[发明专利]延长析氢电极使用寿命的方法

说明书

本发明是关于延长一种氢超电压较低的析氢电极使用寿命的方法。特别是，本发明提出了延长一种具有活性涂层的析氢电极使用寿命的方法。这种氢电极的活性涂层包括有涂在导电基体上做为活性物质的金属氧化物，用于碱性电解质溶液中电解制氢。

在盐水和水的电解方面，长期以来，从降低氢超电压和提高稳定性的观点出发关于析氢电极已经提出了许多建议。例如，为了降低电极的氢超电压，在增加电极表面积或往电极中加入催化剂，诸如过渡金属、合金或过度金属氧化物等方面做过许多努力。在此前所提出的用一种金属或一种合金做为活性物质的电极，当它用做析氢电极连续进行电解时使用寿命将降低，经过一段时间后，电极的氢超电压增加，电极的活性亦丧失。为了改进这一点近来提出了一些方法。

美国专利4，436，599讲述了在氯碱电解槽工作期间制造活性铁阴极的方法，它包括向阴极室加入含铁离子的水溶液以及电解槽通过电流。

已公开的美国专利4，105，516，为降低槽压于阴极电解液中加入一种过渡金属化合物，例如铬、钼、锰、锝、镍、铁、钴、钌、铑、钯、锇以及铱的化合物，同时通过电流。使过渡金属沉积在阴极上，从而使阴极在电解期间保持有一个清洁的过渡金属表面。此外，还提出了一种延长金属阴极寿命的方法，就是在中断电流期间为防止生成氯酸盐在电解质溶液中加入还原剂，如亚硫酸钠（Na₂SO₃）、尿素以及镍（美国专利4，358，353和4，055，476）。虽然金属阴极有所改进，然而以金属氧化物为活性物质的阴极仍在继续研究和发展着。例如，美国专利4，243，497、4，394，231、4，447，302和4，605，484均提出了一些氧化物阴极，其特点在于具有某种表面结构的氧化物的组成及其制备。还有美国专利4，426，269（PCT/GB79/00040）最近提出，如果电极开路浸渍于电解质溶液中，为防止其活性降低，电解质溶液中需加入钼、钒或钨的化合物。

尽管有这些方案，仍然需要一种具有长时期高稳定性的电极，或需要一种使实际工业用电极延长使用寿命的方法，因为含有金属氧化物活性物质的电极在电解过程中连续使用一年或一年以上时，其活性不可避免地要显著降低。

因此，本发明的目的在于提供一种延长以金属氧化物为活性物质的析氢电极使用寿命的方法。

本发明的上述及其他目的、特征以及优点，从下面的具体描述并参照附图（包括图1和图2），行家便可一目了然。

图1表示例1和对比例1的氢超电压与电解运行时间之间的关系。

图2表示例1和对比例1的氧化度和电解运行时间之间的关系。

上述目的已为本发明所达到、简短地说，本发明包括一种延长以金属氧化物为活性物质的析氢电极使用寿命的方法。由于向碱性电解质溶液中加入一种特殊组分而达到上述目的。

更准确地说，本发明提供了一种延长析氢电极使用寿命的方法，该电极由一种导电基体和一种做为活性物质的金属氧化物涂层所组成，这种电极用于碱性电解质溶液中的析氢反应。在析出氢气的过程中向该电解质溶液加入至少一种选自钛、铌、铟、镉或锑的组分。

根据本发明，氢超电压在电解的最初阶段基本上能长时间地保持不变。而电极的氧化度几乎不下降，因此做为电极活性物质的金属氧化物几乎不减少，甚至在电解连续进行之后仍保持为氧化物。因此，有可能延长电极的使用寿命。虽然这种优良特性的机理还不十分清楚但可以相信，碱性电解质溶液中所加入的这种组分直接或间接地防止了作为活性物质的金属氧化物被还原，因为这种组分在本发明所用电极的涂层中可以观察到。这些特点在图1和图2中已清楚地表示出来，图1和图2是根据例1和对比例1的结果得到的。在例1中，碱性电解质溶液中由于加入钛的化合物1.6×10^-2毫摩尔（mmol），在电解运行10个月之后氧化度降低很少，即只降低了约10%，而氢的超电压几乎没有变化。另一方面，在对比例1中，电解过程中其氧化度显著地降低了，在电解运行10个月之后电极的全部金属氧化物都还原成金属，氢的超电压从初始值增加了约150毫伏。