[发明专利]电极

说明书

提供一种用于电化学电池的电极，其包括基质和电极材料。所述电极材料包括电催化剂和固态玻璃相，所述固态玻璃相将所述电催化剂粘合到所述基质上。本发明的电极更耐用，和可以通过比制备传统电极所要求的更简单、更快的技术生产，并且可以结合更多的电催化材料。

技术领域

本发明涉及用于电化学电池的电极，所述电化学电池在电解反应例如用于水消毒的电解氯化反应中特别有用。本发明还提供制备所述电极和电化学电池的方法以及所述电极和电化学电池的用途。

背景技术

电化学水处理是水消毒的有效方法。所述应用包括使饮用水、泳池水和工业冷却水消毒。

在电化学水处理中，使电极(至少一个阳极和一个阴极)与待处理的水接触。在两电极间施用DC电流使水电解。在含有低浓度溶解离子或其它杂质的水中，消耗电流的主要电化学反应如下。

在阳极处，主产品为氧，伴随着阳极附近的水酸化：H₂O→2H⁺+2e^-+1/2O₂。

在阴极处，形成氢和阴极附近的水变碱性：2H₂O+2e^-→H₂+2OH^-。

如果为含氯离子的水施用电化学处理，消毒处理导致水中含的氯离子通过电化学产生次氯酸根和/或次氯酸。消毒剂次氯酸/次氯酸根在阳极在上述氧析出反应的副反应中产生。在以这种方式设计的水消毒电化学系统中，次氯酸(HClO)和次氯酸根离子(ClO^-)浓度的总和称作“游离氯”。该方法称作电解氯化反应。

电解氯化反应方法中所应用的阳极通常为DSA(RTM)(形稳阳极)。DSA通常通过用含电催化剂材料的前体的溶液重复喷涂或涂布基质、随后在空气中热分解以形成所需要的氧化物电催化剂而制备。例如，为了制备二氧化钌电极，在基质(如钛基质)的表面上施用氯化钌溶液，随后在空气中热分解以形成二氧化钌。施用溶液然后热分解的步骤重复多次，以在基质上累积足够厚的层。因此形成DSA是耗时的。由于需要强酸通过反应-离解而将涂层粘合到基质上，制备DSA的方法也是不方便的。另外，由于其制备方法，DSA限于盐形式的催化材料。DSA在参考文献1和2中进行了讨论。

商用DSA通常为钌、铱和钛和/或其它阀金属、氧化物的混合物。活性涂层铺到基质如钛金属上。通常需要多达40次的重复金属盐施用和热分解步骤来产生所述电极。

发明内容

本发明人令人惊奇地发现通过比制备常规DSA所需更简单、更快速的技术可以提供用于电化学反应如电解氯化反应的活性耐用电极。这通过向基质施用含电催化剂和玻璃粉的电极配制物并烧制所述电极配制物使所述玻璃粉聚结来实现。这种方法也可以形成电极，与由DSA形成所达到的相比，所形成的电极包含更多的催化剂材料。正如如下实施例所述，通过向基质施用一层或多层电极配制物可以达到所需要的电催化剂负载量，但只需要单个烧制步骤来达到所需水平的电化学活性和耐用性。因此，本发明提供用于电化学电池的电极和生产这种电极的方法。

参考文件3描述了含至多5wt％硼硅酸铅粉的浸涂IrO₂-RuO₂膜。涂层通过浸涂Ti/TiO₂基质、在150-190℃的温度下干燥15-25分钟、然后在550-750℃的温度下退火10-20分钟而形成。重复浸渍和退火过程以获得所需的膜厚度。

本发明人发现，即使应用比参考文献3所采用的更大量的玻璃粉和在形成固态玻璃相的用量下将电催化剂粘结于基质上，却令人惊奇地可以提供具有电化学活性和可以通过更简单的方法制备的高度耐用电极。