[其他]用于电化学过程的电极，制造此电极的方法及电极在电解槽中的应用

说明书

本发明一般地涉及到用于电化学反应中的电极，具体地，涉及到复合催化电极，即由一个高导电率支撑体和一层与构成支撑体的材料不同的催化材料被覆层所组成的电极。

具体地说，本发明涉及到一种改进的电极、制造此电极的方法和此电极在电解槽中的使用，尤其是涉及到电解碱性金属卤化物（更具体地，是氯化钠）的电极。

为了满足市场的需求，每一年都要生产成百万吨的氯气和氢氧化钠，而这些主要是通过电解氯化钠的水溶液得到的，以此为例来考虑，就会很容易地评价获得高效和耐用电极的重要性。为了生产相同数量的氯气和氢氧化钠，那怕是仅仅降低50毫伏的电解槽电压就会使功率消耗得到十分明显的节省。

在氯化钠的电解过程、以及其它的电解过程中，电解槽电压的主要影响是电极的过电压。过电压及属于特定电解过程的特性的其它情况，主要取决于电极的表面。也就是说，过电压取决于发生电化学反应的表层材料的化学物理性质以及其它因素，比如表层材料的结晶特性和所说材料的光洁度或粗糙程度。

许多陶瓷材料有着具有工业价值的电催化特性：在这些氧化物中，混合氧化物、复合氧化物或者其它的金属和氧的导电型化合物，例如钙钛矿、赤铁矿、尖晶石、青铜已是人们所熟知的。最常使用的所说的材料，比如说氧化物和混合氧化物常常包含至少一种属于铂、铱、钌和钯族的贵金属。

这些电催化特性已主要地被用来在阀门金属的基底上，典型地是在钛上提供电催化阳极被覆层。

阀门金属，比如钛、锆、钽和铪以及它们的合金对于制造阳极非但有用而且是不可缺少的，但它们不能用来制造阴极，因为所有这些金属都会或多或少地受到在阴极上形成的原子氢的氢化作用。另一方面，已经作了一些努力来在非阀门材料比如钢、不锈钢、钴、镍、铜和它们的含金外覆上一层催化陶瓷材料，比如贵金属的氧化物。然而，由于这些金属氧化物的陶瓷被覆层的附着能力差，迄今还没有实现它的工业应用。

事实上，被覆至少有一种贵金属的陶瓷氧化物层的方法是把一种或几种涂覆在基底表面的可热分解的金属盐进行高温热分解。对于在非阀门金属基底上进行被覆，此方法似乎不合适。

与阀门金属不一样，这些金属，例如镍、铜、铁以及一般是钢，在含氧气氛比如空气中，在热分解的过程中会深度氧化。进而，所说的氧化物与一种或多种催化陶瓷氧化物不相容并且通常是不可混合的。这种亲合力的不足是催化被覆层附着力差的主要原因之一。此外，与阀门金属不同，金属基底的氧化物几乎不附着在母体金属的表面。

在制备电极时，最初的附着不足不是产生问题的仅有原因。不象上述的催化陶瓷材料，许多作为基底的非阀门金属的氧化物通常是不稳定的，在特定条件下会出现还原或氧化现象，从它们的导电率低到可以忽略不计的意义来看，这些氧化物通常起着绝缘体的作用。

用例如机械的和/或腐蚀的方法使金属基底的表面变粗糙，或在特定的金属基底表面形成催化陶瓷被覆层，比如用等离子喷射淀积、淋溶或类似的技术在基底上得到多孔层，即使这样获得了足够的最初附着力，因为在金属（构成基底和它的氧化物的金属）与催化陶瓷材料之间的不相容性使得电极在工作过程中迅速变坏，这导致催化陶瓷材料的逐步脱落和损失，跟着是电解槽的工作过程中电极过电压的增大。

具体地说，在电解过程中，自催化被覆层的间隙和孔当中，气体，例如是氢气的猛烈释放势必会在十分短和工业上不可接受的时间间隔之后使催化被覆层脱落。

考虑到这个困难，工业用阴极催化被覆层所基于的催化材料不同于那些热致生成的陶瓷氧化物的材料。通常，为了制备所说的被覆层，可以用电解沉积或等离子流沉积的方法来涂覆诸如拉内（Raney）镍，硫化镍等材料，例如可电解沉积上某些贵金属或镍，或者用等离子流沉积或淋溶法涂覆上一层多孔铁，这些涂覆了的材料常被用来增加阴极的有效活性表面。

虽然有足够的催化剂，这些被覆层很容易受到电解液中存在的杂质的“抑制”。具体地说，所说的催化被覆层是杂质（特别是不可避免地存在的铁）的实际收集器，即使在电解液中杂质以微量存在也是如此。因而，在短时间之后，在超量铁或其它杂质存在时，阴极过电压增大并且保持稳定，此时可以发现一层粘性的铁和/或铁的氧化物，也包含某些重金属，已淀积到阴极上。

本发明的一个目标是提供一种在金属支撑体上形成电催化陶瓷材料被覆层的方法，与用已知技术得到的电催化被覆层相比，稳定性得到了改进。

本发明的另一个目标是提供一种新型的催化电极，它的寿命和效率特性得到了改进。

本发明的又一个目标是提供一个改进的电解槽，用来电解碱金属卤化物，特别是用来电解氯化钠。