Электрод для получения водорода Советский патент 1991 года по МПК C25B11/06 

Изобретение относится к технологии электрохимических производств и может быть использовано в процессах электролиза воды и водных растворов щелочи и хлорида натрия.

Цель изобретения - повышение ста бильности работы электрода за счет предот вращения восстановления окиси металла определяющей каталитическую активность электрода.

В предлагаемом электроде окись по крайней мере одного металла, выбранного из группы, состоящей из никеля и кобальта, в покрытии обеспечивает возможность электроду иметь высокую активность катализатора, т.е. обеспечивает низкое водородное перенапряжение на электроде в процессе электролиза. С другой стороны хромовый компонент в покрытии электрода придает стойкость к восстановлению окис

ла, заключенному в качестве активного материала в этом покрытии.

Покрытие электрода содержит хромовый компонент в количестве 0,5-20 ат.%. Когда содержание хромового компонента в покрытии электрода составляет менее 0,5 ат.%, стойкость к восстановлению окиси в покрытии является слабой и степень окисления в покрытии значительно понижается во время проведения процесса электролиза, что приводит к потере активности электрода, к повышению водородного перенапряжения. С другой стороны, когда содержание хромового компонента в покрытии электрода составляет более 20 ат.%. стойкость к восстановлению окиси в покрытии является настолько сильной, что понижается степень окисления покрытия. Однако в этом случае активность электрода является низкой даже на первоначальной стадии процесса электролиза и эффект понижения водородного

перенапряжения не достигается. В предлагаемом электроде, покрытие которого содержит хромовый компонент в количестве 0,5-20 ат.%, даже после непрерывного использования в процессе электролиза с выделением водорода более одного года электрод демонстрирует низкое водородное перенапряжение.

Степень окисления покрытия электрода может быть 100%, т.е. покрытие может составляться из хромового компонента и окиси по меньшей мере одного металла, выбранного из никеля и кобальта. Степень окисления покрытия электрода может быть 20-100%, более предпочтительно 30-90% Степень окисления покрытия электрода определяется методом рентгеновской дифрак- тометрии В покрытии электрода, содержащем окись по меньшей мере одного металла, выбранного из группы, состоящей из никеля и кобальта, экспериментально подтверждено, что величина степени окисления приблизительно является равной величине молярных процентов окиси в составе покрытия. Если содержание хромового компонента покрытия электрода составляет 0,5-20 ат.%, а степень окисления покрытия электрода составляет менее 20%, активность металлической части покрытия электрода невелика и в течение процесса электролиза понижается активность электрода в целом. Поэтому степень окисления должна быть более 20%.

П р и м е р 1. 100 мае.ч. порошковой окиси никеля, имеющей диаметр частиц 0,2-2 мкм. и 10 мае.ч. порошковой окиси хрома, имеющей диаметр частиц 0,5-3 мкм, добавляют к водному раствору, состоявшему из 100 мае.ч. воды, 2,25 мае.ч. связующего вещества, 0,7 мае.ч, натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы в качестве диспергирующего агента, 0,1 мае.ч. гексамета- фосфата натрия в качестве антифлокуляционного агента и 0,001 мае.ч. поверхностно-активного агента. Смесь энергично перемешивают, чтобы получить гомогенную суспензию.

Полученную таким образом суспензию высушивают и гранулируют посредством грануляционной камеры типа распылительной сушилки. Полученные гранулы 5-50 мкм в диаметре,

Проволочную сетку из никеля с размерами 5 х 5 см (диаметр проволоки 0,7 мм 12 меш) обезжиривают трихлорэтиленом, а затем подвергают струйной обработке посредством с размером частиц 0,73-2,12 мм. Подвергнутую струйной обработке проволочную сетку (подложку) покрывают способом плазменного напыления на

каждой ее стороне приготовленными гранулами. Плазменное напыление повторяют три раза в отношении каждой стороны проволочной сетки, чтобы получить электрод,

имеющий покрытие с толщиной 120 мкм на каждой стороне проволочной сетки.

Плазменное напыление проводят при использовании следующих средних параметров распыления. Скорость подачи плазменного газа аргона и азота: 1 м (при нормальных условиях) в час И 0,8 м3 (при нормальных условиях) в час, соответственно.

Норма подачи гранул к плазменному факелу из бункера (газ-носитель аргон) 5,0 кг/ч; плазменная дуга (ток) 700 А; напряжение между электродами примерно 50 В; расстояние между подложкой и распылителем (расстояние распыления) 10 см; угол плазменного

факела относительно лицевой поверхности подложки 90°.

Выход продукта распыления гранул составляет 60%, т.е. гранулы образовывают покрытие на подложке при норме 3 кг/ч.

Получившийся в результате электрод

анализируют методом рентгеновской дифракции, чтобы определить степень окисления покрытия, рассчитываемую как отношение

NLO .

NiO+Ni 1UU

Степень окисления покрытия составляет 86%, а не 100%, так как в плазменном факеле происходит частичное восстановление окиси никеля. Содержание хромового компонента в покрытии 9,0 ат.%.

Полученный электрод испытывают в электролизере, который разделяется в качестве перегородки катионообменной мембраной типа карбоновой кислоты, на катодную камеру с размещенным в ней катодом и анодную камеру с размещенным в ней анодом, выполненным на основе титана, имеющего покрытие из окиси рутения,

окиси циркония и окиси титана. В качестве катода используют описанный электрод. Во время подачи рассола, имеющего концентрацию порядка 175 г/л, в анодную камеру, и 30%-ного водного раствора гидроокиси на0 трия в катодную камеру, непрерывно проводится электролиз при плотности тока 40 А/дм2 и температуре 90иС. Водородное перенапряжение измеряют с помощью ртутного электрода сравнения. Результаты приведены в

5 табл.1.

Как видно из табл. 1, через 5 мес после начала процесса электролиза степень окисления покрытия электрода понижается на 8% по сравнению со степенью окисления на

первоначальной стадии электролиза и после этогостепень окисления не понижается.

Примеры 2-5. 100 мае.ч. порошковой окиси никеля (NiO) с диаметром частиц 0,2- 2 мкм и порошковой описи хрома (Сг20з) с диаметром частиц 0,5-3,0 мкм (0,6 мае.ч. в примере 2; 3,2 мае.ч. в примере 3; 5.3 мае.ч. в примере 4 и 25,5 мае.ч. в примере 5) сме- шивают в сухом состоянии, а затем подвер- гают сушке с использованием горячего воздуха при 100°С в течение 2 ч.

Изготовление электрода проводят аналогично примеру 1 плазменным напылением за исключением стадии грануляции порошков.

Содержание хромового компонента в покрытии электрода составляет 0,5 ат.% в примере 2; 3,0 ат.% в примере 3; 5 ат.% в примере 4 и 20 ат.% в примере 5. Степень окисления покрытий электродов 90% в примерах 2-4 и 89% в примере 5. Анализ методом рентгеновской дифрактометрии показывает, что покрытие каждого электрода содержит окись никеля (N10) и металли- ческий никель (NI) и что никакого сложного окисла никеля-хрома не присутствует в покрытии каждого электрода.

Испытание электродов проводят аналогично примеру 1. Полученные результаты приведены в табл. 2.

Примеры 6-9. Четыре типа электродов приготавливают одинаковым способом, как описано в примере 1, за исключением того, что используют 100 мае.ч. порошковой окиси кобальта (СоО) с диаметром частиц 0,4-0,2 мкм и количество порошковой окиси хрома (СггОз) с диаметром частиц, 0,5-3 мкм меняется до 0,6 мае.ч. в примере 6; 5.4 мае.ч.

в примере 7; 11,3 мае.ч. в примере 8 и 25.4 мае.ч. в примере 9.

Содержание хромового компонента покрытия каждого из полученных таким образом электродов следующее: 0.5 ат.% в примере 6;5,0 ат.в примере 7; 10 ат.% в примере 8 и 20 ат.% в примере 9. Степень окисления покрытия каждого электрода составляет 95%. Анализ методом рентгеновской дифрактометрии показывает, что покрытие каждого электрода заключает в себе окись кобальта (СоО) и металлический кобальт (Со) и что, никакого сложного окисла кобальта-хрома не присутствует в покрытии каждого электрода.

Электроды испытывают аналогично примеру 1. Результаты приведены в табл. 3.

Таким образом предлагаемый электрод по сравнению с известным, не содержащим добавки хромового компонента, водородное перенапряжение которого за 10 мес работы в условиях, аналогичных описанным, возрастает с 210 до 350 мВ, обеспечивает стабильную работу в течение продолжительного времени практически при постоянном значении водородного перенапряжения.

Формула изобретения

Электрод для получения водорода, включающий электропроводную подложку, выполненную из антикоррозионного материала, выбранного из ряда никель, сплав никеля и нержавеющая сталь, и активное покрытие, содержащее по крайней мере один металл и одну окись металла, выбранных из группы никель, кобальт, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности работы электрода, активное покрытие дополнительно содержит хром в количестве 0,5-20 ат.%.

Изобретение относится к технологии электрохимических производств. Цель изобретения - повышение стабильности работы электрода. Электрод имеет электропроводную подложку из антикоррозионного материала, выбранного из ряда, включающего никель, сплав никеля и нержавеющую сталь, и активное покрытие. Последнее содержит один металл и одну окись металла, выбранных из группы, включающей никель, кобальт и дополнительно хром в количестве 0,5-20 ат.%.3табл.

Таблица

Та6лица2

ТаблицаЗ