[发明专利]一种具有铁酸锂保护膜的铁基惰性阳极及其制备方法、应用

说明书

本发明涉及一种具有铁酸锂保护膜的铁基惰性阳极及其制备方法和应用，该铁基惰性阳极内层为纯铁或铁基合金外层为铁酸锂氧化物层，由纯铁或铁基合金在含锂熔融碳酸盐中电化学阳极氧化制备得到。本发明提供的铁基惰性阳极具有良好的电子导电性、优异的析氧催化性能、高的稳定性和良好的抗热震性，并且价格低廉易于加工，可用作以碳酸盐为主要成分的高温熔盐电解体系中稳定的析氧惰性阳极。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种具有铁酸锂保护膜的铁基惰性阳极及其制备方法和应用。

背景技术

高温熔盐电解质以其高的离子传导速率、宽的电化学窗口等优点在冶金领域得到广泛应用。熔盐电解技术在冶炼金属中发挥重要作用，工业上铝、镁、稀土金属、碱金属和碱土金属的冶炼大多采用熔盐电解技术。近年来，用于冶金、资源和环境领域新的熔盐电解技术也不断出现，如熔融氧化物电解还原制备液态金属技术、熔盐电解固态氧化物冶金技术、熔融盐捕集CO₂并将其电化学转化为碳或一氧化碳与氧气的工艺，等等。涉及到的熔盐电解质体系包括氟化物盐、氯化物盐、氧化物盐、氢氧化物盐、碳酸盐等。

传统的熔盐电解用阳极大多为消耗性石墨阳极，不但排放大量的二氧化碳，而且增加了电解体系的能耗，同时还会排放有毒气体，不能够满足现代工业体系节能环保的要求。开发能够在熔盐体系中稳定析氧的惰性阳极，来替代碳素阳极具有重要的意义。

目前熔盐电解体系中研究较多的惰性阳极有贵金属阳极(如铂、金、铱)和陶瓷阳极(如二氧化锡、氧化钌、铁酸镍)。贵金属由于在地壳中丰度较低、价格昂贵，不适合应用于工业化生产。陶瓷由于其导电性差、抗热震性差、不方便加工与连接等缺点，也不便于工业化生产。金属材料以其好的电子导电性、优异的机械性能、好的抗热震性能、方便加工与连接等优点，被认为是最有希望的惰性阳极材料。但是熔融盐存在腐蚀性强、温度高、阳极氧化性强等特点，普通金属材料常常发生腐蚀或者活性溶解，不但造成阳极损坏而且污染阴极产品。针对特定的熔盐电解体系和技术发展的需求，提高价廉易得普通金属材料的阳极稳定性和析氧催化活性，是一个既具有巨大挑战性又具有重要实际意义的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种具有铁酸锂保护膜的铁基惰性阳极及其制备方法和在高温熔盐电解体系中的应用。相比于传统阳极材料，本发明提供的惰性阳极具有良好的电子导电性、优异的析氧催化性能、高的机械和化学稳定性、良好的抗热震性、低廉得价格并且易于加工等优点。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种具有铁酸锂保护膜的铁基惰性阳极，由铁基体或者铁基合金基体与包覆在基体表面的铁酸锂氧化层组成。

作为优选方案之一，所述铁基合金基体中铁的质量分数大于51％，其余金属成分包括铝、钛、镁、铬、锰、镍、锡中的一种或多种。

优选的，所述铁酸锂氧化层由LiFeO₂、LiFe₅O₈中的至少一种构成。

上述铁基惰性阳极的制备方法包括以下步骤：以铁基体或者铁基合金基体为阳极，在含锂熔融碳酸盐中经电化学阳极氧化，得到具有铁酸锂保护膜的铁基惰性阳极。

上述方案中，所述含锂熔融碳酸盐具体为碳酸锂，或者由碳酸锂与碳酸钾、碳酸钠、碳酸钙中的一种或多种混合形成的混盐。

优选的，所述含锂熔融碳酸盐具体为Li₂CO₃-Na₂CO₃-K₂CO₃，各组分的摩尔比依次为43.5:31.5:25。

上述方案中，阳极在含锂熔融碳酸盐中采用恒槽压电解或恒电位电解或恒电流电解的方式进行电化学阳极氧化，电解温度控制在500℃-1000℃之间，电解时间控制在4分钟-100小时之间。