[发明专利]镍电极，制备镍电极的方法，及镍电极的用途

说明书

本发明涉及一种镍电极，包含具有镍丝或格子状的、包含网的镍扩张网的导电的镍网，以及具有互相黏附的球形的纳米多孔镍颗粒的镍层；的纳米多孔镍颗粒仅施加至镍网的丝或仅施加于镍扩张网的网，镍电极可通过包含以下步骤的方法获得：a)提供球形氢氧化镍颗粒；b)在还原气氛中，于270℃至330℃的温度下部分还原的球形氢氧化镍颗粒，以获得部分还原的球形Ni/NiO颗粒；c)由所获得的Ni/NiO颗粒、有机和/或无机粘合剂、表面活性剂，和可选的另外的佐剂制备糊剂；d)将糊剂以涂层的形式涂覆到导电的镍网或镍扩张网上；以及e)在还原气氛中，于500℃至800℃的温度下回火被涂覆的镍网或镍扩张网。

技术领域

本发明涉及具有球形的纳米多孔(nanoporous)的镍颗粒的高表面积镍层的镍电极，其制备方法及其用途，尤其是其作为水电解的电极的用途。

背景技术

一般而言，除非在高温下施加接触压力，否则难以生产能够牢固粘附于镍片上的镍颗粒层；所形成的镍颗粒层通常很容易从载体处再次分离。由于需要高温下的高接触压力，因此烧结工艺复杂而昂贵。自1928年以来，烧结镍电极一直尤其地被用于镍镉可充电电池(nickel-cadmium rechargeable batteries)中，其要求的烧结温度范围为800-1000℃(AK Shukla,B Hariprakash,SECONDARY BATTERIES–NICKEL SYSTEMS,Electrodes:Nickel.，第407页，Elsevier,2009)。

US4,605,484描述了一种用于产生氢气的电极，其包括导电基底，该导电基底上具有由铬组分和选自镍和钴中的至少一种金属的氧化物所组成的涂层。使用一种复杂的等离子喷涂工艺，通过熔融喷涂(melt spraying)生产该涂层。

EP0226291A1描述了延长用于产生氢气的电极的使用寿命的方法，该电极包括导电基底和金属氧化物涂层；在氢气生成过程中，将金属组分(例如钛或铌)添加到碱性电解质中。该电极表面的金属氧化物涂层可通过例如等离子喷涂或火焰喷涂(flame spraying)制备。

DE2002298描述了一种用于通过在金属基底上施加多孔镍层来制备用于电解工业用水的电极的方法；该多孔镍层在碱金属碳酸盐或碱金属碳酸氢盐的水溶液中被阳极氧化，由此形成的氧化产物随后被还原为精细分布的金属镍。通过将金属镍火焰喷涂或电弧喷涂(arc spraying)到粗糙化的金属基底上制成该多孔镍层。

可商业购得各种各样的镍电极。例如，已知具有棒状镍颗粒的镍烧结电极(参见Morioka Y.，Narukawa S.，Itou T.，Journal of Power Sources 100(2001)：107-116中的图1)、具有蜂窝状结构的镍泡沫电极(见图2)或具有圆柱体镍纤维的镍纤维电极(参见OhmsD.，Kohlhase M.，Benczur-Urmossy G.，Schadlich G.，Journal of Power Sources 105(2002):127-133中的图3)。

上文提及的、可商业购得的镍电极被用作电池的电极，并被优化以接收活性物质。

US4,300,993描述了一种用于具有多孔表面的、用于碱性电解的镍电极的制造方法，其中将镍粉或含镍合金的粉和粘合剂的悬浮液施加到钢板载体上并干燥，随后在高温下烧结涂层，并在该烧结层上电解沉积镍/锌合金，然后通过浸入苛性溶液，从镍/锌合金中提取锌，从而在电沉积材料中产生孔隙。镍或铁的丝网(wire mesh)可以用作金属基底。

用于制造电极的金属网的常规金属涂覆工艺通常导致网孔(mesh openings)的不期望的填充或密封，尤其是在较小的丝间距(wire spacing)的情况下；这严重阻碍了气体的传输。另一方面，期望在镍电极中获得尽可能大的表面积以及良好的气体传输，以便在用于水解器(hydrolyzers)中时提高生产率。

发明内容

发明目的