一種強酸性電解液用氣體擴散電極的制備方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明屬于電解材料領域，涉及一種強酸性MnS04-H2S0 4電解液中制備電解二氧化 錳（EMD)用的一種節能氣體擴散電極。用這種氣體擴散電極能大幅提高陰極電位，從而有 效的降低槽電壓，節約能源。
【背景技術】
[0002] ZL201010578846. 5提出了一種節能、環保并安全的電解二氧化錳新方法：電解 原理不變，陽極反應也不變，仍使其生產所要求的EMD產品，從電解槽壓主要為陽、陰極電 位之差，提高陰極電位也可降低電解槽壓的原理出發，設想用高電位氣體擴散電極（簡稱 GDE)代替傳統工藝低電位析氫陰極，陰極反應變成氧氣還原反應 ：02+4H++4eT- 2H20(E° = +1. 229V)，則與原電解技術的析氫還原反應：2H++2e_- H2丨（E°= 0V)相比，理論電位差高 達1. 229V，即與采用析氫陰極的傳統方法相比，使用氧陰極電解二氧化錳新方法的槽電壓 理論上可以降低1. 229V，同時陰極不會析出氫氣也可減少酸霧的產生和爆燃的危險。
[0003] 目前氣體擴散電極主要應用在燃料電池、氯堿工業、合成過氧化氫等方面，研宄的 主要環境為弱酸性、中性和堿性環境，氣體擴散電極在強酸性電解液中的基礎研宄基本空 白。本發明的目的在于提出一種制備節能氣體擴散電極的新方法，在強酸性MnS0 4-H2S04i 解液中降低生產電解二氧化錳的槽電壓，從而降低能耗，避免陰極析出氫氣。
【發明內容】
[0004] 本發明是關于強酸性MnS04-H2S04電解液中制備電解二氧化錳用的一種節能氣體 擴散電極。適用該工藝的氣體擴散電極是一種具有節能的氧氣電極，其結構示意圖如附圖 1所示。適用該工藝的電解槽為氣液電解槽，電解槽的基本結構已在ZL201010578846. 5中 提出。
[0005] 本發明提供一種制備氣體擴散電極的方法，氣體擴散電極由導電載體、催化層、氣 體擴散層構成，其制備步驟如下：
[0006] (1)催化層的制備
[0007] 高溫制備團絮狀混合物，團絮狀混合物由催化劑Pt/C、親水導電粉末活性炭、疏 水導電粉末乙炔黑、粘合劑聚四氟乙烯和有機溶劑無水乙醇組成，將團絮狀混合物壓制成 一定厚度的薄片，制成催化層，厚度為0. 3-0. 4mm ;
[0008] (2)氣體擴散層的制備
[0009] 高溫制備團絮狀混合物，團絮狀混合物由無機造孔顆粒無水硫酸鈉、親水導電粉 末活性炭、疏水導電粉末乙炔黑、粘合劑聚四氟乙烯和有機溶劑無水乙醇組成，將團絮狀混 合物壓制成一定厚度的薄片，制成氣體擴散層；
[0010] (3)將催化層和氣體擴散層分別放到導電載體兩面，在一定壓力和時間下壓制所 述薄片。
[0011] 其中導電載體可以是泡沫金屬，優選為泡沫鎳、泡沫鈦。
[0012] 步驟⑴中的團絮狀混合物的組成為：1?15wt%的Pt/C、5?25wt%的乙炔黑、 40?80wt %的活性炭、10?30wt %的聚四氟乙烯，團絮狀混合物混合溫度為60-70°C，薄片 厚度為〇. 3?0. 4mm。
[0013] 步驟⑵中的團絮狀混合物的組成為5?25wt%的無水硫酸鈉、10?30wt%的乙 炔黑、5?30wt%的活性炭、15?50wt%的聚四氟乙稀，混合溫度為60?70°C。氣體擴散 層薄片厚度為〇. 4?0. 5mm。
[0014] 步驟（3)中所述薄片是將催化層、氣體擴散層和導電載體一起擠壓。通過沖壓裝 置來實施，壓力優選為5?20MPa，時間優選為3?8min。
[0015] 可以通過固定模型、團絮狀混合物的量和壓力來控制催化層、氣體擴散層的厚度。
[0016] 本發明方法制備的氣體擴散電極適用于酸性電解液，尤其適用于強酸性 MnS04-H 2S04電解液。電解強酸性MnS04-H2S04電解液制備電解二氧化錳（EMD)時使用這種 氣體擴散電極替代析氫陰極可以大幅降低槽電壓，節約能源。
【附圖說明】
[0017] 附圖1為氣體擴散電極的結構示意圖
[0018] 卜催化層厚度為〇? 3-0. 4mm ;
[0019] 2-導電骨架厚度為0. 1-0. 2mm;
[0020] 3-氣體擴散層厚度為0? 4-0. 5mm。
【具體實施方式】
[0021] 實施例一
[0022] 質量比為5 : 60 : 15 : 20的Pt/C、活性炭、乙炔黑和聚四氟乙烯用適量的無水乙 醇分散均勻，在65°C水浴鍋中加熱至團狀，然后放到輥壓機上反復軋制，獲得厚度為0.3mm 的薄片。
[0023] 質量比為20 : 20 : 20 : 40的無水硫酸鈉、活性炭、乙炔黑和聚四氟乙烯用適量 的無水乙醇分散均勻，在65°C水浴鍋中加熱至團狀，然后放到輥壓機上反復軋制，獲得厚度 為0. 4mm的薄片。
[0024] 將兩種薄片分別放到泡沫鎳的兩面，在lOMPa的壓力下壓制5min，所得薄片為氣 體擴散電極。
[0025] 實施例二
[0026] 質量比為1 : 64 : 15 : 20的Pt/C、活性炭、乙炔黑和聚四氟乙烯用適量的無水乙 醇分散均勻，在65°C水浴鍋中加熱至團狀，然后放到輥壓機上反復軋制，獲得厚度為0.3mm 的薄片。
[0027] 擴散層同實施例一相同。
[0028] 將兩種薄片分別放到泡沫鎳的兩面，在lOMPa的壓力下壓制5min，所得薄片為氣 體擴散電極。
[0029] 根據這種方法制備的氣體擴散電極用于強酸性的MnS04-H2S0 4電解液中制備電解 二氧化猛。用于電流密度為100A ? nT2,硫酸濃度為30g ? dnT3,硫酸猛濃度為120g ? dnT3, T =70°C電解體系中。
[0030] 表1.兩種氣體擴散電極的性能比較
[0031]
【主權項】
1. 一種強酸性電解液用氣體擴散電極的制備方法，氣體擴散電極由導電載體、催化層、 氣體擴散層構成，其特征在于制備步驟如下： (1) 催化層的制備 高溫制備團絮狀混合物，團絮狀混合物由催化劑Pt/c、親水導電粉末活性炭、疏水導電 粉末乙炔黑、粘合劑聚四氟乙烯和有機溶劑無水乙醇組成，將團絮狀混合物壓制成一定厚 度的薄片，制成催化層，厚度為0. 3-0. 4mm ; (2) 氣體擴散層的制備 高溫制備團絮狀混合物，團絮狀混合物由無機造孔顆粒無水硫酸鈉、親水導電粉末活 性炭、疏水導電粉末乙炔黑、粘合劑聚四氟乙烯和有機溶劑無水乙醇組成，將團絮狀混合物 壓制成一定厚度的薄片，制成氣體擴散層； (3) 將催化層和氣體擴散層分別放到導電載體兩面，在一定壓力和時間下壓制所述薄 片。
2. 如權利要求1所述一種強酸性電解液用氣體擴散電極的制備方法，其特征在于其中 導電載體是泡沫金屬。
3. 如權利要求2所述一種強酸性電解液用氣體擴散電極的制備方法，其特征在于泡沫 金屬為泡沫鎳、泡沫鈦。
4. 如權利要求1所述一種強酸性電解液用氣體擴散電極的制備方法，其特征在于步驟 (1)中的團絮狀混合物的組成為?15wt%的Pt/C、5?25wt%的乙炔黑、40?80wt%的 活性炭、10?30wt%的聚四氟乙烯，團絮狀混合物混合溫度為60-70°C，薄片厚度為0. 3? 0? 4mm〇
5. 如權利要求1所述一種強酸性電解液用氣體擴散電極的制備方法，其特征在于步 驟（2)中的團絮狀混合物的組成為5?25wt%的無水硫酸鈉、10?30wt%的乙炔黑、5? 30wt%的活性炭、15?50wt%的聚四氟乙烯，團絮狀混合物混合溫度為60-70°C ;氣體擴散 層薄片厚度為〇. 4?0. 5mm。
6. 如權利要求1所述一種強酸性電解液用氣體擴散電極的制備方法，其特征在于步驟 (3)中所述薄片是將催化層、氣體擴散層和導電載體一起擠壓，通過沖壓裝置來實施，壓力 為5?20MPa，時間為3?8min。
【專利摘要】本發明屬于電解材料領域，涉及一種用于強酸性MnSO4-H2SO4電解液的一種節能氣體擴散電極的制備方法，氣體擴散電極由導電載體、催化層、氣體擴散層構成，將催化層和氣體擴散層的團絮狀混合物壓制成一定厚度的薄片，然后將兩種薄片分別放在導電載體兩面，在一定壓力和時間下壓制成氣體擴散電極。電解強酸性MnSO4-H2SO4電解液制備電解二氧化錳(EMD)時使用這種氣體擴散電極替代析氫陰極可以大幅降低槽電壓，節約能源。
【IPC分類】C25B11-08, C25B1-21
【公開號】CN104593806
【申請號】CN201510004122
【發明人】孟惠民, 張慧, 唐靜, 俞宏英, 王旭東
【申請人】北京科技大學
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2015年1月4日