Электрод для получения водорода

Электрод для получения водорода

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к технологии электрохимических производств. Цель изобретения - повышение стабильности работы электрода. Электрод имеет электропроводную подложку из антикоррозионного материала , выбранного из ряда, включающего никель, сплав никеля и нержавеющую сталь, и активное покрытие. Последнее содержит один металл и одну окись металла, выбранных из группы, включающей никель, кобальт и дополнительно хром в количестве 0,5-20 ат.%.3табл.

сОюз сОВетских

СОЦИЛЛИСТИНГСКИХ

РFÑÏÓÁËÈÊ (я)s С 25 В 11/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕ НТУ (21) 3666928/26 (22) 28,11.83 (31) 57-208653 (32) 30.11.82 (33) JP (46) 23.06.91. Бюл. N. 23 (71) Асахи Касеи Когио и Кабусики Кайся(ЛР) (72) Хироюки Сироки и Ясухиде Ноаки (JP) (53) 621.3.035 (088.8) (56) Заявка Японии N. 57-82483, кл. С 25 В 11/06, опублик. 22.05.82.

Патент США M 4354915, кл. С 25 В 9/00, опублик, 19.10.82, Изобретение относится к технологии электрохимических производств и может быть использовано в процессах электролиза воды и водных растворов щелочи и хлорида натрия.

Цель изобретения — повышение ста бильности работы электрода за счет предотвращения восстановления окиси металла. определяющей каталитическую активность электрода.

В предлагаемом электроде окись по крайней мере одного металла, выбранного из группы, состоящей из никеля и кобальта, в покрытии обеспечивает воэможность электроду иметь высокую активность катализатора, т.е. обеспечивает низкое водородное перенапряжение на электроде в процессе электролиза. С другой стороны. хромовый компонент в покрытии электрода придает стойкость к восстановлению окис

„„БЦ „„1658822 А3 (54) ЭЛЕКТРОД ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА (57) Изобретение относится к технологии электрохимических производств, Цель изобретения — повышение стабильности работы электрода. Электрод имеет электропроводную подложку из антикоррозионного материала, выбранного из ряда, включающего никель, сплав никеля и нержавеющую сталь, и активное покрытие. Последнее содержит один металл и одну окись металла, выбранных из группы, включающей никель, кобальт и дополнительно хром в количестве 0,5-20 ат., 3 табл. ла, заключенному в качестве активного материала в этом покрытии.

Покрытие электрода содержит хромовый компонент в количестве 0,5-20 ат.%, Когда содержание хромового компонента в покрытии электрода составляет менее 0,5 ат. %, стойкость к восстановлению окиси в покрытии является слабой и степень окисления в покрытии значительно понижается во время проведения процесса электролиза, что приводит к потере активности электрода, к повышению водородного перенапряжения. С другой стороны, когда содержание хромового компонента в покрытии электрода составляет более 20 ат.%, стойкость к восстановлению окиси в покрытии является настолько сильной, что понижается степень окисления покрытия, Однако в этом случае активность электрода является низкой даже на первоначальной стадии процесса электролиза и эффект понижения водородного

1658822 перенапряжения не достигается. B предлагаемом электроде, покрытие которого содержит хромовый компонент в количестве

0,5 — 20 ат,, даже после непрерывного использования в процессе электролиза с выделением водорода более одного года электрод демонстрирует низкое водородное перенапряжение, Степень окисления покрытия электрода может быть 100, т.е, покрытие может составляться из хромового компонента и окиси по меньшей мере одного металла, выбранного из никеля и кобальта. Степень окисления покрытия электрода может быть

20 — 100, более предпочтительно 30-90, Степень окисления покрытия электрода определяется методом рентгеновской дифрактометрии. В покрытии электрода, содержащем окись по меньшей мере одного металла, выбранного из группы, состоящей из никеля и кобальта, экспериментально подтверждено, что величина степени окисления приблизительно является равной величине молярных процентов окиси в составе покрытия. Если содержание хромового компонента покрытия электрода составляет 0,5 — 20 ат,, а степень окисления покрытия электрода составляет менее 20, активность металлической части покрытия электрода невелика и в течение процесса электролиза понижается активность электрода в целом, Поэтому степень окисления должна быть более 20 .

Пример 1. 100 мас.ч, порошковой окиси никеля, имеющей диаметр частиц

0,2 — 2 мкм, и 10 мас.ч. порошковой окиси хрома, имеющей диаметр частиц 0,5 — 3 мкм, добавляют к водному раствору, состоявшему из 100 мас.ч, воды, 2,25 мас.ч. связующего вещества, 0,7 мас.ч, натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы в качестве диспергирующего агента, 0,1 мас.ч, гексаметафосфата натрия в качестве антифлокуляционного агента и 0,001 мас.ч. поверхностно-активного агента. Смесь энергично перемешивают, чтобы получить гомогенную суспенэию.

Полученную таким образом суспензию высушивают и гранулируют посредством грануляционной камеры типа распылительной сушилки. Полученные гранулы 5-50 мкм в диаметре, Проволочную сетку иэ никеля с размерами 5 х 5 см (диаметр проволоки 0,7 мм 12 меш) обеэжиривают трихлорэтиленом, а затем подвергают струйной обработке посредством А!рОз с размером частиц

0,73 — 2,12 мм, Подвергнутую струйной обработке проволочную сетку (подложку) покрывают способом плазменного напыления на

55 каждой ее стороне приготовленными гранулами. Плазменное напыление повторяют три раза в отношении каждой стороны проволочной сетки, чтобы получить электрод, имеющий покрытие с толщиной 120 мкм на каждой стороне проволочной сетки.

Плазменное напыление проводят при использовании следующих средних параметров распыления. Скорость подачи плазменного газа аргона и азота: 1 м (при нормальных условиях) в час и 0,8 м (при нормальных условиях) в час, соответственно.

Норма подачи гранул к плазменному факелу из бункера (газ-носитель аргон) 5,0 кг/ч; плазменная дуга (ток) 700 А; напряжение между электродами примерно 50 В; расстояние между подложкой и распылителем (расстояние распыления) 10 см; угол плазменного факела относительно лицевой поверхности подложки 90 .

Выход продукта распыления гранул составляет 60, т.е. гранулы образовывают покрытие на подложке при норме 3 кг/ч.

Получившийся в результате электрод анализируют методом рентгеновской дифракции, чтобы определить степень окисления покрытия, рассчитываемую как отношение

Nl O

Nl O + Nl

Степень окисления покрытия составляет 86, а не 100, так как в плазменном факеле происходит частичное восстановление окиси никеля. Содержание хромового компонента в покрытии 9,0 ат.%.

Полученный электрод испытывают в электролизере, который разделяется в качестве перегородки катионообменной мембраной типа карбоновой кислоты, на катодную камеру с размещенным в ней катодом и анодную камеру с размещенным в ней анодом, выполненным на основе титана, имеющего покрытие из окиси рутения, окиси циркония и окиси титана. В качестве катода используют описанный электрод, Во время подачи рассола, имеющего концентрацию порядка 175 г/л, в анодную камеру, и 30 -ного водного раствора гидроокиси натрия в катодную камеру, непрерывно проводится электролиз при плотности тока 40 А/дм и температуре 90" С. Водородное перенапряжение измеряют с помощью ртутного электрода сравнения. Результаты приведены в табл. 1, Как видно из табл. 1, через 5 мес после начала процесса электролиза степень окисления покрытия электрода понижается на

8 (, по сравнению со степенью окисления на

1658822

Таблица1 первоначальной стадии электролиза и после этого степень окисления не понижается.

Пример ы 2 — 5, 100 мас.ч. порошковой окиси никеля (NiO) с диаметром частиц 0,2 — 5

2 мкм и порошковой описи хрома (Сг Оз) с диаметром частиц 0.5 — 3,0 мкм (0,6 мас.ч. в примере 2; 3,2 мас,ч. в примере 3; 5,3 мас.ч. в примере 4 и 25,5 мас.ч. в примере 5) смешивают в сухом состоянии, а затем подвер- 10 гают сушке с использованием горячего воздуха при 100 С в течение 2 ч.

Изготовление электрода проводят аналогично примеру 1 плазменным напылением за исключением стадии грануляции 15 порошков, Содержание хромового компонента в покрытии электрода составляет 0,5 ат. в примере 2; 3,0 ат, в примере 3; 5 ат. в примере 4 и 20 ат.% в примере 5. Степень 20 окисления покрытий электродов 90 в примерах 2 — 4 и 89 в примере 5. Анализ методом рентгеновской дифрактометрии показывает, что покрытие каждого электрода содержит окись никеля (Nio) и металли- 25 ческий никель (Ni) и что никакого сложного окисла никеля-хрома не присутствует в покрытии каждого электрода.

Испытание электродов проводят аналогично примеру 1. Полученные результаты 30 приведены в табл. 2.

Пример ы 6-9, Четыре типа электродов приготавливают одинаковым способом, как описано в примере 1, за исключением того, что используют 100 мас.ч. порошковой 35 окиси кобальта (СоО) с диаметром частиц

0,4-0,2 мкм и количество порошковой окиси хрома (Сг20з) с диаметром частиц, 0,5 — 3 мкм меняется до 0,6 мас.ч. в примере 6; 5,4 мас.ч. в примере 7; 11,3 мас.ч. в примере 8 и 25,4 мас.ч. в примере 9, Содержание хромового компонента покрытия каждого из полученных таким образом электродов следующее: 0,5 ат. в примере 6;5,0 ат,<в примере 7; 10 ат. в примере 8 и 20 ат, в примере 9. Степень окисления покрытия каждого электрода составляет 95 . Анализ методом рентгеновской дифрактометрии показывает, что покрытие каждого электрода заключает в себе окись кобальта (СоО) и металлический кобальт (Со) и что, никакого сложного окисла кобальта-хрома не присутствует в покрытии каждого электрода.

Электроды испытывают аналогично примеру 1. Результаты приведены в табл. 3.

Таким образом предлагаемый электрод по сравнению с известным, не содержащим добавки хромового компонента, водородное перенапряжение которого за 10 мес работы в условиях, аналогичных описанным, возрастает с 210 до 350 мВ, обеспечивает стабильную работу в течение продолжительного времени практически при постоянном значении водородного перенапряжения.

Формула изобретения

Электрод для получения водорода, включающий электропроводную подложку. выполненную из антикоррозионного материала, выбранного из ряда никель, сплав никеля и нержавеющая сталь, и активное покрытие, содержащее по крайней мере один металл и одну окись металла, выбранных из группы никель, кобальт, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения стабильности работы электрода, активное покрытие дополнительно содержит хром в количестве 0,5-20 ат.%.

1658822

Таблица2

Таблица3

Составитель T. Гуменюк

Техред М.Моргентал Корректор М. Максимишинец

Редактор Н. Яцола

Производственно-издательский комбинэт "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1724 Тираж 399 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5