[发明专利]用于电解池的金属池元件材料的涂层

说明书

本发明涉及一种阴极半壳体，其中这些金属组件具有以权利要求1的前序部分为特征的特定导电涂层。

在电化学过程中，化学反应是由外部电流所控制。在电化学电池中，需要导电的、稳定的、廉价的导体来传输电子。在此，镍已被证明是一种理想的电极材料。但是，缺点是当电极在氧化镍或氢氧化镍物种形成的电势范围内工作时，形成不良的或不导电的镍表面。由于这些低电势水平，氧化物或氢氧化物的形成发生在许多过程中。

在镍表面的欧姆损耗损害了整个系统的效率，例如锌/空气和镍/金属氢化物电池，在氯碱电解中的氧阴极或在碱性燃料电池中的氧电极。

当纯镍用作电解的析氧电极时，这些不良或不导电的氧化物或氢氧化物层是阻碍性的。但是即使在以下系统中绝缘层也具有负面影响：其中作为导电网状物、多孔金属网或片材，镍与催化活性物质如碳，镀铂碳等接触。例如，氧化物或氢氧化物层妨碍最佳的电流，即使是使用氧气消耗电极（Sauerstoffverzehrelektroden），因此需要一些措施以改善或维持在工业电解中的导电性。

文献中，在Marcel Pourbaix的“水溶液中的电化学平衡图集（1974）”中，记录着许多关于电化学稳定性的图表。Pourbaix的结果表明，在13至15的pH条件和阴极电势高于约0.4-0.6V（相对于NHE测量）下，在电负载下使用氧气消耗阴极的氯碱电解过程中，发生了已知的处于钝化形式的氧化镍的形成。

氯碱电解池的启动和关闭引起的另一个问题是，当约0.6V的中等电势（相对于NHE测量）通过时，可溶性氢氧化物形成。由于Pourbaix图无法作出有关动力学的陈述，由于分解反应（即腐蚀）导致无法预测这些氢氧化物的实际形成。因此，需要实际电解测试以便在氧化条件下，如在使用氧气消耗阴极的氯碱电解的情况下确定镍的行为。

各种专利说明书，例如EP1033419B1或EP1092789A1描述了用于使用氧气消耗阴极的氯碱电解的电解池，其中镍被用作在阴极侧的金属组件的材料。没有说明处于非导电氧化物或氢氧化物的化合物形成形式的镍的腐蚀稳定性。

EP1041176A1描述了一种使用气体扩散电极的电解池的方法，为了最小化通过用于电流分布的金属组件在电流供应到氧气消耗阴极（在此称为气体扩散电极）过程中的欧姆损耗。它已经包括对具有优良的导电性且实施为金属的涂层的描述。没有给出特别是关于其腐蚀稳定性的进一步细节。

DE102004034886A1描述了一种用于生产导电氧化镍表面的方法。在这里，氧化镍表面的不良导电性通过在过氧化氢的存在下在低温条件下随后用碱金属氧化物的化学掺杂得到显著改善。该应用因此特别适用于在燃料电池、蓄电池和氯碱电解的工作条件。

在DE102004034886A1中描述的方法首先被成功地用于使用氧气消耗的实验室氯碱电解池的工作。氧气消耗阴极（其制造在例如EP1402587B1或DE3710168A1中进行描述）被用于此。这些电极包括导电载体，通常是镍线网，其上已经轧制银/PTFE或氧化银/PTFE混合物制成的催化剂条带。气体扩散电极的载体与镍电流分配器电接触，按照DE102004034886A1中描述的方法，其导电性得到了改进。在这些实验室池的工作过程中，没有检测到电压的上升或以镍分解的形式的腐蚀迹象，尽管该池被反复关闭，因此可以假定DE102004034886A1描述了一种用于保护镍免受腐蚀的有效方法。

EP1601817A1描述了一种商业开发的和用于传统氯碱电解的电解池。US7670472B2描述了一种表示在阴极室的设计配置的电解池，其允许电解池用于通过氧气消耗阴极来工作的氯碱电解。

在EP1601817A1中所描述的电解池的设计是在US7670472B2的技术特征的基础上进行改变，以便允许所得的电解池用于通过氧气消耗工作的氯碱电解。对于此，一种由镍载体组成的电极，该镍载体上已轧制有氧化银和PTFE制成的催化剂条带，如在DE3710168A1中大致描述的，被用作氧气消耗阴极。位于阴极室中的氧气消耗阴极的电流供给是以这样的方式实现的：平行于阴极的后壁放置的薄片式支承结构已经插入，所述结构经由通过焊接接头来竖直布置的接片而电连接到该后壁。一个弹性元件附接到这个支撑结构，以便当该池的阴极半壳体和阳极半壳体拧在一起时，与氧气消耗阴极的载体网创建压力连接，从而确保电接触和均匀的电流分布。这种弹性元件在各种专利说明书中已经有所描述，例如在EP1446515A2，特别是在EP1451389A2中，并包括金属线制成的各种可压缩层，这些层以夹心地压在一起的方式确保弹性。