Способ изготовления катода

Способ изготовления катода

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз. Советских

Социалистических республик

«ij990876 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 27-07*81 (21) 3358321/23-26 (Щ М. Кл.з с присоединением заявки Йо

С 25 В 11/12

Государственный комитет

С СР по делам нзооретеннй и открытий (23) Приоритет (%3}УДК 621.3 ° .035.2(088.8) Опубликовано 230183 Бюллетень Мо 3

Дата опубликования описания 23д133 (72) Авторы изобретения

В. В. Поплавский, Н. П. Матвейко и Э. В.

Белорусский ордена Трудового Красного Зй технологический институт им. С.N. Кирова (7! ) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КАТОДА.)

Изобретение относится к электро- . химическому получению водорода, в ча". стности к способам изготовления катодов, применяемых в электролитических ячейках для электролиза водных растворов кислот или галогенидов ще-:: лочных металлов.

Известен .способ изготовления углеграфитового катода, в котором, с тп целью повышения его электролитической активности на поверхности электрода, размещают металлическую сетку из материала, понижающего перенапряжение выделения водорода 1).

Недостатком указанного способа является значительный расход электрокаталитического металла, что затрудняет использование в качестве модифицирующих благородных и других дорогостоящих металлов,обладающих низким перенапряжением выделенияводорода.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является способ нанесения на поверхность углеродграфитового катода электрокаталитического металла в виде теплопленочного = покрытия (2 3.

Недостатками такого способа являются все еще существенный расход ак- . тивирующего металла, а также много- ЗО стаднйность процесса изготовления электрода, поскольку создание микропористости предполагает выполнение таких технологических операций как нанесение покрытия в виде сплава или смеси металлов и селективное удаление одногс из компонентов.

Целью изобретения является упрощение способа за счет сокращения количества технологических операций при изготовлении углеграфитового катода и уменьшение расхода электрокаталитического металла.

Поставленная цель достигается тем, что нанесение активного слоя на углеграфитовую основу катода осуществляется путем имплантации в поверхность углеграфитовой основы ионов электрокаталитического металла с энергией

5-20 КэВ и интегральным потоком (1-3) 10 "мК

Положительные ионы металла, полученные в ионном источнике, ускоряют- . ся в условиях высокого вакуума (давление остаточных газов не больше

1,33 -10 1 Па) и внедряются в поверх-ностный. слой модифнцируемого материала. Глубина проникновения конкретных ионов в определенный материал определяется энергией ионов. Лля фор990876

Интегральный поток ионов, м-

Расход платины на единицу видимой поверхности, кг.м

Катод

100 A м

1100

2450

Графит

0,6 ° 10

2,4-10

2,6- 10

1,9 10

7,8 ° 10-4

8,5.10 4

1500

250

Графит + P t+

130

Графит + Pt+

750

Графит + Pt+

Платинированный графит

5,0-10 2

600

2500

1150

Стеклоуглерод

7,2.10 4

7,8 .10

8,5 10

9,1-10

125

120

800

Гладкая платина

В 5 и. Н 250. мирования тонкого поверхностного слоя наиболее подходящим является интервал, энергии ионов 5««20 кэВ, соответствующий тем минимальным значениям, при которых доминирует внедрение, что позволяет обходиться без дорогостоящих высокоэнергетических ускорителей ио-: нов, тяжелые ионы при этом проникают в углеграфитовые материалы на глубину около 10 нм и при больших концентрациях внедренной примеси (интегральный поток ионов порядка 10 "м распределяются по глубине почти однородно от поверхности до наибольшей глубины проникновения.

Имплантация ионов с большей энергией приводит к формированию активно35 го слоя на некоторой глубине и для его обнажения дополнительно требуется анодное растворение модифицированного электродного материала.

Использование метода ионной имплантации для модификации поверхности углеграфитового катода дает возможность сведения нескольких технологических операций по формирова:ию слоя к одной, значительно сокращает ðàñ- 25 ход модифицирующего металла, улучшает механическое сцепление и электрический контакт формируемого слоя

Стеклоуглерод + Pt 2,2 ° 10

24

Стеклоуглерод + Pt, 2,2 10 21

Стеклоуглерод + Pt 2,6 ° 10 "

Стеклоуглерод + Pt 2,8 10 и с матрицей вследствие внедрения ионов металла в кристаллическую решетку электродногоо мат ери ала.

Пример 1. Проводят модифика- цию поверхности катодов из графита марки МПГ-6 путем имплантации с различными интегральными потоками ионов платины, полученных в искровом ионном источнике. Энергия ионов составляет 8 кэВ, давление остаточных газов в камере ускорителя — 1,33-10 Па, графитовые подложки находятся при комнатной температуре.

В результате имплантации значительно возрастает степень шероховатости, а следовательно, и величина истинной поверхности катодов.

Электролитическую активность имплантированной поверхности графитовых катодов исследуют методом снятия поляризационных кривых для процесса выделения водорода в 1 н. водном растворе серной кислоты при 298 К. Результаты исследований активности исходных и активированных катодов сведены в таблицу.(перенапряжение выделения водорода на различных катодах в 1 н Н,2804, измеренное относительно нормальйого водородного электрода) .

Перенапряжение мВ, при плотности тока

1000 А м

990876

Формула изобретения

Составитель Т. Барабаш

Техред М.Коштура

Корректор.М. Шароши

Редактор Н. Рогулич

Подписное

Тираж 641

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 66/40

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Имеет место значительное снижение: перенапряжения выделения водорода на исследуемых катодах, вызванное имплантацией ионов. Величина перенапряжения уменьшается по мере увеличения интегрального потока ионов.

При значениях потоков, равных примерно 1 ° 102"м 2, перенапряжение становится меньшим, чем на гладкой платине, и приближается по порядку величины к значениям, характерным для 10 платинированного графита. Причем достигается это при значительно. меньшем расходе электрокаталитического металла: в случае интегрального. потока ионов 3.102м 2 расход платины на единицу видимой поверхности составляет около 1,96% от количества, затрачиваемого при электролитическом платинировании катода.

Пример 2. Подвергают активации методом ионной имплантации в условиях примера 1 поверхность катодов из стеклоуглерода. Исследование в тех же условиях электролитической активности полученных катодов показало, что перенапряжение выделения водорода на них снижается еще в более значительной степени, чем графитовых катодах (см. табл.) .

Аналогичные результаты получены для пирографитовых катодов, а также при внедрении ионов палладия в ука-. занные углеграфитовые материалы.

Использование предлагаемого способа изготовления катода обеспечивает

) по сравнению с известными возможность модификации рабочей поверхности электрода в один технологический прием, незначительный расход модифицирующего металла, что позвблит упростить способ за счет сокращения количества технологических операций при изготовлении катода и получить значительную экономию электрокаталитических металлов.

Способ изготовления катода, включающий создание на поверхности углеграфитовой основы активного слоя, содержащего электрокаталитический металл, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа за счет сокращения количества технологических :операций и уменьшения расхода электрокаталитического металла, создание активного слоя осуществляют путем имплантации в поверхность углеграфитовой основы ионов электрокаталитического металла,с энергией 5;20 кЭВ и интегральным потоком (1+3)

102 м-2

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1, Заявка ФРГ Р 2825494, кл. С 25 В 11/12, 1979.

2. Заявка ФРГ Р 2527386, кл. С 25 В 11/04, 1976 (прототип) .