一种电极及其用途和制备方法与流程

本申请涉及但不限于电化学领域，具体地，涉及但不限于一种电极及其用途和制备方法。

背景技术：

1、电解冶金是电化学工业的重要组成部分，主要用于金属从其溶液中的电解提取和提纯，其中电解金属镍、金属锌、金属锰等金属电解提取过程，通常使用含有一定氯离子浓度的水溶液作为电解液。这一电解冶金过程需要不溶性阳极形成稳定回路和持续的电解电流。

2、钛电极作为一种环境友好的不溶性阳极，已经广泛应用于电化学工业中，主要应用集中于电化学水处理，金属元素的提取以及电镀等精加工过程。钛电极主要由钛金属或钛合金基体以及其表面的贵金属氧化物催化剂层组成，基体提供导电和机械支撑，催化剂层则通过自身的氧化还原过程可大幅降低氧析出电位以起到节能的效果，同时依靠其极低的电化学消耗速率使阳极具有较长的使用寿命。

3、常规电解液中存在高浓度的氯离子，氯离子增加了基体的腐蚀速率，一旦腐蚀严重损坏了基底，催化层就会从基底上脱落(如图1所示)，阳极就会停止工作，使得阳极的寿命短于预期寿命。图1示出了从现有的阳极的横截面观察到的钛基体的腐蚀情况，该阳极分别在3个月和6个月后停止运行并观察其截面，其中箭头表示钛基体/催化层的界面。

技术实现思路

1、以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。

2、为了克服现有技术的不足，本申请的发明人通过多年悉心研究，针对电极的抗腐蚀性能进行了改进。

3、本申请提供了一种电极，所述电极包括金属基体和催化层；其中，所述电极包括至少之一的如下特征：i)所述基体为含腐蚀抑制剂的钛合金，所述腐蚀抑制剂选自铂、钯、锇、铱、钌、铑、钽、锆或铌中的至少一种金属，所述腐蚀抑制剂含量为合金总质量的0.05wt％-0.5wt％；ii)所述催化层为铱氧化物层或铱钽混合氧化物层，铱元素与钽元素的质量比为1:4至1:0；iii)在所述基体和所述催化层之间设置中间层，所述中间层为钛钽合金层。

4、在一些实施方式中，所述腐蚀抑制剂可以选自钌和/或钯，还可以选自钯。

5、在一些实施方式中，所述腐蚀抑制剂含量可以为合金总质量的0.12wt％-0.25wt％。

6、在一些实施方式中，所述含腐蚀抑制剂的钛合金还可以含有下列元素中的一种或多种：h、n、c、o、或fe。

7、在一些实施方式中，所述含腐蚀抑制剂的钛合金还可以包括基于合金总质量的0.015wt％的h、0.03wt％的n、0.08wt％的c、0.18wt％的o、0.020wt％的fe、0.05wt％-0.5wt％的腐蚀抑制剂、以及余量的ti。

8、在一些实施方式中，所述电极还可以包括催化底层，所述催化底层位于所述基体和所述催化层之间，或位于所述中间层和所述催化层之间。

9、在一些实施方式中，所述催化底层可以包括钽氧化物层。

10、在一些实施方式中，所述钽氧化物层中钽的负载量可以为1克/平方米-3克/平方米。

11、在一些实施方式中，所述钽氧化物层中钽的负载量可以为3克/平方米。

12、在一些实施方式中，以所述中间层的总质量计，可以包括40wt％-60wt％的钛以及40wt％-60wt％的钽。

13、在一些实施方式中，以所述中间层的总质量计，可以包括60wt％的钛以及40wt％的钽。

14、在一些实施方式中，所述催化层中铱的负载量可以为2克/平方米-20克/平方米，还可以为2克/平方米-10克/平方米，还可以为5克/平方米。

15、本申请还提供了一种上述电极的用途，所述电极用于电解冶金、电解合成、金属电镀、金属箔制造或印刷电路板制造。

16、在一些实施方式中，所述电解冶金、电解合成、金属电镀、金属箔制造或印刷电路板制造可以包括对金属镍、铜、钴、锌、银、金或锰进行电解冶金、电解合成、金属电镀、金属箔制造或印刷电路板制造。

17、在一些实施方式中，所述电极可以作为电解冶金的不溶性阳极。

18、本申请还提供了一种上述电极的制备方法，包括：提供电极基体；以及形成催化层；可选地，在所述形成催化层之前还包括在所述基体上形成中间层。

19、在一些实施方式中，可以通过涂料-热分解法或等离子喷涂法形成催化层。

20、在一些实施方式中，可以通过提供含铱、或含铱和钽的涂覆溶液，在所述基体表面或所述中间层表面进行涂覆，干燥并烧结，形成所述催化层。

21、在一些实施方式中，可以通过化学气相沉积法或物理气相沉积法在所述基体上形成中间层。

22、在一些实施方式中，可以通过磁控溅射法形成所述中间层。

23、在一些实施方式中，在所述形成催化层之前还可以包括在所述基体上或所述中间层上形成催化底层。

24、在一些实施方式中，可通过涂料-热分解法或等离子喷涂法形成催化底层。

25、与现有技术相比，本申请具有的有益效果在于：

26、本申请的电极大大提高了电极的耐腐蚀性，延长了电极寿命，降低了生产成本。

27、本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。

技术特征：

1.一种电极，所述电极包括金属基体和催化层；

2.根据权利要求1所述的电极，其中，所述腐蚀抑制剂选自钌和/或钯，优选地，所述腐蚀抑制剂选自钯；

3.根据权利要求2所述的电极，其中，所述含腐蚀抑制剂的钛合金还含有下列元素中的一种或多种：h、n、c、o、和fe；

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电极，其中，所述电极还包括催化底层，所述催化底层位于所述基体和所述催化层之间，或位于所述中间层和所述催化层之间，所述催化底层包括钽氧化物层；

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电极，其中，以所述中间层的总质量计，所述中间层包括40wt％-60wt％的钛以及40wt％-60wt％的钽；

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电极，其中，所述催化层中铱的负载量为2克/平方米-20克/平方米；

7.一种根据权利要求1至6中任一项所述的电极的用途，所述电极用于电解冶金、电解合成、金属电镀、金属箔制造或印刷电路板制造。

8.根据权利要求7所述的用途，包括对金属镍、铜、钴、锌、银、金或锰进行电解冶金、电解合成、金属电镀、金属箔制造或印刷电路板制造；

9.一种制备根据权利要求1至6中任一项所述电极的方法，包括：

10.根据权利要求9所述的方法，其中，通过提供含铱、或含铱和钽的涂覆溶液，在所述基体表面或所述中间层表面进行涂覆，干燥并烧结，形成所述催化层；

11.根据权利要求10所述的方法，其中，在所述形成催化层之前还包括在所述基体上或所述中间层上形成催化底层；

技术总结
一种电极及其用途和制备方法。所述电极包括金属基体和催化层，所述电极包括至少之一的如下特征：i)所述基体为含腐蚀抑制剂的钛合金，所述腐蚀抑制剂选自铂、钯、锇、铱、钌、铑、钽、锆或铌中的至少一种金属，所述腐蚀抑制剂含量为合金总质量的0.05wt％‑0.5wt％；ii)所述催化层为铱氧化物层或铱钽混合氧化物层，铱元素与钽元素的质量比为1:4至1:0；iii)在所述基体和所述催化层之间设置中间层，所述中间层为钛钽合金层。该电极大大提高了电极耐腐蚀性，延长了电极寿命，降低了生产成本。

技术研发人员：马蒂亚·洛夫拉克,赵奇特,阿德里亚安·耶雷米亚斯
受保护的技术使用者：马赫内托特殊阳极有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14