щелочного электролиза, так и в топливных элементах и аккумуляторах.
Claims (9)
1. Способ получения электропроводящего поверхностного слоя оксида никеля из никельсодержащего материала, отличающийся тем, что поверхность никельсодержащего материала сначала обезжиривают, затем придают ей шероховатость обработкой в примерно 1%-ном растворе соляной кислоты в течение примерно 10 мин, причем добавляют раствор перекиси водорода, затем поверхность никельсодержащего материала промывают, после чего никельсодержащий материал опускают в 3,5 молярный раствор едкой щелочи, смешанный с примерно 10% перекиси водорода, и выдерживают там 10 мин, образованную таким образом поверхность гидроксида никеля обезвоживают в последующем термическом процессе и, наконец, окисляют далее до оксида никеля.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при погружении никельсодержащего материала в 3,5 молярный раствор едкой щелочи добавляют также коллоидный углерод или же гидроксид железа, кобальта, титана, иридия или платины.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что удаление воды и дальнейшее окисление образованной поверхности гидроксида никеля проводят при температуре 180°С.
4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что используемый никельсодержащий материал содержит 50 вес.% алюминия или же 10 вес.% титана, или же одновременно и алюминий, и титан.
5. Электропроводящий поверхностный слой оксида никеля, полученный согласно одному из способов по пп.1-4.
6. Электрод, содержащий электропроводящий поверхностный слой оксида никеля по п.5.
7. Применение электрода по п.6 в процессе хлорно-щелочного электролиза.
8. Применение электрода по п.6 в топливных элементах.
9. Применение электрода по п.6 в аккумуляторах.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102004034886.3 | 2004-07-19 | ||
| DE102004034886A DE102004034886A1 (de) | 2004-07-19 | 2004-07-19 | Verfahren zur Herstellung von Nickeloxidoberflächen mit erhöhter Leitfähigkeit |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007105880A RU2007105880A (ru) | 2008-08-27 |
| RU2383659C2 true RU2383659C2 (ru) | 2010-03-10 |
Family
ID=35502611
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007105880/15A RU2383659C2 (ru) | 2004-07-19 | 2005-07-09 | Способ получения поверхностей оксида никеля с повышенной проводимостью |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8057713B2 (ru) |
| EP (1) | EP1771604A2 (ru) |
| JP (1) | JP4746618B2 (ru) |
| KR (1) | KR20070040794A (ru) |
| CN (1) | CN1997774A (ru) |
| BR (1) | BRPI0513480A (ru) |
| CA (1) | CA2574170A1 (ru) |
| DE (1) | DE102004034886A1 (ru) |
| RU (1) | RU2383659C2 (ru) |
| WO (1) | WO2006008012A2 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2758442C1 (ru) * | 2020-12-08 | 2021-10-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химической физики Российской Академии наук (ФГБУН ИПХФ РАН) | Композитный катодный материал и способ его получения |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102011008163A1 (de) | 2011-01-10 | 2012-07-12 | Bayer Material Science Ag | Beschichtung für metallische Zellelement-Werkstoffe einer Elektrolysezelle |
| JP2015086420A (ja) * | 2013-10-29 | 2015-05-07 | 国立大学法人横浜国立大学 | アルカリ水電解用陽極 |
| CN110952111A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-04-03 | 南通安思卓新能源有限公司 | 一种两步氧化合成的电解水阳极及其制备方法 |
| CN115044862B (zh) * | 2022-06-17 | 2023-03-10 | 长沙特耐金属材料科技有限公司 | 一种镍基合金表面硬化方法 |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE8305885U1 (de) * | 1983-03-02 | 1997-07-24 | Faber Matthias Dipl Ing | Neuartige Nickelelektrode zum Einsatz in alkalischen, elektrochemischen Energiespeichersystemen |
| JPS6074272A (ja) * | 1983-09-30 | 1985-04-26 | Agency Of Ind Science & Technol | 溶融炭酸塩型燃料電池の製造方法 |
| ATE71990T1 (de) * | 1987-07-01 | 1992-02-15 | Messerschmitt Boelkow Blohm | Einrichtung zur stromzufuehrung in die poroese anode einer bipolaren platte eines zellenstapels in filterpressenanordnung. |
| DE68926642T2 (de) * | 1988-01-22 | 1996-11-28 | Japan Storage Battery Co Ltd | Alkalische batterien und verfahren zur herstellung |
| US5264201A (en) | 1990-07-23 | 1993-11-23 | Her Majesty The Queen In Right Of The Province Of British Columbia | Lithiated nickel dioxide and secondary cells prepared therefrom |
| IT1247908B (it) * | 1991-05-08 | 1995-01-05 | Eniricerche Spa | Elettrodo di ossido di nichel intercalato con litio e dispositivi elettrocromici che lo incorporano |
| JP3289358B2 (ja) * | 1993-01-28 | 2002-06-04 | 株式会社村田製作所 | 磁性酸化物粉末の製造方法 |
| JP3664519B2 (ja) * | 1995-05-29 | 2005-06-29 | クロリンエンジニアズ株式会社 | 活性陰極の製造方法 |
| US6007946A (en) | 1996-06-26 | 1999-12-28 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Non-sintered nickel electrode for alkaline storage battery, alkaline storage battery including the same, and method for production of non-sintered nickel electrode for alkaline storage battery |
| US5905000A (en) * | 1996-09-03 | 1999-05-18 | Nanomaterials Research Corporation | Nanostructured ion conducting solid electrolytes |
| US6586483B2 (en) * | 2001-01-08 | 2003-07-01 | 3M Innovative Properties Company | Foam including surface-modified nanoparticles |
| JP2003045420A (ja) * | 2001-07-30 | 2003-02-14 | Hitachi Maxell Ltd | 非焼結式正極、その製造方法および前記正極を用いたアルカリ蓄電池 |
| JP2003045422A (ja) * | 2001-07-30 | 2003-02-14 | Hitachi Maxell Ltd | アルカリ蓄電池 |
| JP2003068293A (ja) * | 2001-08-23 | 2003-03-07 | Hitachi Maxell Ltd | 非焼結式正極、その製造方法および前記正極を用いたアルカリ蓄電池 |
| JP3884768B2 (ja) * | 2002-06-21 | 2007-02-21 | 日立マクセル株式会社 | 電気化学素子用の電極およびこれを用いた電池 |
| CN100581687C (zh) * | 2002-08-28 | 2010-01-20 | 东邦钛株式会社 | 金属镍粉末的制造方法 |
-
2004
- 2004-07-19 DE DE102004034886A patent/DE102004034886A1/de not_active Withdrawn
-
2005
- 2005-07-09 EP EP05772399A patent/EP1771604A2/de not_active Withdrawn
- 2005-07-09 US US11/632,790 patent/US8057713B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2005-07-09 WO PCT/EP2005/007464 patent/WO2006008012A2/de active Application Filing
- 2005-07-09 CN CNA2005800243695A patent/CN1997774A/zh active Pending
- 2005-07-09 RU RU2007105880/15A patent/RU2383659C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2005-07-09 KR KR1020077001404A patent/KR20070040794A/ko not_active Application Discontinuation
- 2005-07-09 JP JP2007521844A patent/JP4746618B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2005-07-09 BR BRPI0513480-3A patent/BRPI0513480A/pt not_active IP Right Cessation
- 2005-07-09 CA CA002574170A patent/CA2574170A1/en not_active Abandoned
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2758442C1 (ru) * | 2020-12-08 | 2021-10-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химической физики Российской Академии наук (ФГБУН ИПХФ РАН) | Композитный катодный материал и способ его получения |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007105880A (ru) | 2008-08-27 |
| BRPI0513480A (pt) | 2008-05-06 |
| US20080280204A1 (en) | 2008-11-13 |
| CN1997774A (zh) | 2007-07-11 |
| DE102004034886A1 (de) | 2006-02-16 |
| JP4746618B2 (ja) | 2011-08-10 |
| WO2006008012A2 (de) | 2006-01-26 |
| JP2008506845A (ja) | 2008-03-06 |
| KR20070040794A (ko) | 2007-04-17 |
| CA2574170A1 (en) | 2006-01-26 |
| US8057713B2 (en) | 2011-11-15 |
| WO2006008012A3 (de) | 2006-06-22 |
| EP1771604A2 (de) | 2007-04-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kannan et al. | Corrosion and anodic behaviour of zinc and its ternary alloys in alkaline battery electrolytes | |
| US7575826B2 (en) | Fuel cell with metal alloy contacts that form passivating conductive oxide surfaces | |
| JP4673628B2 (ja) | 水素発生用陰極 | |
| JP4341838B2 (ja) | 電解用陰極 | |
| JP2004506301A (ja) | ステンレス鋼基板の処理 | |
| JP5307270B2 (ja) | 食塩電解に使用する水素発生用陰極 | |
| Xiong et al. | Sequentially electrodeposited MnOX/Co-Fe as bifunctional electrocatalysts for rechargeable zinc-air batteries | |
| RU2383659C2 (ru) | Способ получения поверхностей оксида никеля с повышенной проводимостью | |
| JP6975297B1 (ja) | アルカリ水電解用アノード | |
| CN111634980A (zh) | 一种电化学脱嵌法提锂用电极板的导电支撑材料 | |
| US8563150B2 (en) | Device for catalytic recombination of gases for alkaline batteries with shortened zinc anode | |
| Wen et al. | Preliminary study on zinc–air battery using zinc regeneration electrolysis with propanol oxidation as a counter electrode reaction | |
| CN110137430A (zh) | 三维多孔阵列结构的Co3O4/rGO/Ni foam复合电极材料及其制备方法 | |
| US10563313B2 (en) | Active layer/membrane arrangement for a hydrogen production device and assembly comprising said arrangement suitable for a porous current collector and method for producing the arrangement | |
| Ding et al. | 3 Aluminum–Air Batteries | |
| Ramesh et al. | Carbon-based electrodes carrying platinum-group bimetal catalysts for oxygen reduction in fuel cells with acidic or alkaline electrolytes | |
| Zhuang et al. | Investigation on a Novel Direct Liquid Fuel Cell Feeding on Oxalyl Dihydrazide | |
| JP2003187817A (ja) | 燃料電池用セパレータ | |
| CN114481101B (zh) | 一种调控金属镀层晶面取向的方法获得的金属材料和应用 | |
| CA2418302A1 (en) | Plate treatment | |
| JPH03216952A (ja) | アルカリ電池用電池ケースの製造方法 | |
| JP2547752B2 (ja) | 溶融炭酸塩燃料電池の構造部材の表面処理方法 | |
| JP2513638B2 (ja) | 耐溶融炭酸塩腐食材料の製造方法 | |
| CN114335636A (zh) | 一种高功率长寿命膜电极的制备方法和应用 | |
| CN116411307A (zh) | 电极的制备方法、电极及其应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120710 |