本發明涉及一種電極和制造該電極的方法。
背景技術:
1、通過電解氯化鈉的水溶液來生成氯氣和氫氧化鈉。在工業上已經廣泛地應用水溶液中的電解(例如,諸如銅和鋅之類的金屬的電解精煉,將諸如鋅和鎳之類的金屬的電化學鍍到材料表面上等)。另外,隨著近年來脫碳的趨勢,電解水以獲得氫氣和氧氣的努力日益增加。在水溶液中的這種電化學反應中,通電是必需的,并且實際引起反應的電極也是必不可少的。
2、電極的材料取決于電化學反應的類型而變化,但使用碳和諸如鎳、鉑、銅、鈦等之類的金屬。電極的形狀是棒狀或板狀以及網狀或海綿狀。由于表面積越大,相同電位下的反應速率越大,因此電極被制成網狀或海綿狀,以便增加單位體積的表面積。因此,期望具有較大的單位體積的表面積的電極。
3、jp?2021-55187?a(專利文獻1)描述了用于水溶液電解的電極的tini粉末以及通過成型和燒結該tini粉末來生產電極材料的方法。盡管該電極具有比普通體材料更好的屬性,但其作為電極材料的性能還不夠。此外,熱處理對于制造電極是必需的,這在成本方面是不利的。
4、另外,可以將催化劑施加到電極表面,以便進一步提高效率。更高的效率有助于提高經濟效率并削減諸如co2之類的環境負荷物質,因此需要更高效的催化劑。然而,現有催化劑添加方法主要涉及通過涂覆或卷對卷來施加到表面,并且已知隨著使用而劣化或剝落。因此,需要一種用于在穩定狀態下施加高活性催化劑的方法。
5、日本審查專利公開63-018672?b2(專利文獻2)公開了一種包括以下步驟的方法:將鉑族金屬的熱分解化合物的溶液涂覆到金屬基板的表面,加熱并分解,然后使其干燥以形成鉑族金屬層和鉑族金屬氧化物層作為催化劑層。然而,所需的每個催化劑層需要涂覆和干燥過程。另外,在使用電極時催化劑層的剝離是個問題。
6、現有技術參考文獻
7、專利參考1:jp?2021-55187?a
8、專利文獻2:日本審查專利公開63-018672?b2
技術實現思路
1、本發明的目的
2、常規電極使用多孔合金、或者海綿狀或網狀金屬載體來增大表面積,但這還不夠。另外,當在金屬載體上形成催化劑層時,存在催化劑剝落的問題。因此,我們已經開發了一種電極,該電極通過壓實粉末而具有高比表面積,并且通過將催化劑分散在載體中而不會因剝離而劣化。
3、通常,當制造電極時,在壓制成型之后執行燒結。然而,本發明人已經發現,在不進行燒結的情況下或者通過在比常規燒結溫度低的溫度下執行熱處理,可以獲得具有高電化學活性的電極,并且已經完成本發明。
4、因此,本發明的目的在于通過對包括從由金屬粉末、合金粉末和導電非金屬粉末組成的組中選擇的至少一種或混合有催化劑的原材料粉末進行壓制成型,利用原材料粉末的成型體的高表面積,提供具有高電化學活性的電極和制造該電極的方法。
5、本發明的技術方案
6、因此,本發明的實施例的用于制造電極的方法(該電極具有1×104cm-1以上的比表面積并且當通過sem觀察時具有孔隙按面積比計占用5%以上且20%以下的表面)包括以下步驟:在10mpa以上的成型壓力下對原材料粉末進行成型,該原材料粉末具有1000μm以下的平均顆粒尺寸并且包含從由金屬粉末、合金粉末和導電非金屬粉末組成的組中選擇的至少一種,所得成型體被用作電極。
7、因此,本發明的另一實施例的用于制造電極的方法(該電極具有1×104cm-1以上的比表面積并且具有當通過sem觀察時孔隙按面積比計占用5%以上且20%以下的表面)包括以下步驟:在10mpa以上的成型壓力下對原材料粉末進行成型,該原材料粉末具有1000μm以下的平均顆粒尺寸并且包含從由金屬粉末、合金粉末和導電非金屬粉末組成的組中選擇的至少一種;以及對所得成型體進行熱處理,所得熱處理體被用作電極。
8、當通過sem觀察熱處理體的表面時,顆粒的融合率優選地是80%以下。
9、優選地將催化劑添加到原材料粉末。所添加的催化劑的量按質量計優選地是原材料粉末的量的0.03%以上且5%以下。優選地,將碳或導電氧化物添加到原材料粉末,并且所添加的碳或導電氧化物的量按質量計是所添加的催化劑的量的1/100以上且10倍以下。優選地,將氟樹脂添加到原材料粉末,并且所添加的氟樹脂的量按質量計是所添加的催化劑的量的1/1000以上且1倍以下。
10、優選地,當原材料粉末具有大于100μm且1000μm以下的平均顆粒尺寸時,將原材料粉末與平均顆粒尺寸為10μm以下的原材料粉末進行混合,并且成型壓力是10mpa以上且700mpa以下。
11、優選地,當通過sem觀察電極的表面時,孔隙的平均尺寸是原材料粉末的平均顆粒尺寸的1/50以上且5倍以下,并且孔隙的最大尺寸是原材料粉末的平均顆粒尺寸的10倍以下。
12、該方法優選地還包括以下步驟:將按體積計為0%以上且70%以下的粗孔隙材料添加到原材料粉末,并且在對原材料粉末進行成型的步驟之后去除粗孔隙材料,使得當通過sem觀察電極的表面時,存在尺寸大于原材料粉末的顆粒尺寸的10倍的粗孔隙。
13、通過上述任一種方法來制造本發明的實施例的電極。本發明的電極優選地是用于電解的電極。
14、本發明的效果
15、根據本發明,通過將包括從由金屬粉末、合金粉末和導電非金屬粉末組成的組中選擇的至少一種或混合有催化劑的原材料粉末進行壓制成型,或者對該原材料粉末進行壓制成型并然后對其進行熱處理來制造電極,該電極具有1×104cm-1以上的比表面積并且具有當通過sem觀察時孔隙按面積比計占用5%以上且20%以下的表面。因此,利用原材料粉末的成型體的高表面積,可以獲得具有高電化學活性的電極。這種電極還能夠穩定地賦予催化劑,并且可以特別適當地用作用于電解的電極。
1.一種用于制造電極的方法,所述電極具有1×104cm-1以上的比表面積并且具有當通過sem觀察時孔隙按面積比計占用5%以上且20%以下的表面,
2.一種用于制造電極的方法,所述電極具有1×104cm-1以上的比表面積并且具有當通過sem觀察時孔隙按面積比計占用5%以上且20%以下的表面,
3.根據權利要求2所述的用于制造電極的方法,其中,當通過sem觀察所述熱處理體的表面時,顆粒的融合率是80%以下。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的用于制造電極的方法,其中,催化劑被添加到所述原材料粉末。
5.根據權利要求4所述的用于制造電極的方法,其中,所添加的催化劑的量按質量計是所述原材料粉末的量的0.03%以上且5%以下。
6.根據權利要求4或5所述的用于制造電極的方法,其中,
7.根據權利要求4至6中任一項所述的用于制造電極的方法,其中,
8.根據權利要求1至7中任一項所述的用于制造電極的方法,其中,
9.根據權利要求1至8中任一項所述的用于制造電極的方法,其中,當通過sem觀察所述電極的表面時,所述孔隙的平均尺寸是所述原材料粉末的平均顆粒尺寸的1/50以上且5倍以下,并且所述孔隙的最大尺寸是所述原材料粉末的平均顆粒尺寸的10倍以下。
10.根據權利要求1至9中任一項所述的用于制造電極的方法,所述方法還包括以下步驟:
11.一種電極,通過根據權利要求1至10中任一項所述的方法來制造。
12.根據權利要求11所述的電極,所述電極是用于電解的電極。