[发明专利]用于电解工艺的电极及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于电解工艺的电极，特别涉及一种适合用于在工业电解工艺中析氢的阴极，并且涉及一种制造其的方法。

发明背景

本发明涉及一种用于电解工艺的电极，特别涉及一种适合用于在工业电解工艺中析氢的阴极。用于同时生产氯气和碱的碱盐水电解以及电化学生产次氯酸盐和氯酸盐的工艺是具有阴极析氢的工业电解应用的最典型实例，但是该电极不限于任何特定的应用。在电解工艺工业中，竞争力与几个因素相关联，其中主要的是能量消耗的减少，这直接与过程电压相关联；这证明了致力于减少后者（阴极过电压必须被算作其中之一）的各种组成部分的许多努力是正确的。阴极过电压，可以通过没有催化活性的、具有化学上耐受的材料（例如碳钢）的电极来自然地获得，长期被认为是可接受的。然而，在特定的情况下，市场要求越来越高的苛性产物浓度，这利用了由于腐蚀问题而不可行的碳钢阴极；此外，能量成本上的增加利用了可取的催化剂以促进阴极析氢。一种可能的解决方案是使用的镍基底（比碳钢在化学上更耐受）以及铂基催化涂层。此种类型阴极的特征通常为可接受的阴极过电压，然而由于铂的使用和有限的运行寿命（很可能是由于涂层与基底的不良粘附性）而呈现出非常高的成本。通过将铈添加至催化涂层配制品（任选地作为对下面的铂基催化层具有保护性功能的多孔外层）中可以获得镍基底上催化涂层的粘附性的部分改进；然而，在工业设备出现故障的情况下不可避免地产生了偶然电流反向之后，该类型的阴极倾向于遭受严重的损坏。

通过用由两种不同的相（一个第一相包含贵金属基催化剂并且一个第二相具有保护性功能，该第二相包含钯，任选地与银混合）组成的一个涂层来活化该镍阴极基底，可获得电流反向耐受性的部分改进。然而，该类型的电极仅仅在该贵金属相包含高量值的铂（优选其中显著添加了铑）的情况下才呈现出充分的催化活性；例如，在催化相中用更廉价的钌替代铂必然突然开始显著较高的阴极过电压。此外，制造由两种不同相组成的涂层需要极其细致的工艺控制以便获得充分可重复的结果。

因此，对用于工业电解工艺、特别是用于具有阴极析氢的电解工艺的一种新型阴极组合物的需要变得明显，与现有技术相比，该新型阴极组合物的特征为相等或更高的催化活性、更低的原材料总成本、制备过程中更高的重复性以及在通常运行条件下相等的或更高的寿命以及对偶然电流反向的耐受性。

发明概述

在所附的权利要求中阐述了本发明的各个方面。

在一个方面，一种用于电解工艺的电极包含一种金属基底，该金属基底例如由镍、铜、或碳钢制成，并且涂覆有一个外部催化层，该外部催化层包含4g/m²至40g/m²晶体钌氧化物，该晶体钌氧化物具有一个高度有序的金红石型结构，即，具有特征为小于的德拜-沃勒因子的Ru-Ru和Ru-O键长。诸位发明人观察到金红石型RuO₂晶体的此种高度有序能够给予出人意料的催化活性和电流反向耐受性的特征。

在一个实施例中，该外部催化层进一步包含1g/m　至10g/m　处于氧化物形式的稀土元素，任选地镨。对于给定的钌负载而言，这可以具有进一步增加的电流反向耐受性的优点。

在一个实施例中，该电极进一步包括一个插入在该基底与该外部催化层之间的内部催化层；该内部催化层具有适量的处于金属或氧化物的形式的铂，例如介于0.5g/m　与2g/m　之间。这可以具有以下优点：明显地改进电极对电流反向的耐受性、出人意料地使它达到与用高量值的纯铂（更坚固，但比钌昂贵得多）激活的电极的那些特征非常接近的值。

在一个实施例中，该金属基底由一个镍网状物或冲孔片材组成。