[发明专利]一种楔形螺旋曲面电极及其制备方法

说明书

一种楔形螺旋曲面电极，电极本体为弯曲的矩形片，沿阿基米德螺旋线进行弯曲；电极由两片相互贴合的铜片和铝片组成，铜片贴合在内侧；在铜片的内表面分布有间隔排列的、依楔角布置的气泡运输区和亲水反应区，其中气泡运输区的宽度随电极的阿基米德螺旋线的极角减小而增大。本发明能使微小气泡在电极表面快速脱离，减少因气泡粘附而产生的反应死区，避免了因气泡变大后而产生的死区面积波动、电解质扰动；提高了电化学反应速率、增大原电池电流及提高电流稳定性。

技术领域

本发明涉及一种电极，特别涉及一种楔形螺旋曲面电极及其制备方法。

背景技术

随着需求的越来越大，一种能够有效提高输出电流的方式显得格外重要，同时很多精密的仪器要求电池的输出更加稳定。而水电解中的析氢反应作为水电生产最有前景的方法之一，引起了众多科学家的关注。在析氢反应中，气泡粘附在电极表面会严重影响电极与电解质的直接接触，进而导致电极死区的产生和欧姆电阻的下降，电化学反应速率会显著降低，因此及时地除去电极上的气泡是提高电化学反应的效率的有效方法。

传统去除电极上气泡的方法有物理方法和化学方法两种，例如超声波处理和超重力处理，这两种方法需要添加辅助设备，但是仅能使气泡脱离电极表面，没有精确的运输过程；再比如在电极表面构建微/纳米结构的方法，气泡需要自行汇聚为大气泡才能脱离电极表面。这些方法都可以使形成的气泡获得脱离电极表面的能力，但都是将气泡直接释放到电解液中，这样会对电解过程产生不良影响，比如气泡的剧烈释放会扰乱电化学反应过程，同时直接释放到电解液中的气泡会增加相应气体在电解液中的浓度，导致实际操作中的安全问题。

发明内容

为解决现有技术的不足，提供一种楔形螺旋曲面电极，这种电极能快速输运气泡、有效减少反应死区和提高电流稳定性。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种楔形螺旋曲面电极，电极本体为弯曲的矩形片，沿阿基米德螺旋线进行弯曲；电极由两片相互贴合的铜片和铝片组成，铜片贴合在内侧；在铜片的内表面分布有间隔排列的、依楔角布置的气泡运输区和亲水反应区，其中气泡运输区的宽度随电极的阿基米德螺旋线的极角减小而增大；气泡运输区表面喷涂有超疏水溶剂及湿滑剂。

上述的楔形螺旋曲面电极，最大的极角为π。

一种楔形螺旋曲面电极的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，铜片粗糙化处理：用200目的砂纸对铜片表面进行研磨，用蒸馏水和乙醇冲洗铜片，然后用氮气干燥；

步骤二，用带有楔形孔的掩模板覆盖于干燥后的铜片表面，对掩膜板的楔形孔喷洒超疏水溶剂，使铜片表面形成气泡运输区；

步骤三，分别将铜片、铝片放置在螺距为a、θ的值在0到π阿基米德螺旋曲面上，沿曲面对铜片进行弯曲，并退火处理，再将铜片和铝片贴合形成电极；

步骤四，在铜片的外表面滴加适量的湿滑剂进行浸润，再将未浸润的湿滑剂吹走。

上述的一种楔形螺旋曲面电极的制备方法，在步骤二中，采用glcao液体作为超疏水溶剂。

向掩膜板的楔形孔喷洒超疏水溶剂，将电极铜片的内表面划分为间隔的亲水反应区和气泡运输区，喷洒了超疏水溶剂的楔形孔对应气泡运输区，掩膜板被遮盖的未喷洒超疏水溶剂的为亲水反应区，两个区有着不同的亲水性，气泡运输区由于喷洒了超疏水溶剂其亲水性比亲水反应区的亲水性要小。

两个区的亲水性的不同，造成了与电解液的反应速率不一样，亲水反应区的反应速率更快，同时气泡运输区上不停地运输气泡，会抑制气泡运输区的反应，所以从宏观上来看气泡运输区只运输气泡，亲水反应区负责与电解液的反应。

本发明中，亲水反应区使用惰性电极。