[发明专利]一种具有亚氧化钛中间涂层的电极材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有亚氧化钛中间涂层的电极材料，属于湿法冶金和电化学冶金技术领域。

背景技术

随着人类对可持续发展的深入了解，绿色工业技术以及工艺日益受到重视。“十二·五”规划的中，对节省资源、环境的保护以及节能降耗提出了更高更严峻的要求，湿法冶金工业作为有色金属行业中是资源、环境以及能源的消耗大户，倍受各方面的关注。然而，电极作为湿法冶金工业中的核心主体以及重要装备，被人们誉为电化学反应体系的“心脏”，其直接影响到电化学反应过程的成败，而且电极的性能成为关系整个电解系统的关键因素之一。

就目前国内外的研究现状来看，众多研究者对新型电极材料开展了广泛而深入的研究。金属铝因其具有的良好导电性，以及即使在电沉积过程中被浸蚀也不会毒化电解液、污染阴极析出产品等特性，因此其受到了研究者们的广泛关注。然而，所有的研究均未能解决在长期电沉积过程中新生态氧原子和酸液沿着涂层孔隙扩散到基体表面形成氧化物绝缘层或基体被浸蚀使阳极失效等问题。因此，如何进一步的提升新型电极的性能，就需从如何降低涂层电极基体的电阻率，同时保护低电阻率的基体在电沉积过程中不被浸蚀的问题入手。

受到钛基贵金属氧化物涂层（DSA）的启发，人们试图在钛基体表面涂覆铅、锰氧化物以及稀贵金属氧化物作为表面催化活性涂层的新型钛电极，以此降低钛电极的成本和拓宽其在析氧型的硫酸体系中应用。然而，该电极使用时，硫酸体系中强氧化型溶液会通过涂层的孔洞浸蚀到钛基表面生成二氧化钛钝化层，致使钛基体与涂层间的内阻增大，电极性能下降。因此，要进一步提高钛基涂层电极的性能，则需添加中间过渡层，从而保护钛基体不被腐蚀和氧化。亚氧化钛（Ti₄O₇）较其稳定结构的二氧化钛（TiO₂）失去了部分的氧，而具有了很强的活性，从而满足了其作为电极材料使用的活性要求。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供了具有亚氧化钛（Ti₄O₇）中间涂层的的电极材料，该复合材料的内阻小、耐蚀性强、导电性能好。

本发明所述具有亚氧化钛中间涂层的的电极材料由基体金属板材1的外表面依次涂覆有中间层亚氧化钛（Ti₄O₇）2和表面活性涂层3制备得到（如图1所示），中间层亚氧化钛2的厚度为0.5～2mm，表面活性涂层3为0.2～1mm高活性廉价金属氧化物涂层或者12~20μm高活性稀贵金属氧化物涂层。

本发明所述基体金属板材1为钛板材、铝板材、钛合金或者铝合金板材，厚度为0.5～5mm。

本发明所述高活性廉价金属氧化物涂层的主要成分及质量百分比为二氧化铅70%~90%，二氧化锰10%~30%，稀土氧化物为0.1%~5.0%。

本发明所述高活性稀贵金属氧化物涂层的主要成分及质量百分比为：二氧化钌10%~15%，二氧化钽8%~12%，二氧化锡30%~40%，二氧化钛40%~50%。

本发明所述中间层亚氧化钛2（Ti₄O₇）的涂覆方法为热轧-热压扩散焊接、电弧（或氧乙炔）喷涂、等离子喷涂、离子束溅射等方法；表面活性涂层3是采用电镀方法制备高活性廉价金属氧化物涂层或采用热分解法制备稀贵金属氧化物涂层。

在层状复合材料中，中间包覆层亚氧化钛（Ti₄O₇）既是作为内芯金属的防腐保护层和电子传输层，不仅避免了因基体在电解过程被电解液浸蚀和电解过程中产生的氧离子发生反应而导致的涂层失效，而且中间过渡层的选择可实现基体、涂层与其形成固溶体，形成了连续、稳定的结合状态，间接地增强了涂层与基体的结合强度，防止了涂层的脱落失效，保证了涂层的使用寿命。而且，材料结构的改变对电极电流的传输方式也产生了一定影响，其可充分发挥内芯金属优异电化学性能，以其作为电极的集流载体和导电通道，结合具有优异导电性能的中间层，可起到降低电极内阻、加快电子在电极中的传输速度、降低电极电位和均化电流分布的作用。