一种强酸性电解液用气体扩散电极的制备方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于电解材料领域，涉及一种强酸性MnS04-H2S0 4电解液中制备电解二氧化 锰（EMD)用的一种节能气体扩散电极。用这种气体扩散电极能大幅提高阴极电位，从而有 效的降低槽电压，节约能源。
【背景技术】
[0002] ZL201010578846. 5提出了一种节能、环保并安全的电解二氧化锰新方法：电解 原理不变，阳极反应也不变，仍使其生产所要求的EMD产品，从电解槽压主要为阳、阴极电 位之差，提高阴极电位也可降低电解槽压的原理出发，设想用高电位气体扩散电极（简称 GDE)代替传统工艺低电位析氢阴极，阴极反应变成氧气还原反应 ：02+4H++4eT- 2H20(E° = +1. 229V)，则与原电解技术的析氢还原反应：2H++2e_- H2丨（E°= 0V)相比，理论电位差高 达1. 229V，即与采用析氢阴极的传统方法相比，使用氧阴极电解二氧化锰新方法的槽电压 理论上可以降低1. 229V，同时阴极不会析出氢气也可减少酸雾的产生和爆燃的危险。
[0003] 目前气体扩散电极主要应用在燃料电池、氯碱工业、合成过氧化氢等方面，研宄的 主要环境为弱酸性、中性和碱性环境，气体扩散电极在强酸性电解液中的基础研宄基本空 白。本发明的目的在于提出一种制备节能气体扩散电极的新方法，在强酸性MnS0 4-H2S04i 解液中降低生产电解二氧化锰的槽电压，从而降低能耗，避免阴极析出氢气。
【发明内容】
[0004] 本发明是关于强酸性MnS04-H2S04电解液中制备电解二氧化锰用的一种节能气体 扩散电极。适用该工艺的气体扩散电极是一种具有节能的氧气电极，其结构示意图如附图 1所示。适用该工艺的电解槽为气液电解槽，电解槽的基本结构已在ZL201010578846. 5中 提出。
[0005] 本发明提供一种制备气体扩散电极的方法，气体扩散电极由导电载体、催化层、气 体扩散层构成，其制备步骤如下：
[0006] (1)催化层的制备
[0007] 高温制备团絮状混合物，团絮状混合物由催化剂Pt/C、亲水导电粉末活性炭、疏 水导电粉末乙炔黑、粘合剂聚四氟乙烯和有机溶剂无水乙醇组成，将团絮状混合物压制成 一定厚度的薄片，制成催化层，厚度为0. 3-0. 4mm ;
[0008] (2)气体扩散层的制备
[0009] 高温制备团絮状混合物，团絮状混合物由无机造孔颗粒无水硫酸钠、亲水导电粉 末活性炭、疏水导电粉末乙炔黑、粘合剂聚四氟乙烯和有机溶剂无水乙醇组成，将团絮状混 合物压制成一定厚度的薄片，制成气体扩散层；
[0010] (3)将催化层和气体扩散层分别放到导电载体两面，在一定压力和时间下压制所 述薄片。
[0011] 其中导电载体可以是泡沫金属，优选为泡沫镍、泡沫钛。
[0012] 步骤⑴中的团絮状混合物的组成为：1?15wt%的Pt/C、5?25wt%的乙炔黑、 40?80wt %的活性炭、10?30wt %的聚四氟乙烯，团絮状混合物混合温度为60-70°C，薄片 厚度为〇. 3?0. 4mm。
[0013] 步骤⑵中的团絮状混合物的组成为5?25wt%的无水硫酸钠、10?30wt%的乙 炔黑、5?30wt%的活性炭、15?50wt%的聚四氟乙稀，混合温度为60?70°C。气体扩散 层薄片厚度为〇. 4?0. 5mm。
[0014] 步骤（3)中所述薄片是将催化层、气体扩散层和导电载体一起挤压。通过冲压装 置来实施，压力优选为5?20MPa，时间优选为3?8min。
[0015] 可以通过固定模型、团絮状混合物的量和压力来控制催化层、气体扩散层的厚度。
[0016] 本发明方法制备的气体扩散电极适用于酸性电解液，尤其适用于强酸性 MnS04-H 2S04电解液。电解强酸性MnS04-H2S04电解液制备电解二氧化锰（EMD)时使用这种 气体扩散电极替代析氢阴极可以大幅降低槽电压，节约能源。
【附图说明】
[0017] 附图1为气体扩散电极的结构示意图
[0018] 卜催化层厚度为〇? 3-0. 4mm ;
[0019] 2-导电骨架厚度为0. 1-0. 2mm;
[0020] 3-气体扩散层厚度为0? 4-0. 5mm。
【具体实施方式】
[0021] 实施例一
[0022] 质量比为5 : 60 : 15 : 20的Pt/C、活性炭、乙炔黑和聚四氟乙烯用适量的无水乙 醇分散均匀，在65°C水浴锅中加热至团状，然后放到辊压机上反复轧制，获得厚度为0.3mm 的薄片。
[0023] 质量比为20 : 20 : 20 : 40的无水硫酸钠、活性炭、乙炔黑和聚四氟乙烯用适量 的无水乙醇分散均匀，在65°C水浴锅中加热至团状，然后放到辊压机上反复轧制，获得厚度 为0. 4mm的薄片。
[0024] 将两种薄片分别放到泡沫镍的两面，在lOMPa的压力下压制5min，所得薄片为气 体扩散电极。
[0025] 实施例二
[0026] 质量比为1 : 64 : 15 : 20的Pt/C、活性炭、乙炔黑和聚四氟乙烯用适量的无水乙 醇分散均匀，在65°C水浴锅中加热至团状，然后放到辊压机上反复轧制，获得厚度为0.3mm 的薄片。
[0027] 扩散层同实施例一相同。
[0028] 将两种薄片分别放到泡沫镍的两面，在lOMPa的压力下压制5min，所得薄片为气 体扩散电极。
[0029] 根据这种方法制备的气体扩散电极用于强酸性的MnS04-H2S0 4电解液中制备电解 二氧化猛。用于电流密度为100A ? nT2,硫酸浓度为30g ? dnT3,硫酸猛浓度为120g ? dnT3, T =70°C电解体系中。
[0030] 表1.两种气体扩散电极的性能比较
[0031]
【主权项】
1. 一种强酸性电解液用气体扩散电极的制备方法，气体扩散电极由导电载体、催化层、 气体扩散层构成，其特征在于制备步骤如下： (1) 催化层的制备 高温制备团絮状混合物，团絮状混合物由催化剂Pt/c、亲水导电粉末活性炭、疏水导电 粉末乙炔黑、粘合剂聚四氟乙烯和有机溶剂无水乙醇组成，将团絮状混合物压制成一定厚 度的薄片，制成催化层，厚度为0. 3-0. 4mm ; (2) 气体扩散层的制备 高温制备团絮状混合物，团絮状混合物由无机造孔颗粒无水硫酸钠、亲水导电粉末活 性炭、疏水导电粉末乙炔黑、粘合剂聚四氟乙烯和有机溶剂无水乙醇组成，将团絮状混合物 压制成一定厚度的薄片，制成气体扩散层； (3) 将催化层和气体扩散层分别放到导电载体两面，在一定压力和时间下压制所述薄 片。
2. 如权利要求1所述一种强酸性电解液用气体扩散电极的制备方法，其特征在于其中 导电载体是泡沫金属。
3. 如权利要求2所述一种强酸性电解液用气体扩散电极的制备方法，其特征在于泡沫 金属为泡沫镍、泡沫钛。
4. 如权利要求1所述一种强酸性电解液用气体扩散电极的制备方法，其特征在于步骤 (1)中的团絮状混合物的组成为?15wt%的Pt/C、5?25wt%的乙炔黑、40?80wt%的 活性炭、10?30wt%的聚四氟乙烯，团絮状混合物混合温度为60-70°C，薄片厚度为0. 3? 0? 4mm〇
5. 如权利要求1所述一种强酸性电解液用气体扩散电极的制备方法，其特征在于步 骤（2)中的团絮状混合物的组成为5?25wt%的无水硫酸钠、10?30wt%的乙炔黑、5? 30wt%的活性炭、15?50wt%的聚四氟乙烯，团絮状混合物混合温度为60-70°C ;气体扩散 层薄片厚度为〇. 4?0. 5mm。
6. 如权利要求1所述一种强酸性电解液用气体扩散电极的制备方法，其特征在于步骤 (3)中所述薄片是将催化层、气体扩散层和导电载体一起挤压，通过冲压装置来实施，压力 为5?20MPa，时间为3?8min。
【专利摘要】本发明属于电解材料领域，涉及一种用于强酸性MnSO4-H2SO4电解液的一种节能气体扩散电极的制备方法，气体扩散电极由导电载体、催化层、气体扩散层构成，将催化层和气体扩散层的团絮状混合物压制成一定厚度的薄片，然后将两种薄片分别放在导电载体两面，在一定压力和时间下压制成气体扩散电极。电解强酸性MnSO4-H2SO4电解液制备电解二氧化锰(EMD)时使用这种气体扩散电极替代析氢阴极可以大幅降低槽电压，节约能源。
【IPC分类】C25B11-08, C25B1-21
【公开号】CN104593806
【申请号】CN201510004122
【发明人】孟惠民, 张慧, 唐静, 俞宏英, 王旭东
【申请人】北京科技大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年1月4日