专利名称：一种活性阴极的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电极技术领域，具体涉及一种应用于氯碱工业电解反应中的活性阴极。本实用新型同时涉及一种电解槽以及电解装置。
背景技术：
氯碱工业是重要的基本化学工业之一。但是氯碱工业中的电解食盐水需要消耗大量的电能，是化学工业中的耗能大户。如何依靠新技术、新材料尽量减少能耗，已经是国内外氯碱行业必须面对的问题。在氯碱工业中，电极食盐水的电极反应式为阳极2Cr_2e= Cl2阴极2H20+2e= OH^H2而上述的反应中实际所消耗的电能与下列槽电压的各个组成部分有关V 槽=Ee+na+nc+IR其中，Ee为理论分解电压，^和η。分别为阳极析氯超电势和阴极析氢超电势，IR为电解液、隔膜(或者离子膜)及电解槽结构的欧姆电压的总合。由以上公式可知，除了进一步优化电解槽结构来降低槽电压之外，降低阴极和阳极的超电势，是达到节能的又一途径。D.S.A.和离子膜的问世大大降低了 ^和IR，这就使得氯碱工业中对节能的研究重点转移到析氢阴极上来。在相当长的一段实际中，铁丝网或者打孔钢板等非活性阴极由于其具备制备容易、成本低等优点，一直被广泛应用于隔膜电解槽中。但是其具有析氢电势高、容易被腐蚀等缺点。所以人们一直在致力于研究析氢超电位低、耐腐蚀性强而且成本低廉的活性阴极。所谓活性阴极就是在基板表面上涂覆或者镀上活性材料层而形成的阴极。关于活性材料的选择，一般有如下几种贵金属及其化合物；Ni及Ni合金；雷尼镍(Raney-Ni);非金属化合物。然而，上述的材料作为活性层时，不是其价格昂贵，难于推广，就是活性层与基底粘附性能差，容易脱落。此外由于在氯碱工业的电解工艺中，阴极工作环境恶劣，高温、浓碱、杂质干扰、大量氢气冲刷、断电反电流冲击等，都可能导致电极活性下降甚至丧失。作为工业电解用的活性阴极，不仅要求有良好的催化活性，而且要求有较强的抗反电流性能和抗杂质性能，在高温浓碱和大量氢气冲刷下保持结构和性能的稳定性。因而，有必要开发研究新的活性阴极结构。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种具有良好催化活性而且高强度、结构稳定的活性阴极。本实用新型另外提供一种电解槽和电解装置。本实用新型提供的一种活性阴极，应用于水或水溶液电解工艺中，包括导电基底；设置于所述基底表面上的预镀层；以及设置于所述预镀层表面上的复合镀层。可选的，所述导电基底为铁或者低碳钢中的一种。[0015]可选的，所述预镀层为镍。可选的，所述复合镀层为Ni与镍粉的混合物。可选的，所述镍粉粒度大于或等于350目。优选的，还包括设置于所述复合镀层上的镍钥合金镀层。可选的，所述镍钥合金镀层的厚度为O. 2_。可选的，所述镍钥合金镀层中镍钥组合物为Ni4Mo。本实用新型还提供一种电解槽，应用于水或水溶液电解工艺中，包括活性阴极，所述活性阴极为上述任一所述的活性阴极。 本实用新型还提供一种电极装置，应用上述所述的电解槽。与现有技术相比，本实用新型具有以下优点本实用新型的活性阴极在导电基底上先设置预镀层，然后再在预镀层上形成复合镀层；预镀层可以有效提高与导电基底之间强度，而通过复合镀镍则可以使得该活性电极的表面积增大。从而不但使得导电基底的强度得以提高，耐冲刷、耐腐蚀性也大大增强，基底得以保护，而且使得电极的活性得以提高。在本实用新型的优选方案中，还包括镍钥合金镀层，镍钥合金镀层包覆在复合镀层的外表面；通过导电基底表面依次设置的预镀层，复合镀层以及镍钥合金镀层，使得该电极活性比传统的Fe材质等地非活性阴极析氢超电势低300毫伏以上，从而使得该活性阴极应用于电解水及其溶液工艺中时，可以节省电能；而且，该活性阴极具有很好的抗反电流性能，抗热处理性能高以及抗酸腐蚀性能，具有很高的稳定性。
图I为本实用新型的活性阴极的实施例的剖面示意图；图2为图I所示的活性阴极上设置镍钥合金镀层后的结构示意图；图3、图4以及图5分别为本实用新型的实施例中包含镍钥合金镀层的活性阴极放大100倍、500倍以及2000倍的扫描电子显微镜(SEM)照片；图6示出了经过高温热处理和反电流作用后放大100倍的电极的扫描电子显微镜(SEM)照片。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。图I为本实用新型的活性阴极的实施例的剖面示意图。请参看图1，本实施例的活性阴极包括一导电基底10、设置于所述基底上的预镀层12以及设置于所述预镀层上的复合镀层14。其中，所述导电基底10可以为铁板或者低碳钢板。本实施例中，导电基底10大小基本为lX10X100mm。当然也可以根据实际的电镀装置选择其它尺寸。所述预镀层12材质为镍，其通过电镀方式形成于所述导电基底10的表面上，并包覆整个导电基底10的外表面。所述复合镀层14为镍与镍粉的混合物，其通过复合镀的方式形成于所述预镀层12的表面，并包覆整个预镀层12。其中，复合镀层14是指在金属镀层还原析出的同时使第二相材料(一般为微粒的形式)进入镀层而形成的镀层。可分为复合化学镀和复合电镀。本实施例中是指在镀镍的同时在镍镀层中均匀的掺入一定粒度的镍粉，从而使得复合镀层表面产生起伏而增大外表面积。其中，本实施例中，镍粉的粒度大于或等于350目。上述的实施例中，在导电基底10上先设置镍预镀层，然后再在预镀层12上形成复合镀层14。镍预镀层可以有效提高与导电基底10之间强度，而通过复合镀镍则可以使得该活性电极的表面积增大。从而不但使得导电基底10的强度得以提高，耐腐蚀性也大大增强，基底得以保护，而且使得电极的活性得以提高。其中，在复合镀层14中，金属粉(本实施例中指镍粉)的粒度大小会影响形成的复合镀层14表面积大小，进而会影响形成的活性阴极的活性。而且金属粉粒度的大小也会直接影响到其在复合镀层14中的附着度。本实施例中选取镍粉粒度大于或350目，特别是大于或等于400目就是充分考虑上述因素而做出的选择。当然，复合镀层14的厚度以及其 中的镍粉的沉积量均会影响活性阴极的活性。此外，在上述实施例的活性阴极还可以包括镍钥合金镀层16，镍钥合金镀层16包覆在复合镀层14的外表面，厚度为O. 2mm，如图2所示，以进一步增强阴极活性。形成该镍钥合金镀层的方式为电镀。其中镍钥合金镀层中Ni与Mo的摩尔比为4 : I至3 : I。镍钥合金镀层中活性中心为Ni4Mo。在设置镍钥合金镀层时，复合镀层作为中间层，一方面粘结镍钥合金镀层于活性阴极表面，另一方面其表面起伏会引起设置于其表面的镍钥合金镀层表面也具有同样形貌的起伏，但是起伏幅度可能有所不同，从而使得含有镍钥合金镀层的活性阴极外表面面积进一步增大，从而有助于更进一步提高催化活性。对上述的包含镍钥合金镀层的活性阴极的性能测试表明，其通过导电基底表面依次设置的Ni预镀层，镍复合镀层以及镍钥合金镀层，使得该电极活性比传统的Fe材质等地非活性阴极析氢超电势低300毫伏以上，从而使得该活性阴极应用于电解水及其溶液工艺中时，可以节省电能。而且，该活性阴极具有很好的抗反电流性能，抗热处理性能高以及抗酸腐蚀性能，具有很高的稳定性。图3、图4以及图5分别为本实用新型的实施例中包含镍钥合金镀层的活性阴极放大100倍、500倍以及2000倍的扫描电子显微镜(SEM)照片。由上述SEM照片可以看出，在电极表面粗糙多孔，颗粒均匀而紧密，特别是由图4可以看出，不规则形状的颗粒之间紧密相连，而不是孤立存在，这种结构既增大了电极的真实表面积，又增强了颗粒间的结合力，有利于维持电极性能的稳定性。同时，从图5可以也可以看出，在不规则的颗粒上均匀分布着一层细小的晶粒，其就是镍钥合金镀层，由于两层金属的晶格结构相近，这层合金与Ni粉的颗粒结合非常紧密。图6示出了经过高温热处理和反电流作用后放大100倍的电极的扫描电子显微镜(SEM)照片，可以看出，与图3所示基本无变化，也即其整体结构没有改变，具有很高的稳定性，这种结构的稳定性即保证了电极性能的稳定性。上述实施例的活性阴极，可以作为电解槽的阴极，构成电解槽，该电解槽可用于形成电解装置。应用本实用新型的实施例的活性阴极的电解槽以及电解装置，其不但具有很好的节能优势，而且还具备良好的稳定性，可广发应用于氯碱工业的电解工艺以及其它的水溶液电解工艺中。本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因 此本实用新型的保护范围应当以本实用新型权利要求所界定的范围为准。
权利要求1.一种活性阴极，应用于水或水溶液电解工艺中，其特征在于包括 导电基底； 设置于所述基底表面上的预镀层；以及 设置于所述预镀层表面上的复合镀层。
2.根据权利要求I所述的活性阴极，其特征在于，所述导电基底为铁或者低碳钢中的一种。
3.根据权利要求I所述的活性阴极，其特征在于，所述预镀层为镍。
4.根据权利要求I所述的活性阴极，其特征在于，所述复合镀层为Ni与镍粉的混合物。
5.根据权利要求4所述的活性阴极，其特征在于，所述镍粉粒度大于或等于350目。
6.根据权利要求I所述的活性阴极，其特征在于，还包括设置于所述复合镀层上的镍钥合金镀层。
7.根据权利要求6所述的活性阴极，其特征在于，所述镍钥合金镀层的厚度为O.2mm。
8.根据权利要求6所述的活性阴极，其特征在于，所述镍钥合金镀层中镍钥组合物为Ni4Mo0
9.一种电解槽，应用于水或水溶液电解工艺中，包括活性阴极，其特征在于，所述活性阴极为上述权利要求I至8任一所述的活性阴极。
10.一种电极装置，其特征在于，应用上述权利要求9所述的电解槽。
专利摘要本实用新型公开了一种活性阴极，应用于水或水溶液电解工艺中，包括导电基底；设置于所述基底表面上的预镀层；以及设置于所述预镀层表面上的复合镀层及活性层。本实用新型提供的活性阴极具有良好的电催化活性而且高强度、结构稳定。本实用新型另外提供一种电解槽和电解装置。
文档编号C25B11/06GK202380095SQ20112044096
公开日2012年8月15日 申请日期2011年11月9日 优先权日2011年11月9日
发明者岳冠华, 汪长征, 王宇 申请人:北京建筑工程学院