專利名稱：一種發生臭氧的復合電極的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種發生臭氧的復合電極制造方法，屬于電化學技術領域。
在本發明之前，采用復合電極的專利有CN86108792A、86108928、97122126。專利CN86108792A所描述的固體聚合物電解質結構，該結構包含一塊膜片、許多導電顆粒及一塊導電性透水基體結構，其中導電顆粒和導電基體以物理和化學方式互相接觸并嵌入膜片中或與膜片結合在一起。專利CN86108792A形成復合電極的方法為(1)形成一種由粘合劑和許多催化活性導電顆粒組成的混合物；(2)將該混合物制成含顆粒的薄膜；(3)使薄膜與處于熱塑狀態的碳氟化合物膜片相接觸；(4)使含顆粒的薄膜與導電透水基體相接觸，以此形成一種層壓體，其中膜片在一側，基體在另一側，許多催化活性顆粒在中間；(5)在膜片處于熱塑狀態下對層壓體施加足夠大的壓力，使基體至少有一部分嵌入膜片中。專利申請86108928所述的復合電極形成方法為(1)形成一種由催化活性導電顆粒和一種液體組成的懸濁液；(2)將懸濁液涂在化合物膜片的表面上；(3)除去液體使顆粒留在膜片上；(4)將至少一部分顆粒壓入膜片中；(5)使處理過的膜片與一種導電透水基體相接觸。專利申請97122126所述方法為(1)使用粘合劑聚四氟乙烯乳液與催化劑顆粒制成混合物；(2)將混合物攪拌、搟壓制成膜；(3)將陽極基體涂敷含鉑、錫、銻溶液進行熱分解形成保護膜；(4)將各層以物理接觸方式直接裝配而成。上述專利CN86108792A、專利申請86108928中復合電極結構中導電透水基體未做表面處理，發生電解反應時，對導電透水基體腐蝕大；專利申請86108928的涂層細微內孔少，反應表面積小，效率較低，涂層后質子交換膜易變形，工藝控制較難。專利申請97122126所述的方法中陽極基體處理方法不夠完善，壽命較短；對電極的組裝操作要求高，難以保證穩定的性能。以上各專利均有接觸電阻大，復合電極壽命短，且工作電壓高、能耗大、發熱大等缺點。
本發明的目的在于改進上述已有復合電極結構的不足，提供一種復合電極制造方法。該電極具有長壽命、小接觸電阻、高效率、性能穩定、低能耗。
實現本發明目的所采取的技術措施是本發明的復合電極由質子交換膜、導電顆粒組成的催化層、導電透水基體組成，其制造方法包括(1)在一種耐腐導電透水基體表面涂敷含有鉑、鉭和錫等可熱分解的化合物的溶液，在空氣中進行熱分解，形成第一層；將涂有第一層的導電透水基體放入含有鉛離子的酸浴液中電解，在導電透水基體內孔及外表面形成β-二氧化鉛鍍層，制成陽極；(2)將導電催化顆粒與離子交換活性聚合物溶液和其他耐氧化粘接劑及易揮發水溶性造孔劑制成懸濁液；(3)將β-二氧化鉛懸濁液均勻噴涂在鍍有β-二氧化鉛陽極的一側，將鉑黑懸濁液均勻噴涂在陰極導電透水基體的一側；(4)在懸濁液處于半干狀態時，將噴涂有β-二氧化鉛懸濁液的陽極一側和質子交換膜的一側相接觸，將噴涂有鉑黑懸濁液的陰極導電透水基體的一側和質子交換膜的另一側相接觸，形成組合件；
(5)使該組合件在加熱及壓力作用下，導電催化顆粒嵌入導電透水基體的微孔內，同時嵌入質子交換膜中，形成復合電極。
由于采用以上技術措施，按照本發明方法制造的發生臭氧的復合電極、導電透水基體與導電催化顆粒接觸面積大，陽極導電催化顆粒與β-二氧化鉛陽極鍍層相接觸，接觸電阻小、壽命長、能耗降低。由于導電顆粒組成的催化層嵌入導電透水基體，電解反應界面接近導電透水基體外表面，電解產物能夠迅速逸出，同時減小了對導電透水基體與導電顆粒組成的催化層的接觸面的腐蝕，延長了固體聚合物電解質膜復合電極的壽命。
下面結合示意圖和實施例對本發明進一步闡述
圖1為本發明結構示意圖，其中1-β-二氧化鉛鍍層，2-陽極導電透水基體，3-β-二氧化鉛導電催化顆粒，4-質子交換膜，5-鉑黑導電催化顆粒，6-陰極導電透水基體。
實施例1采用1毫米厚的多孔鈦板作為導電透水基體，用沸騰的25％鹽酸水溶液清洗2分鐘。然后以該多孔鈦板為基質，把氯鉑酸和五氯化鉭溶解于5％的鹽酸水溶液中作為涂敷層，在45攝氏度下干燥，550攝氏度加熱10分鐘，重復4次，以形成第一層。將該多孔鈦板在30％硝酸鉛的酸性溶液中作電解，在60到70攝氏度用40mA/cm2的電流密度電解1～5分鐘，得到陽極極板。將β-二氧化鉛導電催化顆粒與離子交換活性聚合物溶液和其他耐氧化粘接劑及易揮發水溶性造孔劑制成懸濁液，其中催化劑48.5％、離子交換活性聚合物0.2％、耐氧化粘接劑0.38％、造孔劑2.42％、水及溶劑48.5％(重量比)，將β-二氧化鉛懸濁液均勻噴涂在鍍有β-二氧化鉛陽極的一側；將鉑黑導電催化顆粒與離子交換活性聚合物溶液和其他耐氧化粘接劑及易揮發水溶性造孔劑制成懸濁液，其中催化劑8.6％、離子交換活性聚合物0.42％、耐氧化粘接劑0.68％、造孔劑4.3％、水及溶劑86％(重量比)；將鉑黑懸濁液均勻噴涂在陰極導電透水基體的一側；在懸濁液處于半干狀態時，將噴涂有β-二氧化鉛懸濁液的陽極一側和質子交換膜的一側相接觸，將噴涂有鉑黑懸濁液的陰極導電透水基體的一側和質子交換膜的另一側相接觸，形成組合件；使該組合件在加熱60攝氏度及300kg壓力作用下，導電催化顆粒嵌入導電透水基體的微孔內，同時嵌入質子交換膜中，形成復合電極。
實施例2采用1毫米厚的多孔鈦板作為導電透水基體，用沸騰的25％鹽酸水溶液清洗2分鐘。然后以該多孔鈦板為基質，把氯鉑酸和氯化錫溶解于5％的鹽酸水溶液中作為涂敷層，在130攝氏度下干燥，530攝氏度加熱15分鐘，重復4次，并將該制件在500攝氏度燒結固化一小時，以形成第一層。將該多孔鈦板在35％硝酸鉛的酸性溶液中作電解，在60到70攝氏度用40mA/cm2的電流密度電解1～5分鐘，得到陽極極板。將β-二氧化鉛導電催化顆粒與離子交換活性聚合物溶液和其他耐氧化粘接劑及易揮發水溶性造孔劑制成懸濁液，其中催化劑48.5％、離子交換活性聚合物0.3％、耐氧化粘接劑0.35％、造孔劑3.35％、水及溶劑47.5％(重量比)，將β-二氧化鉛懸濁液均勻噴涂在鍍有β-二氧化鉛陽極的一側；將鉑黑導電催化顆粒與離子交換活性聚合物溶液和其他耐氧化粘接劑及易揮發水溶性造孔劑制成懸濁液，其中催化劑9％、離子交換活性聚合物0.5％、耐氧化粘接劑0.65％、造孔劑4.85％、水及溶劑85％(重量比)；將鉑黑懸濁液均勻噴涂在陰極導電透水基體的一側；在懸濁液處于半干狀態時，將噴涂有β-二氧化鉛懸濁液的陽極一側和質子交換膜的一側相接觸，將噴涂有鉑黑懸濁液的陰極導電透水基體的一側和質子交換膜的另一側相接觸，形成組合件；使該組合件在加熱50攝氏度及350kg壓力作用下，導電催化顆粒嵌入導電透水基體的微孔內，同時嵌入質子交換膜中，形成復合電極。本發明制造的發生臭氧的復合電極，接觸電阻小、壽命長、能耗降低。
權利要求
1.一種發生臭氧的復合電極，由質子交換膜、導電顆粒組成的催化層、導電透水基體組成，其制造方法包括(1)在一種耐腐導電透水基體表面涂敷含有鉑、鉭和錫等可熱分解的化合物的溶液，在空氣中進行熱分解，形成第一層；將敷有第一層的導電透水基體放入含有鉛離子的酸浴液中電解，在導電透水基體內孔及外表面形成β-二氧化鉛鍍層，制成陽極，(2)將導電催化顆粒與離子交換活性聚合物溶液和其他耐氧化粘接劑及易揮發水溶性造孔劑制成懸濁液，(3)將β-二氧化鉛懸濁液均勻噴涂在鍍有β-二氧化鉛陽極的一側，將鉑黑懸濁液均勻噴涂在陰極導電透水基體的一側，(4)在懸濁液處于半干狀態時，將噴涂有β-二氧化鉛懸濁液的陽極一側和質子交換膜的一側相接觸，將噴涂有鉑黑懸濁液的陰極導電透水基體的一側和質子交換膜的另一側相接觸，形成組合件，(5)使該組合件在加熱及壓力作用下，導電催化顆粒嵌入導電透水基體的微孔內，同時嵌入質子交換膜中，形成復合電極，
2.按權利要求1所述的一種發生臭氧的復合電極的制造方法，其特征在于所述懸濁液，其中催化劑5～60％、離子交換活性聚合物0.1～1％、耐氧化粘接劑0.1～1％、造孔劑1～15％、水及溶劑30～90％(重量比)，
3.按權利要求1所述的一種發生臭氧的復合電極的制造方法，其特征在于一種耐腐導電透水基體選自于金屬絲網，多孔金屬板，厚度為0.5～2mm，
4.按權利要求1所述的一種發生臭氧的復合電極的制造方法，其特征在于陽極導電催化顆粒含有80～98％的β-二氧化鉛。
全文摘要
本發明涉及一種發生臭氧的復合電極的制造方法，屬于電化學技術領域，該方法包括(1)在一種導電透水基體表面涂敷含有鉑、鉭和錫等的第一層，并在內孔及外表面形成β－二氧化鉛鍍層，制成陽極，(2)將導電催化顆粒與離子交換活性聚合物溶液和其他耐氧化粘接劑及易揮發水溶性造孔劑制成懸濁液，(3)將陽極及陰極導電催化顆粒的懸濁液均勻噴涂在陽極及陰極導電透水基體的一側，(4)在懸濁液處于半干狀態時，分別與質子交換膜的一側相接觸，形成組合件，(5)使該組合件在加熱及壓力作用下，導電催化顆粒嵌入導電透水基體的微孔內，同時嵌入質子交換膜中，形成復合電極，本發明的優點是接觸電阻小、壽命長、能耗降低。
文檔編號C01B13/10GK1407140SQ0112659
公開日2003年4月2日 申請日期2001年8月30日 優先權日2001年8月30日
發明者胡晨輝 申請人:上海世竟凈化科技有限公司