一种电极及其应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及电解池的电极技术领域，具体而言，涉及一种硅化石墨电极及其应用。
【背景技术】
[0002]目前电渗透行业和电解行业中，需求量最大，消耗最多的是电极材料，电极材料的好坏已直接影响到相关行业的设备寿命和生产效率。以目前最为先进的污泥处理设备一电渗透污泥干燥环保处理设备为例，其电极材料已成为该设备推广应用的瓶颈。目前世界各国每天产生的生活垃圾在上亿吨以上，焚烧和深埋是处理生活垃圾最重要的途径，由于严重污染及世界各国环保要求和处理成本的提高，深埋已取代焚烧成为处理生活垃圾最主要方式，但是生活垃圾成分复杂，该方法造成了严重的土壤集中污染。因此，如何解决日益严峻的土壤污染成为世界各国最紧迫的事情和难题。电渗透污泥干燥环保处理设备是通过加载80伏高频直流电，对污泥进行电解处理，达到还原和富集金属离子、消除有机物及其他污染物的目的，从而可以使污染的土壤得到二次利用。该设备由于一直没有合适的阳极电极材料而没有得到推广和应用。在电解过程中，电解液对阳极产生强烈的氧化腐蚀作用，从而导致阳极电极失效。金属及合金材料均不适合做该设备的阳极电极，等静压压制的各向同性石墨材料使用寿命也只有2周。
【发明内容】
[0003]针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种电极及其应用，用硅化石墨制备的电极(包括阳极和阴极)，可在强酸强碱中长寿命工作，而且在电解过程中有高效的催化作用，加速了电渗透反应，极大的提高了工作效率，电极寿命可达到8万循环以上。
[0004]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0005]—种电极，所述电极材料为娃化石墨。
[0006]进一步，所述娃化石墨的娃化层(即碳化娃层)厚度为3.0-5.0mm。
[0007]进一步，所述硅化石墨的硬度? 3000HV，抗压强度? 300MPa，抗拉强度? 50MPa。
[0008]进一步，所述硅化石墨的热膨胀系数<4.4X 10_6/°C，孔隙率< 0.035%。
[0009]进一步，所述硅化石墨的电阻率<40μΩ.m0
[0010]进一步，所述电极为阳极或阴极。
[0011]—种如上述的电极在电渗透污泥处理设备上的应用。
[0012]—种如上述的电极在电脱盐设备上的应用。
[0013]—种如上述的电极在电解铝设备上的应用。
[0014]—种如上述的电极在充电电池上的应用。
[0015]本发明的有益效果:硅化石墨致密度高，硅化层厚度在3.0-5.0mm之间，硅化层和石墨基体结合强度高，组织结构均匀，用硅化石墨制作的电极(包括阳极和阴极)，可在强酸强碱中长寿命工作，而且在电解过程中有高效的催化作用，加速了电渗透反应，电极的电解效率大大提高，电极寿命可达到8万循环以上。
【具体实施方式】
[0016]为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。
[0017]实施例一:
[0018]—种电极，所述电极材料为娃化石墨，将娃化层厚度3.0mm，硬度3000HV，抗压强度300MPa，抗折强度之150MPa，抗拉强度之50MPa，热膨胀系数< 4.4 X 10—6/°C，孔隙率<0.035%，电阻率20μΩ.m的硅化石墨制作成电极，包括阳极和阴极。进行加速循环试验，结果显示:该电极在电渗透及电解过程中，使用6万循环，表面结构无任何氧化、脱落、损伤现象;单一循环脱水时间<40秒，效率比石墨电极提高一倍以上。
[0019]本实施例的硅化石墨电极可广泛的应用到电渗透污泥处理设备、电脱盐设备、污水处理设备、电解铝设备或充电电池等各个行业的设备中。
[0020]另外，本发明还公开一种硅化石墨的制备方法，其步骤为:选择纯度为99.9999%的硅源和高纯石墨基料(包括各种异形件)为原材料。硅源装入石墨舟皿中后，将石墨舟皿和石墨基料放入真空硅化设备中，硅源在硅化炉中变为液硅后，用机械手将石墨基料放入硅液中进行硅化处理。硅化温度在1200°C-2500°C之间，硅化时间在6-24小时之间，烧结炉真空度在10—3Pa。得到硅化石墨材料，硅元素在硅化石墨中含量在原子比30 %以上。该方法制备的娃化石墨可达到如下性能:娃化层厚度在0.5mm-10mm可控，体积密度2 2.38gcm—3，硬度2 3000Hv，抗压强度2 300MPa，抗折强度2 150MPa，抗拉强度2 50MPa，热膨胀系数<4.4X 10—6/°C，孔隙率 <0.035%，电阻率 <40μΩ.m。
[0021]实施例二:
[0022]一种电极，所述电极材料为娃化石墨，将娃化层厚度3.5mm，硬度3300Hv，抗压强度300MPa，抗折强度2 150MPa，抗拉强度2 50MPa，热膨胀系数< 4.4 X 10—6/°C，孔隙率<0.035%,电阻率25μ Ω.m的硅化石墨制作成电极，包括阳极和阴极。进行加速循环试验，结果显示:该电极在电渗透及电解过程中，使用6.5万循环，表面结构无任何氧化、脱落、损伤现象;单一循环脱水时间<40秒，效率比石墨电极提高一倍以上。
[0023]本实施例的硅化石墨电极可广泛的应用到电渗透污泥处理设备、电脱盐设备、污水处理设备、电解铝设备或充电电池等各个行业的设备中。实施例三:
[0024]—种电极，所述电极材料为娃化石墨，将娃化层厚度4.0mm，硬度3500HV，抗压强度300MPa，抗折强度之150MPa，抗拉强度之50MPa，热膨胀系数< 4.4 X 10—6/°C，孔隙率<0.035%，电阻率30μΩ.m的硅化石墨制作成电极，包括阳极和阴极。进行加速循环试验，结果显示:该电极在电渗透及电解过程中，使用7万循环，表面结构无任何氧化、脱落、损伤现象;单一循环脱水时间<40秒，效率比石墨电极提高一倍以上。
[0025]本实施例的硅化石墨电极可广泛的应用到电渗透污泥处理设备、电脱盐设备、污水处理设备、电解铝设备或充电电池等各个行业的设备中。实施例四:
[0026]—种电极，所述电极材料为娃化石墨，将娃化层厚度4.5mm，硬度4000HV，抗压强度300MPa，抗折强度之150MPa，抗拉强度之50MPa，热膨胀系数< 4.4 X 10—6/°C，孔隙率<0.035%,电阻率35μ Ω.m的硅化石墨制作成电极，包括阳极和阴极。进行加速循环试验，结果显示:该电极在电渗透及电解过程中，使用7.5万循环，表面结构无任何氧化、脱落、损伤现象;单一循环脱水时间<40秒，效率比石墨电极提高一倍以上。
[0027]本实施例的硅化石墨电极可广泛的应用到电渗透污泥处理设备、电脱盐设备、污水处理设备、电解铝设备或充电电池等各个行业的设备中。实施例五:
[0028]一种电极，所述电极材料为硅化石墨，将硅化层厚度5.0mm，硬度4500Hv，抗压强度300MPa，抗折强度之150MPa，抗拉强度之50MPa，热膨胀系数< 4.4 X 10—6/°C，孔隙率<
0.035%，电阻率40μΩ.m的硅化石墨制作成电极，包括阳极和阴极。进行加速循环试验，结果显示:该电极在电渗透及电解过程中，使用8万循环，表面结构无任何氧化、脱落、损伤现象;单一循环脱水时间<40秒，效率比石墨电极提高一倍以上。
[0029]本实施例的硅化石墨电极可广泛的应用到电渗透污泥处理设备、电脱盐设备、污水处理设备、电解铝设备或充电电池等各个行业的设备中。对比实验一:
[0030]选取普通石墨电极，进行加速循环试验，采用相同的条件，结果显示:该石墨电极在电渗透及电解过程中，使用2000循环，表面结构出现氧化、脱落或损伤现象。
[0031]另外，本发明的发明人发现，使用其他金属或者合金材料，对电极的使用寿命影响均不大，但是使用硅化石墨电极后，电极的使用寿命提高几十倍甚至上百倍，大大减小了各种设备的使用成本，并且节省了更换电极耗费的时间和人力成本。
[0032]此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
【主权项】
1.一种电极，其特征在于，所述电极材料为硅化石墨。2.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，所述硅化石墨的硅化层厚度为3.0-5.0_。3.根据权利要求2所述的电极，其特征在于，所述硅化石墨的硬度23000HV，抗压强度> 300MPa，抗拉强度 2 50MPa。4.根据权利要求3所述的电极，其特征在于，所述硅化石墨的热膨胀系数<4.4 X 10-6/°C，孔隙率 <0.035%。5.根据权利要求4所述的电极，其特征在于，所述硅化石墨的电阻率<40μ Ω.m。6.根据权利要求1-5任一所述的电极，其特征在于，所述电极为阳极或阴极。7.—种如权利要求1-6任一所述的电极在电渗透污泥处理设备上的应用。8.—种如权利要求1-6任一所述的电极在电脱盐设备上的应用。9.一种如权利要求1-6任一所述的电极在电解铝设备上的应用。10.一种如权利要求1-6任一所述的电极在充电电池上的应用。
【专利摘要】本发明公开了一种电极及其应用，所述电极材料为硅化石墨，所述硅化石墨的硅化层厚度为3.0-5.0mm，硬度≥3000Hv，抗压强度≥300MPa，抗折强度≥150MPa，抗拉强度≥50MPa，热膨胀系数≤4.4×10-6/℃，孔隙率≤0.035％，电阻率≤40μΩ·m，用硅化石墨制备的电极(包括阳极和阴极)，可在强酸强碱中长寿命工作，而且在电解过程中有高效的催化作用，加速了电渗透反应，极大的提高了工作效率，电极寿命可达到8万循环以上。
【IPC分类】H01M4/24, H01M4/13, H01M4/14, C25C3/12, C02F11/00, C25C3/08
【公开号】CN105489837
【申请号】CN201610041997
【发明人】孙绍杰, 孙博, 孙斌
【申请人】青岛华杰硅碳科技有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2016年1月22日