[发明专利]一种强酸性电解液用气体扩散电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电解材料领域，涉及一种强酸性MnSO₄-H₂SO₄电解液中制备电解二氧化锰(EMD)用的一种节能气体扩散电极。用这种气体扩散电极能大幅提高阴极电位，从而有效的降低槽电压，节约能源。

背景技术

ZL201010578846.5提出了一种节能、环保并安全的电解二氧化锰新方法：电解原理不变，阳极反应也不变，仍使其生产所要求的EMD产品，从电解槽压主要为阳、阴极电位之差，提高阴极电位也可降低电解槽压的原理出发，设想用高电位气体扩散电极(简称GDE)代替传统工艺低电位析氢阴极，阴极反应变成氧气还原反应：O₂+4H⁺+4e^-→2H₂O(E⁰＝+1.229V)，则与原电解技术的析氢还原反应：2H⁺+2e^-→H₂↑(E⁰＝0V)相比，理论电位差高达1.229V，即与采用析氢阴极的传统方法相比，使用氧阴极电解二氧化锰新方法的槽电压理论上可以降低1.229V，同时阴极不会析出氢气也可减少酸雾的产生和爆燃的危险。

目前气体扩散电极主要应用在燃料电池、氯碱工业、合成过氧化氢等方面，研究的主要环境为弱酸性、中性和碱性环境，气体扩散电极在强酸性电解液中的基础研究基本空白。本发明的目的在于提出一种制备节能气体扩散电极的新方法，在强酸性MnSO₄-H₂SO₄电解液中降低生产电解二氧化锰的槽电压，从而降低能耗，避免阴极析出氢气。

发明内容

本发明是关于强酸性MnSO₄-H₂SO₄电解液中制备电解二氧化锰用的一种节能气体扩散电极。适用该工艺的气体扩散电极是一种具有节能的氧气电极，其结构示意图如附图1所示。适用该工艺的电解槽为气液电解槽，电解槽的基本结构已在ZL201010578846.5中提出。

本发明提供一种制备气体扩散电极的方法，气体扩散电极由导电载体、催化层、气体扩散层构成，其制备步骤如下：

(1)催化层的制备 

高温制备团絮状混合物，团絮状混合物由催化剂Pt/C、亲水导电粉末活性 炭、疏水导电粉末乙炔黑、粘合剂聚四氟乙烯和有机溶剂无水乙醇组成，将团絮状混合物压制成一定厚度的薄片，制成催化层，厚度为0.3-0.4mm；

(2)气体扩散层的制备

高温制备团絮状混合物，团絮状混合物由无机造孔颗粒无水硫酸钠、亲水导电粉末活性炭、疏水导电粉末乙炔黑、粘合剂聚四氟乙烯和有机溶剂无水乙醇组成，将团絮状混合物压制成一定厚度的薄片，制成气体扩散层；

(3)将催化层和气体扩散层分别放到导电载体两面，在一定压力和时间下压制所述薄片。

其中导电载体可以是泡沫金属，优选为泡沫镍、泡沫钛。

步骤(1)中的团絮状混合物的组成为：1～15wt％的Pt/C、5～25wt％的乙炔黑、40～80wt％的活性炭、10～30wt％的聚四氟乙烯，团絮状混合物混合温度为60-70℃，薄片厚度为0.3～0.4mm。

步骤(2)中的团絮状混合物的组成为5～25wt％的无水硫酸钠、10～30wt％的乙炔黑、5～30wt％的活性炭、15～50wt％的聚四氟乙烯，混合温度为60～70℃。气体扩散层薄片厚度为0.4～0.5mm。

步骤(3)中所述薄片是将催化层、气体扩散层和导电载体一起挤压。通过冲压装置来实施，压力优选为5～20MPa，时间优选为3～8min。

可以通过固定模型、团絮状混合物的量和压力来控制催化层、气体扩散层的厚度。

本发明方法制备的气体扩散电极适用于酸性电解液，尤其适用于强酸性MnSO₄-H₂SO₄电解液。电解强酸性MnSO₄-H₂SO₄电解液制备电解二氧化锰(EMD)时使用这种气体扩散电极替代析氢阴极可以大幅降低槽电压，节约能源。

附图说明

附图1为气体扩散电极的结构示意图

1-催化层厚度为0.3-0.4mm；

2-导电骨架厚度为0.1-0.2mm；