Способ изготовления электрода

Способ изготовления электрода

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1 11 SI9222

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (51) М.К .

С 25В 11/03 (22) Заявлено 18.12.78 (21) 2697553/23-26 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 07.04.81. Бюллетень № 13 (45) Дата опубликования описания 07.04.81

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.3.035. .224 (088.8) k

Д. И. Медведев, В. Б. Дроздович, Г. И. Новиков, В. g Яглов,, И. М. Жарский и Н. П. Матвейко

Белорусский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. С. М. Кирова (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДА

Изобретение относится к химической технологии изготовления электродов и может быть использовано в электрохимической промышленности, а именно в производстве электролитического водорода. 5

Известен способ изготовления электродов для получения водорода путем прессования титанового порошка с последующей термической обработкой в атмосфере азота или аммиака при 1100 — 1200 С в тече- 10 ние 5 — 10 ч (1). Перенапряжение выделения водорода в 7 М растворе соляной кислоты на нитриде титана, полученном таким образом, составляет 0,45 В при рабочей плотности тока 100 МА/см и темпера- 15 туре 20 С

Недостатками известного способа изготовления водородного электрода являются многостадийность, сложность в изготовлении электрода, связанная с образованием 20 примесных кислородных соединений титана (типа оксинитридов), что приводит к снижению. каталитической активности электрода в целом. Кроме того, азотирование при высоких температурах приводит к зна- 25 чительному уменьшению (до 0,2 — 0,3 M%) работающей поверхности электрода.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому разультату является способ изготов- ЗО ления водородного электрода путем спекания нитридов титана в присутствии активированного угля (2). Титановый порошок с добавками активированного угля прессуют с последующей термической обработкой при температурах выше 1100 С в течение нескольких часов. Термообработка при более низких температурах приводит к получению механически непрочных смесей твердых растворов азота в титане с углем.

Перенапряжение выделения водорода в солянокислых растворах электролитов при температуре 20 С и рабочей плотности тока 100 мА/см составляет 0,48 — 05 В.

Недостатками такого способа являются многостадийность и сложность в изготовлении электродов, связанная с применением исходных реагентов высокой степени чистоты, неравномерным распределением каталитически активного материала, а также низкой степенью превращения титанового порошка в нитрид титана. Все это приводит к высокому перенапряжению выделения водорода и сложности в изготовлении электрода. Кроме того, высокотемпературная обработка ограничивает возможность получения электродов с высокоразвитой поверхностью (удельная поверхность таких электродов не превышает 0,3 мз/г), 819222

;;0

65 что приводит к снижению плотности тока на единицу видимой поверхности.

Целью изобретения является упрощение процесса изготовления и повышение электрохимической активности электрода.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве углеродного материала используют графитовый порошок, на смешение дополнительно подают алюмофосф атно е связующее при следующем соотношении компонентов, вес. :

Нитрид титана 25 — 50

Графитовый порошок 10 — 25

Алюмофосфатное связующее 35 — 50 и после формования смесь нагревают со скоростью 20 — 40 С/ч до температуры

200 †3 С, при которой и ведут термообработку.

Технология изготовления электрода заключается в следующем.

Сухие порошки нитрида титана (фракции 0,05 — 1,0 мкм) и графитовый порошок (фракция 5,0 мкм) тщательно перемешивают и добавляют порциями в алюмофосфатное связущее при непрерывном перемешивании до образования однородной массы. Полученную массу помещают во фторпластовую форму и выдерживают до естественного отверждения (1 — 3 суток).

Повышение температуры формования от

20 до 80 С приводит к сокращению времени отверждения композиции до 5 ч. Дальнейшее повышение температуры формования вызывает резкое снижение механической прочности электрода.

Сформованные электроды обрабатывают при 200 — 300 С со скоростью повышения температуры 20 — 40 С/ч. С увеличением температуры термообработки до

300 С возрастает коррозионная устойчивость электродов при сохранении их рабочей поверхности. Скорость повышения температуры должна быть строго регламентированной, так как при скорости 40 С/ч вследствие резкого удаления воды возрастает пористость электрода, что приводит к увеличению его сопротивления и снижению механической прочности. При скорости

20 С/ч качество электрода не изменяется, однако время его изготовления резко возрастаетт.

После охлаждения электрод помещают в ячейку, заполненную соляной кислотой, и испытывают на выделение водорода.

Пример 1. Смешивают 10 r (36,4 вес. /О) дисперсного нитрида титана (фракции 0,05 — 0,1 мкм) с 5 г (18,2 вес. о/о) графитового порошка (фракция 5 мкм). После тщательного перемешивания смесь сухих порошков (2 — 3 r) добавляют при непрерывном перемешивании в алюмофосфатное связующее 70 /о-ной нейтрализации, расход которого составляет 2,5 г (45,4 вес.о/о). Полученную массу с соотношением (по весу) 4 нитрид титана: графитовый порошок: алюмофосфатное связущее, равным 1;0,5:1,25, помещают во фторопластовую форму и выдерживают в течение 3 суток при 20 С.

Сформованный электрод обрабатывают при

200 С со скоростью повышения температуры 20 С/ч. После охлаждения электрод помещают в ячейку, заполненную соляной кислотой, и испытывают на катодное восстановление водорода при температуре

25 С и перемешнвании.

Сопротивление электрода составляет

5,30м, перенапряжение выделения водорода при рабочей плотности тока 100 МА/см- составляет 0,35 B.

Пример 2. Технология приготовления электрода такая, как в примере 1. Исходное соотношение дисперсный нитрид титана (10 г, 44,4 вес. /О): графитовый порошок (2,5 r, 11,2 вес. ): алюмофосфатное связующее (10 r, 44,4 вес. /О) составляет

1,0: 0,25: 1,0, время естественного отверждения при 80 С 5 ч, температура термообработки 300 С. Сопротивление электрода, полученного таким образом, равно 3,25 Ом, перенапряжение выделения водорода при рабочей плотности тока 100 МА/см - составляет 035 В.

Пример 3. Технология изготовления электрода, как в примере 1. Исходное соотношение нитрид титана (12,5 г, 50 вес. /о)

: графитовый порошок (2,5 — 10 вес. о/о ): алюмофосфатное связующее (10 г,40 вес. o ) составляет 1,25:0,25:1,0, время естественного отверждения при 40 С 18 ч, температура последующей обработки 250 С. Сопротивление электрода 1,1 Ом, перенапряжение выделения водорода при рабочей плотности тока 100 МА/см составляет 0,22 В.

Таким образом, использование в качестве электрохимически активного материала исходного дисперсного нитрида титана с удельной поверхностью 25 — 30 м /г позволяет сформировать электрод с развитой поверхностью (от 1 до 5 м /г) при температуре 20 — 80 С и атмосферном давлении.

Применение пор ошкообразного графита позволяет устранить усадочные явления при отверждении композиции, изготовить электрод заданной пористости. Кроме того, использование исходного высокодисперсного нитрида титана с добавками графитового порошка приводит к снижению расхода дорогостоящего титанового порошка или нитрида титана.

Применение алюмофосфатного связующего дает возможность провести формование электрода при атмосферном давлении и снизить температуру термообработки до 200 — 300 С, что позволяет изготовить электрод с развитой поверхностью, упростить технологию изготовления и сократить энергетические затраты. В таблице приведены сравнительные данные известного (2) и предлагаемого способов.

819222

С п о с о б

Условия изготовления электрода предлагаемы и известный (2) Атмосферное

200 †3

25 — о0

600 — 1200

1200 — 1500

90 — 100

Давление прессования при формовании, кг/см>

Температура термообработки, С

Расход титанового порошка или нитрида титана на единипу площади электрода, вес. N

Расход графитового порошка или угля, вес. 4

Расход алюмофосфатного связующего, вес. N

10 — 25

35 — 50

0 — 10

25 — 50

10 — 25

Формула изобретения

Составитель Т. Барабаш

Редактор 3. Бородкина Техред И. Заболотнова Корректоры: Р. Беркович и В. Нам

Заказ 643/13 Изд. № 274 Тираж 712 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2

Перенапряжение выделения водорода при рабочей IIJIQTiiocTH TOK 100 MA/смасоставляет при известном (2) способе изготовления электрода 0,5 — 0,48 В, а при предлагаемом — 0,35 — 0,22 В. 5

Способ изготовления электрода, содержащего нитрид титана и углеродный мате- 10 риал, включающий смешение компонентов, формование и термообработку, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью упрощения процесса изготовления и повышения электрохимической активности электрода, в ка- 15 честве углеродного материала используют графитовый порошок, на смешение дополнительно подают алюмофосфатное связующее при следующем соотношении компонентов, вес.%. 20

Нитрид титана

Графитовый порошок

Алюмофосфатное связующее 35 — 50 и после формования смесь нагревают со скоростью 20 — 40 С/ч до температуры 200—

300 С, при которой и ведут термообработку.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Горбачев А. К. и др. «Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология», 1976, т. 19, № 2, с. 275 —277.

2. Василенко И, И., Нечипоренко Н. Н.

Труды Белгородского технологического института строительных материалов, 1972, вып. 1, с. 6--10 (прототип).