[发明专利]一种低银含量Pb-RE-Ag合金电极

说明书

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种低银含量Pb-RE-Ag合金电极。

背景技术

铅合金电极极的使用已有上百年的历史。由于其能在表面形成氧化物膜而具有耐腐蚀性，广泛使用于电解沉积，电镀，废水处理，有机电合成等领域。

铅合金电极需要具有以下性能，(1)良好的导电性；(2)耐腐蚀性强；(3)机械强度和加工性能好；(4)寿命长；(5)对电极反应具有良好的电催化性能。

目前已相继开发出Pb-Ca，Pb-Sn，Pb-Sb，Pb-Ag，Pb-Ag-Co，Pb-Ca-Al-Sn，Pb-Ag-Ca-Sr，Pb-Ag-Ca-Al-Sn-RE等合金电极。但这些电极大多存在以下问题：(1)力学性能差，易蠕变、挠曲引起阴、电极短接，造成阴极电流效率下降，电极局部腐蚀严重；(2)电极析氧电位高，使电积过程槽电压高，电能效率低；(3)电极腐蚀率大，腐蚀产品污染电化学过程产品。

在这些电极中，Pb-Ag合金电极综合性能最好，然而，铅银电极中的贵金属银的含量一般达到了0.8～1.0wt.％，占整个电极原料成本的80％以上，增加了固定资产投资。近年来相继发明了系列三元、四元、甚至八元等多元铅基合金电极。这些合金电极不但成分复杂、而且大多是在机械性能、耐腐蚀性能和电化学性能之间相互折中，综合性能还不能满足在工业条件下长时间、低能耗服役的要求。因此急需开发出一种具备机械强度高、耐腐蚀性强、析氧电位低和电极成本低的长寿命Pb合金电极。

稀土元素具有“工业味精”之称，少量的加入即可显著的改变合金的性能。目前，已经有下列铅-稀土系列合金Pb-Al-Sn-RE、Pb-Sn-RE、Pb-Sn-Ce、Pb-Cd-Sb-Sn-RE、Pb-Ca-Al-Sn-Bi-RE、Pb-La-Ce-Sb-As-Sn-Se-S-Cu等被申请专利并用作铅酸蓄电池的合金板栅。还有Pb-Ag-Ca-RE、Pb-Ag-Ca-Al-Sn-RE、Pb-Ag-Ca-Sr-Ce、Pb-Sn-Co-RE等被申请专利并用作有色金属电沉积用电极板。上述铅酸蓄电池用Pb合金板栅，由于主要起到活性物质载体和集流体的作用，在功能作用、性能指标、合金成分及制造工艺等方面与金属电沉积、废水处理、电镀、有机电合成用的Pb合金电极有显著差异。而上述电沉积用电极中，所用合金均是以Pb-Ag合金为主体，在传统Pb-Ag合金的基础中加入Ca、Al、Sn、Cr和Co等其它合金元素，试图进一步提升Pb-Ag合金电极的性能或部分降低Ag含量，但都存在部分性能提升的同时牺牲了Pb-Ag合金的其他性能，在低Ag含量下难以获得综合性能满足要求的Pb合金电极。如：Ca的加入虽然提高了合金的强度，但在实际使用过程中，电极表面生成的阳极泥易结壳，造成阳极电位升高和阴阳极短接等问题。为此，一般将RE作为一种辅助合金元素添加，以解决其它合金元素添加所引起的问题或难以解决的缺陷，结果表明RE的添加虽然使合金的性能有所提升，但由于这些合金成分复杂，多种合金元素之间相互制约，较低含量的RE添加仍无法解决这些多元合金所存在的系列固有缺陷。同时，合金成分越多，合金的导电性降低，合金物相、结构难以控制，给合金的铸造过程带来难度。此外，多元合金之间相互反应形成的新物相有可能降低单组份的性能改善能力，最终导致RE的浪费。

基于此，需要应用合金设计理论，根据实际需要合理添加合金元素，达到既降低合金中Ag含量，又提高电极的综合性能的目的。本专利正是以此为出发点，利用部分RE元素(La，Ce，Nd，Sm，Eu，Tb，Dy，Ho，Er，Dm，Yb，Lu和Y)对金属Pb的力学性能和耐腐蚀性能具有显著的改善作用，筛选合适的RE元素的种类和含量。在此基础上结合Ag可以显著提高Pb合金析氧电催化活性和导电性能的特点，在Pb-RE合金中加入少量的Ag，充分发挥两者的协同作用，开发一种Ag含量较低且兼具良好力学性能、良好耐腐蚀性能和良好电化学活性的Pb-RE-Ag三元合金电极。该型合金在大幅度降低银的含量(降低电极成本)的前提下，获得比传统Pb-Ag合金及多元合金更优的综合性能。此外，本专利在优选的三元Pb-RE-Ag合金电极的基础上，根据应用环境的不同，有针对性的增加其他合金元素，在保障基本综合性能的前提下进一步提升某些特定性能。

发明内容

本发明针对现有铅合金电极的不足，提出了一种具有高机械强度、高耐腐蚀性能、良好的电化学性能、低成本的低银含量Pb-RE-Ag合金电极。

本发明一种低银含量Pb-RE-Ag合金电极，包括下述组分按重量百分比组成：