[发明专利]定向气体输运电极及其制备方法与用途及包含其的电解池

说明书

本发明公开了一种定向气体传输的定向气体输运电极，所述电极由导电基底和所述导电基底两面负载的亲气层和催化剂层构成，所述催化剂层的气泡接触角为90‑110度，所述导电基底具有当量直径为30‑80微米的贯穿孔道。本发明还公开了上述电极的制备方法和用途。本发明还公开了一种包含其的电解池。本发明的电极可对电解产生的气泡产生定向引导的意外效果。气泡从所述电极的疏气面穿过所述导电基底的贯穿孔道，迁移至亲气面。本发明的电极具有两个有益效果：(1)避免电解产生的气泡在电极催化剂层的粘附，从而提高了电极的工作效率；(2)防止气泡在电解液中的随意扩散，可以定向收集气体。

技术领域

本发明属于电极制备领域，特别涉及一种定向气体输运电极及其制备方法与用途及包含其的电解池。

背景技术

很多电化学反应都涉及到气体的析出，在反应过程中如果产生的气泡不易从电极表面上脱附，就会聚集在电极表面形成气膜，覆盖反应位点，影响电极的工作效率。目前，主要依靠对电极做浸润性处理降低电极对产生气泡的粘附力，处理方法包括在电极表面构建阵列化结构、在电极表面修饰低表面能的物质等。这些方法往往处理过程比较复杂，且气泡仍然会在电极表面长大到一定尺寸后再逸出，气泡的脱附过程也可能会损坏催化剂的结构，最终影响电极的活性。且在零(微)重力条件下，产生的气泡会粘附在电极表面，将会影响电解反应的进行。

为了解决上述问题，提出本发明。

发明内容

本发明提供一种定向气体输运电极，所述电极由导电基底和所述导电基底两侧负载的亲气层和催化剂层构成，所述催化剂层的气泡接触角为90-110度，所述导电基底具有当量直径为30-80微米的贯穿孔道。

优选地，所述导电基底为不锈钢网，所述网孔当量直径为30-80微米；或者所述导电基底为多孔导电材料，所述多孔导电材料的孔径为30-80微米。

优选地，所述催化剂层为铂碳层或铱碳层。

优选地，所述亲气层为聚四氟乙烯层。

优选地，所述定向气体输运电极中的聚四氟乙烯分布密度在垂直于多孔电极平面方向上具有梯度。

所述定向气体输运电极在垂直于多孔电极平面方向，从疏气层到亲气层，亲气性能逐渐提高，对气体具有从疏气层到亲气层方向的牵引力。

其原因是，亲气处理方法为对所述导电基底的其中一面喷射聚四氟乙烯溶液，由于所述导电基底具有一定的厚度，造成距离喷射源较近的导电基底内侧负载的聚四氟乙烯溶液较多，沿着孔道方向向外，孔道内侧由于浸润作用负载的聚四氟乙烯溶液较少，因此从疏气层到亲气层，亲气性能逐渐提高。

本发明第二方面提供一种第一方面所述的定向气体输运电极的制备方法，其包括如下步骤：

A、选用具有当量直径为30-80微米的贯穿孔道的导电材料作为导电基底；

B、对所述导电基底的一面进行亲气处理，则所述导电基底的该面负载上亲气层；然后

C、将催化剂浆料涂覆在所述导电基底的另一面使得其气泡接触角为90-110度，干燥，得到所述定向气体输运电极。

优选地，步骤B中所述亲气处理方法为对所述导电基底的一面喷射聚四氟乙烯溶液，然后烘干，焙烧，冷却；

所述步骤C的所述催化剂浆料包含催化剂、全氟磺酸型聚合物溶液、醇类。

优选地，所述聚四氟乙烯溶液的浓度为1-30wt％。

优选地，所述喷射操作重复三次。

本发明第三方面提供一种电解池，所述电解池的工作电极为权利要求1所述的定向气体输运电极。

其中，所述电解池可用于微重力或零重力条件下。