Электрод для электрохимических процессов и способ его изготовления

Электрод для электрохимических процессов и способ его изготовления

Реферат

 

Изобретение относится к электрохимии. Электрод для электрохимических процессов включают подложку в виде листа с нанесенными на нее слоями, при этом подложка выполнена из меди или другого металла с высокой электропроводностью, на подложку нанесен слой металла группы железа, на данный слой нанесен слой электрокатализатора, выполненный из интерметаллического соединения алюминия с никелем, электрод включает пластину из сплава алюминия с магнием, на которую нанесен слой меди или другого металла с высокой электропроводностью, причем подложка и слой меди или другого металла с высокой электропроводностью соединены между собой. Способ изготовления электрода для электрохимических процессов включает нанесение слоя на подложку при повышенной температуре, при этом подложку из меди или другого металла с высокой электропроводностью подвергают отжигу, наносят на нее плазменным напылением слой никеля, а затем слой никеля с алюминием, полученные слои отжигают, охлаждают до комнатной температуры и подвергают выщелачиванию в растворе гидроксида натрия до полного прекращения процесса газовыделения с последующей промывкой и сушкой, далее берут пластину из сплава алюминия с магнием и наносят на нее слой меди или другого металла с высокой электропроводностью, затем подложку и слой меди или другого металла с высокой электропроводностью соединяют между собой пайкой. 2 с. и 7 з. п. ф-лы.

Изобретение относится к электрохимии, в частности к способам изготовления электродов, а также к материалам, используемым в электрохимических производствах.

Известен способ получения электрода для электрохимических процессов. Способ осуществляют нанесением слоя графитовых частиц сферической формы на подложку, выполненную из электропроводного материала, в качестве которого могут выступать элементы группы железа или их сплавы, при термическом разложении углеводородов с последующей графитизацией углерода. Подложка может быть выполнена различной формы (лист, стержень, фольга, сетка и т.д.), однако должна соответствовать форме получаемого электрода. Кроме того, желательно, чтобы данные металлы или их сплавы были пористыми, например, выполненными в виде губки, полученной спеканием или плавлением.

В рассматриваемом случае наносят графитовые частицы сферической формы с размерами от 1 до 10 мкм. Слой из таких графитовых частиц может быть образован, например, путем термического разложения бензола, пропана или других углеводородов и, предпочтительно, при высокой концентрации углеводородов в исходном материале и низкой скорости термического разложения.

Далее наносят следующий слой, причем нанесение осуществляют одним или несколько раз. Данный этап включает образование тонкого металлического слоя, выполненного из элемента группы железа или сплава элементов данной группы с последующим нанесением на металлический слой графитового слоя. Металлический слой наносят толщиной приблизительно от 1 до 10 мкм.

Нанесение графитового слоя на тонкий металлический слой осуществляют также термическим разложением, как было указано ранее, однако в данном случае нет определенных требований при проведении процесса, в отличие от случая нанесения слоя из графитовых частиц сферической формы.

Нанесение графитового слоя может быть осуществлено один или несколько раз в зависимости от желаемого количества наносимого графита, предполагаемой толщины электрода и других факторов.

Недостатком известного электрода является недостаточная прочность, а при изготовлении электрода довольно трудно поддержать условия нанесения графитовых частиц сферической формы.

Настоящее изобретение позволяет избежать указанных недостатков.

Предложен электрод для электрохимических процессов, включающий подложку в виде листа с нанесенными на нее слоями, при этом подложка выполнена из меди или другого металла с высокой электропроводностью, на подложку нанесен слой металла группы железа, на данный слой нанесен слой электрокатализатора, выполненный из интерметаллического соединения алюминия с никелем, при этом электрод включает пластину из сплава алюминия с магнием, на которую нанесен слой меди или другого металла с высокой электропроводностью, причем подложка и слой меди или другого металла с высокой электропроводностью соединены между собой.

Толщина подложки из меди или другого металла с высокой электропроводностью относится к толщине слоя металла группы железа и толщине слоя интерметаллического соединения алюминия с никелем как 3 : (1 - 1,5) : (1 - 1,5).

Толщина подложки из меди или другого металла с высокой электропроводностью относится к толщине пластины из сплава алюминия с магнием ее 3 : (3 - 10).

Количество алюминия в сплаве алюминий-магний составляет 1 - 90%, а в интерметаллическом соединении алюминия с никелем составляет 40 - 95%.

Электрод дополнительно может содержать титан, цинк, хром, железо, церий, кремний в суммарном количестве до 6%.

Предложен способ изготовления электрода для электрохимических процессов, включающий нанесение слоя на подложку при повышенной температуре, при этом подложку из меди или другого металла с высокой электропроводностью подвергают отжигу, наносят на нее плазменным напылением слой никеля, а затем слой никеля с алюминием, полученные слои отжигают до комнатной температуры и подвергают выщелачиванию в растворе гидроксида натрия до полного прекращения процесса газовыделения с последующей промывкой и сушкой. Далее берут пластину из сплава алюминия с магнием и наносят на нее слой меди или другого металла с высокой электропроводностью. Затем подложку и слой меди или другого металла с высокой электропроводностью соединяют между собой пайкой.

Плазменное напыление слоя никеля и слоя никеля с алюминием ведут в струе инертного газа или смеси газов с постоянным содержанием кислорода не более 0,0025 об.%. В качестве инертного газа используют аргон.

Выщелачивание ведут в две стадии, причем концентрация гидроксида натрия на первой стадии выше, чем на второй.

Пайку ведут при температуре 190 - 250^oC в динамическом вакууме при парциальном давлении 1 10^-3 - 1 10^-4 Па.

Электрод размещают в электролизере для очистки сточных вод. Электрод будет работать как биполярный: с одной стороны он будет работать как анод, а с другой - как катод.

Слой алюминия с магнием работает как анод, а интерметаллическое соединение никеля с алюминием - как катод. Сточная вода при обработке на катоде меняет pH, происходит подщелачивание, которое позволяет снизить загрязнение определенными примесями. Далее сточные воды поступают на анод, который растворяется, и образуются гидроксиды алюминия и магния, поскольку вода после катодной обработки уже содержит определенное количество ионов гидроксида. Полученные гидроксиды алюминия и магния являются хорошими коагулянтами, и примеси на выходе из анодной камеры электролизера коагулируют и собираются на частицах гидроксидов алюминия и магния.

Предложенный электрод может использоваться также в конструкциях химических источников тока, водоактивируемых водными растворами солей. При этом электрод характеризуется удельной энергоемкостью от 120 до 330 Вт/кг при номинальном напряжении на элементе анод - катод от 0,2 до 0,6 В.

Способ изготовления электрода характеризуется тем, что на медную пластину, предварительно подвергнутую отжигу, наносят методом плазменного напыления слой никеля, а затем на полученный слой наносят слой никеля с алюминием как интерметаллического соединения. Полученный слой охлаждают до комнатной температуры и подвергают выщелачиванию в растворе гидроксида натрия. При этом образуется пористый слой катализатора. Затем осуществляют промывку и сушку.

Для создания предлагаемого электрода берут пластину из сплава алюминия с магнием и наносят на него слой меди или другого металла с высокой электропроводностью. Затем соединяют две пластины пайкой. Пластины соединяют со стороны меди или другого металла с высокой электропроводностью. Плазменное напыление ведут в струе инертного газа, в качестве последнего используют аргон.

Предлагаемый электрод обладает более высокой механической прочностью по сравнению с известным за счет использования металлов, а не графита, а также более простым методом его изготовления.

Источники информации.

US, 5169508 (Sharp Kabushiki Kaisha), кл. C 25 B 11/12, 08.12.92.

Формула изобретения

1. Электрод для электрохимических процессов, включающий подложку в виде листа с нанесенными на нее слоями, отличающийся тем, что подложка выполнена из меди или другого металла с высокой электропроводностью, на подложку нанесен слой металла группы железа, на данный слой нанесен слой электрокатализатора, выполненный из интерметаллического соединения алюминия с никелем, при этом электрод включает пластину из сплава алюминия с магнием, на которую нанесен слой меди или другого металла с высокой электропроводностью, причем подложка и слой меди или другого металла с высокой электропроводностью соединены между собой.

2. Электрод по п.1, отличающийся тем, что толщина подложки из меди или другого металла с высокой электропроводностью относится к толщине слоя металла группы железа и толщине слоя интерметаллического соединения алюминия с никелем как 3 : (1 - 1,5) : (1 - 1,5).

3. Электрод по пп.1 и 2, отличающийся тем, что толщина подложки из меди или другого металла с высокой электропроводностью относится к толщине пластины из сплава алюминия с магнием как 1 : (3 - 10).

4. Электрод по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что количество алюминия в сплаве алюминий-магний составляет 1 - 90%, а в интерметаллическом соединении алюминия с никелем составляет 40 - 95%.

5. Способ изготовления электрода для электрохимических процессов, включающий нанесение слоя на подложку при повышенной температуре, отличающийся тем, что подложку из меди или другого металла с высокой электропроводностью подвергают отжигу, наносят на нее плазменным напылением слой никеля, а затем слой никеля с алюминием, полученные слои отжигают, охлаждают до комнатной температуры и подвергают выщелачиванию в растворе гидроксида натрия до полного прекращения процесса газовыделения с последующей промывкой и сушкой, далее берут пластину из сплава алюминия с магнием и наносят на нее слой меди или другого металла с высокой электропроводностью, затем подложку и слой меди или другого металла с высокой электропроводностью соединяют между собой пайкой.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что плазменное напыление слоя никеля и слоя никеля с алюминием ведут в струе инертного газа или смеси газов с постоянным содержанием кислорода не более 0,0025 об.%.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что в качестве инертного газа используют аргон.

8. Способ по пп.5 - 7, отличающийся тем, что выщелачивание ведут в две стадии, причем концентрация гидроксида натрия на первой стадии выше, чем на второй.

9. Способ по пп.5 - 8, отличающийся тем, что пайку ведут при 190 - 250^oС в динамическом вакууме при парциальном давлении 1 10^-3 - 1 10^-4 Па.