[发明专利]用于电解池的阴极

说明书

本发明涉及一种用于电解池的阴极，尤其涉及一种当用于水或盐水电解时其氢过电压低的阴极，该盐水例如碱金属氯化物水溶液，并涉及该阴极的制备方法。

溶液在给定电流密度下可被电解的电压是由下列若干因素构成的并受它们的影响，这些因素就是理论电解电压、阴极和阳极上的过电压、电解液的电阻、隔膜-如果有的话，设置在阴阳两极之间-的电阻，以及金属导线及其接点电阻。

因为电解的费用是与电解时的电压成正比的，由于电力费用高，因此希望把电解液的电压尽可能降低。就水与水溶液的电解而论，就有极大的可能性借助降低阴极的“氢过电压”来实现电解槽电压的降低。

为实现上述氢过电压的降低已经提出了许多建议。

例如，已知可以借助增加阴极的表面积来降低阴极的过电压，如用酸浸蚀阴极表面，或用铁砂喷射阴极表面，或用一种金属混合物如镍和铝涂布阴极表面，再从所得涂层中选择性浸出其中一种金属例如铝。

已报道的实现低氢过电压阴极的其他方法包括：用一种电催化活性材料涂布阴极表面，该材料包含一种铂族金属和/或其氧化物，如US4,100,049中所述(其中用水溶液涂布涂层然后焙浇)，GB 1,511,719(其中借助电镀涂布涂层)，日本特开昭54090080(其中用烧结法涂布涂层)，54110983(其中以分散液的形式涂布涂层)以及53100036和EP 0,129,374(其中以盐的形式涂布涂层然后焙烧)。

在我们的EP 0,546,714中报道了一种用于电解池的阴极，它在电解水或水溶液时氢过电压低，该阴极的效力不取决于含铂族金属或其氧化物涂层的是否存在。EP 0,546,714中公开的用于电解池的阴极包括一种金属基材及在其上的涂层，该涂层的至少一个外层包含氧化铈和至少一种第8族非贵金属，通过对外层进行X射线衍射分析发现，其中氧化铈至少10％，优选至少20％。

我们现已意想不到地发现，用于电解池的阴极能够用物理气相淀积法(PVD)在合适的基材上淀积一层涂层制得，该涂层包含(a)铈和/或氧化铈及一种第8族非贵金属或(b)铂和/或氧化铂及钌和/或氧化钌。而且，我们已发现，阴极的耐用性能够借助随后的热处理而得到改进。

本发明提供一种电极及其制备方法，其中(a)包括一种金属基材及在其上的涂层，该涂层的外层电催化活性优良，厚度均匀，涂层的轮廓与基材表面的轮廓一致，和(b)当用作电解池阴极而氢气在其上析出时其过电压是可接受的，其耐用性高。

按照本发明的第一方面，提供一种阴极，该阴极包括一种金属基材及在其上的涂层，该涂层的外层包含电催化活性材料，其特征在于(a)该外层厚度非常均匀及(b)外层表面的轮廓至少与紧接其下基材的轮廓基本上相同。

在本发明的阴极中，电催化活性材料包含(a)铈和/或氧化铈及至少一种第8族非贵金属或(b)铂和/或氧化铂及钌和/或氧化钌。

本发明阴极的优点是，使给定质量的电催化活性材料的表面积得以增加，并能有效地利用它获得最小的厚度。

在本发明阴极上的涂层外层含有铈和/或氧化铈时，我们不排除可能含有一种或多种其它镧系金属如镧本身的可能性，也就是说一部分铈可被一种或多种其它镧系金属取代。但是，这些其它镧系金属存在于外层时，它们应当保持小于2％(w/w)，而铈应在镧系全体金属，包括铈中以主要量存在。

在本发明阴极上的涂层外层包含铈和/或氧化铈及一种第8族非贵金属时，该第8族非贵金属可以是铁、钴或优选是镍。该涂层外层往往包含一种铈和第8族非贵金属尤其是镍的金属间化合物。

我们注意到某些现有公开报道，其中已经报道了使用金属间化合物作为低的氢过电压阴极涂料。例如Doklady Akad Nauk SSSR 1984，276卷，6期，1424-1426页；Proceedings of a Symposium onE1ectrochemical Engineering in the Chlor-alkali and chlorate Industries，TheElectrochemical Society，1988，184-194页；Journal of AppliedElectrochemistry，14卷，1984，107-115页；和EPO，0,089,141。

在本发明阴极上的涂层外层包含铂和/或氧化铂及钌和/或氧化钌时，应当含有5-90％(摩尔)的铂和优选是10-80％(摩尔)的钌。