镍电极和自支撑镍层的生产方法及用途技术

本发明专利技术的一个目的是提供一种镍电极，其包含导电的镍片和沉积在所述导电的镍片上的镍层，所述的镍层由互相黏附的球形多孔镍颗粒组成，其通过包含以下步骤的方法获得：a)提供球形氢氧化镍颗粒；b)在高温下及还原气氛中部分还原所述的球形氢氧化镍颗粒，以获得部分还原的球形Ni/NiO颗粒；c)由所获得的所述Ni/NiO颗粒、有机和/或无机粘合剂以及根据需要的另外的赋形剂制备糊剂；d)将所述的糊剂以层的形式涂覆到所述导电的镍片的一面或两面；以及e)在高温下及还原气氛中回火被涂覆的镍片。本发明专利技术的又一目的在于提供一种由互相黏附的球形多孔镍颗粒组成的自支撑镍层。本发明专利技术还提供一种制备根据本发明专利技术所述的镍电极和自支撑镍层的方法，以及该镍电极和自支撑镍层的应用，尤其是其作为水电解电极的应用。本发明专利技术的镍电极的特点在于良好的机械稳定性和有利的电化学性质，尤其是在水电解过程中的增加的气体生成。本发明专利技术还涉及生产制备上述的镍电极及自支撑镍层的方法，以及该镍电极和自支撑镍层的应用，尤其是其作为水电解的电极的应用。

Production method and application of nickel electrode and self supporting nickel layer

One purpose of the present invention is to provide a nickel electrode consisting of a conductive nickel plate and a nickel layer deposited on the conductive nickel sheet. The nickel layer is composed of mutually adhesive spherical porous nickel particles, which is obtained by means of the following steps: a) provides spherical nickel hydroxide particles; b) is at high temperature and in the reduction atmosphere. Partially reductive spherical nickel hydroxide particles to obtain partially reduced spherical Ni/NiO particles; c) a paste prepared by the obtained Ni/NiO particles, organic and / or inorganic adhesives, and another excipient needed; d) coating the paste in the form of a layer on one or two sides of the conductive nickel sheet; And E) tempered nickel coated at high temperature and reduced atmosphere. Another purpose of the invention is to provide a self supporting nickel layer composed of mutually adhered spherical porous nickel particles. The invention also provides a method for preparing a nickel electrode and a self supporting nickel layer according to the present invention, as well as the application of the nickel electrode and a self supporting nickel layer, especially as an application of a water electrolysis electrode. The nickel electrode of the present invention is characterized by good mechanical stability and favorable electrochemical properties, especially in the process of water electrolysis. The invention also relates to the method of producing the nickel electrode and self supporting nickel layer, and the application of the nickel electrode and the self supporting nickel layer, especially as the application of the electrode for water electrolysis.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】镍电极和自支撑镍层的生产方法及用途
本专利技术涉及包含大表面积的球形多孔镍颗粒的镍电极、包含大表面积的球形多孔镍颗粒的自支撑镍层、制备所述镍电极及自支撑镍层的方法以及它们的用途，尤其是它们作为水电解的电极的用途。
技术介绍
一般而言，除非在高温下施加接触压力，否则难以生产能够牢固粘附于镍片上的镍颗粒层；所形成的镍颗粒层通常很容易从载体(即镍片)处再次分离。由于需要高温下的高接触压力，因此烧结工艺复杂而昂贵。自1928年以来，烧结镍电极一直被用于镍镉可充电电池(nickel-cadmiumrechargeablebatteries)以及其它的应用中，其要求的烧结温度范围为800-1000℃(AKShukla,BHariprakash,SECONDARYBATTERIES–NICKELSYSTEMS,Electrodes:Nickel.,第407页,Elsevier,2009)。美国专利US4,605,484描述了一种用于产生氢气的电极，其包括导电基底，该导电基底上具有由铬组分和选自镍和钴中的至少一种金属的氧化物所组成的涂层。使用一种复杂的等离子喷涂工艺，通过熔融喷涂(meltspraying)生产该涂层。EP0226291A1描述了用于延长用于产生氢气的电极的使用寿命的方法，该电极包括导电基底和金属氧化物涂层；在氢气生成过程中，将金属组分(例如钛或铌)添加到碱性电解质中。该电极表面的金属氧化物涂层可通过例如等离子喷涂或火焰喷涂(flamespraying)等方法制备。DE2002298描述了一种用于通过在金属基底上沉积多孔镍层来制造用于电解工业用水的电极的方法；该多孔镍层在碱金属碳酸盐或碱金属碳酸氢盐的水溶液中被阳极氧化，由此形成的氧化产物随后被还原为精细分布的金属镍。通过将金属镍火焰喷涂或电弧喷涂(arcspraying)到粗糙化的金属基底上制成该多孔镍层。可商业购得各种各样的镍电极。例如，已知可购得具有棒状镍颗粒的镍烧结电极(参见MoriokaY.，NarukawaS.，ItouT.，JournalofPowerSources100(2001)：107-116中的图1)、具有蜂窝状结构的镍泡沫电极(见图2)或具有圆柱体镍纤维的镍纤维电极(参见OhmsD.，KohlhaseM.，Benczur-UrmossyG.，SchadlichG.，JournalofPowerSources105(2002):127-133中的图3)。上文提及的、可商业购得的镍电极被用作电池的电极，并被优化以吸收活性物质。
技术实现思路
专利技术所解决的问题本专利技术解决的问题是提供一种镍电极，其避免了现有技术的缺点；所述的镍电极具有牢固粘附在作为导电载体的镍片上的镍层，并具有高机械稳定性。该镍电极还具有有利的电化学性能；尤其地，其能够在水电解过程中增加氧气和氢气的产生。本专利技术还提供具有有利特性的自支撑镍层，其尤其具有有利于水电解的电化学特性。本专利技术还提供一种用于生产上述镍电极和自支撑镍层的简单、便宜的方法。尤其是在镍电极的生产方面，提供能够牢固粘附在镍片上的镍层。
技术实现思路
上文列举的专利技术目的通过本专利技术权利要求1所述的镍电极、权利要求2所述的自支撑镍层、权利要求10所述的生产所述镍电极的方法、权利要求11所述的生产所述自支撑镍层的方法以及权利要求12和13所述的镍电极和自支撑镍层的用途得到解决。在从属权利要求中描述了本申请的主题的优选或特别实用的实施例。因此，本专利技术的一个目的是提供一种镍电极，其包含镍电极，所述镍电极包括导电的镍片和沉积在所述导电的镍片上的镍层，所述的镍层由互相黏附的球形多孔镍颗粒组成，所述的镍电极可通过包含以下步骤的方法获得：a)提供球形氢氧化镍颗粒；b)在高温下及还原气氛中部分还原所述的球形氢氧化镍颗粒，以获得部分还原的球形Ni/NiO颗粒；c)由所获得的所述Ni/NiO颗粒、有机和/或无机粘合剂以及根据需要的另外的赋形剂(excipients)制备糊剂；d)将所述的糊剂以层的形式涂覆到所述导电的镍片的一面或两面；以及e)在高温下及还原气氛中回火被涂覆的镍片。本专利技术的另一目的还在于提供一种由互相黏附的球形多孔镍颗粒组成的自支撑镍层，其可通过包括以下步骤的方法获得：a)提供球形氢氧化镍颗粒；b)在高温下及还原气氛中部分还原所述的球形氢氧化镍颗粒，以获得部分还原的球形Ni/NiO颗粒；c)由所获得的所述Ni/NiO颗粒、有机和/或无机粘合剂以及根据需要的另外的赋形剂制备糊剂；d)将所述的糊剂以层的形式涂覆到载体上；e)在高温下及还原气氛中回火被涂覆的所述载体；以及f)分离所述的载体，以获得自支撑多孔镍层。本专利技术的另一目的还在于提供一种制备根据本专利技术所述的镍电极的方法，包括以下步骤：a)提供球形氢氧化镍颗粒；b)在高温下及还原气氛中部分还原所述的球形氢氧化镍颗粒，以获得部分还原的球形Ni/NiO颗粒；c)由所获得的所述Ni/NiO颗粒、有机和/或无机粘合剂以及根据需要的另外的赋形剂制备糊剂；d)将所述的糊剂以层的形式涂覆到所述导电镍片的一面或两面；以及e)在高温下及还原气氛中回火被涂覆的镍片。本专利技术的另一目的还在于提供一种制备根据本专利技术所述的自支撑镍层的方法，包括以下步骤：a)提供球形氢氧化镍颗粒；b)在高温下及还原气氛中部分还原所述的球形氢氧化镍颗粒，以获得部分还原的球形Ni/NiO颗粒；c)由所获得的所述Ni/NiO颗粒、有机和/或无机粘合剂以及根据需要的另外的赋形剂制备糊剂；d)将所述的糊剂以层的形式涂覆到载体上；e)在高温下及还原气氛中回火被涂覆的所述载体；以及f)分离载体，以获得自支撑多孔镍层。本专利技术的最终目的是提供所述的镍电极或自支撑镍层的用途，尤其是其在碱性介质中作为水电解电极的用途。专利技术具体描述根据本专利技术所述的镍电极和自支撑镍层的特点在于一种镍层，该镍层由互相黏附的球形多孔镍颗粒所组成，其内表面积比目前可商业购得的、用于电池的镍电极(例如泡沫，烧结或纤维电极)的内表面积更大。包括由球形多孔镍颗粒组成的镍层的镍电极在工业实践中尚未被人所知。我们惊讶地发现，根据本专利技术所述的镍电极和自支撑镍层可特别有利地用于在碱性介质中的水电解，并且在氧气生成和尤其是氢气生成的过程中能够显著产生更多的气体。显而易见地，能够产生更多气体的这一令人惊讶的效果可归因于镍层的内表面积大。由于内表面积大，电极和周围介质之间的过渡电阻非常低；因此，在例如水解过程中能够达到的电流密度大于未被涂覆的镍片能够达到的电流密度。采用根据本专利技术所述的方法，可由镍颗粒制备镍层；该镍层通过简单的工艺步骤被牢固地粘附到镍片上。所述的简单的工艺步骤为例如：在室温下的无压涂覆(pressurelesscoating)，随后对所涂覆的镍片进行回火。以这种方式生产的镍电极具有机械稳定性；由球形的镍颗粒构成的镍层在镍片的机械变形期间和之后继续粘附在镍片上。在剥离测试(peeltest)中，其可展示出高达350N的保持力(holdingforces)，而该保持力可通过改变工艺参数得到进一步的提高。此外，所使用的粘合剂可以被蒸发而不留下任何残留物。因此，其不会在镍层表面留下不希望有的碳沉积物。本专利技术所使用的球形氢氧化镍颗粒可作为电池材料在市场上购得(例如比利时的Umi本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镍电极，包含导电的镍片和沉积在所述导电的镍片上的镍层，所述的镍层由互相黏附的球形多孔镍颗粒组成，所述的镍电极通过包含以下步骤的方法获得：a)提供球形氢氧化镍颗粒；b)在高温下及还原气氛中部分还原所述的球形氢氧化镍颗粒，以获得部分还原的球形Ni/NiO颗粒；c)由所获得的所述Ni/NiO颗粒、有机和/或无机粘合剂以及根据需要的另外的赋形剂制备糊剂；d)将所述的糊剂以层的形式涂覆到所述导电的镍片的一面或两面；以及e)在高温下及还原气氛中回火被涂覆的镍片。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.19 DE 102015120057.01.一种镍电极，包含导电的镍片和沉积在所述导电的镍片上的镍层，所述的镍层由互相黏附的球形多孔镍颗粒组成，所述的镍电极通过包含以下步骤的方法获得：a)提供球形氢氧化镍颗粒；b)在高温下及还原气氛中部分还原所述的球形氢氧化镍颗粒，以获得部分还原的球形Ni/NiO颗粒；c)由所获得的所述Ni/NiO颗粒、有机和/或无机粘合剂以及根据需要的另外的赋形剂制备糊剂；d)将所述的糊剂以层的形式涂覆到所述导电的镍片的一面或两面；以及e)在高温下及还原气氛中回火被涂覆的镍片。2.一种由互相黏附的球形多孔镍颗粒组成的自支撑镍层，其可通过包括以下步骤的方法获得：a)提供球形氢氧化镍颗粒；b)在高温下及还原气氛中部分还原所述的球形氢氧化镍颗粒，以获得部分还原的球形Ni/NiO颗粒；c)由所获得的所述Ni/NiO颗粒、有机和/或无机粘合剂以及根据需要的另外的赋形剂制备糊剂；d)将所述的糊剂以层的形式涂覆到载体上；e)在高温下及还原气氛中回火被涂覆的所述载体；以及f)分离所述的载体，以获得自支撑多孔镍层。3.根据权利要求1或2所述的镍电极或自支撑镍层，其中步骤a)中所述的球形氢氧化镍颗粒的平均粒度为0.3-75μm，优选为3-30μm，更优选为9-12μm，特别为约10μm。4.根据前述权利要求中的至少一项所述的镍电极或自支撑镍层，其中步骤b)中所述的部分还原在270-330℃，优选地在290-310℃的温度下进行。5.根据前述权利要求中的至少一项所述的镍电极或自支撑镍层，其中步骤b)中所述的部分还原和步骤e)中所述的回火均在还原性气氛中进行，所述还原性气氛包含10-100％的氢气和可选的惰性气体。6.根据前述权利要求中的至少一项所述的镍电极或自支撑镍层，其中在步骤c)中，天然和/或合成聚合物或其衍生物被用作有机粘合剂；铵盐或肼盐被用作无机粘合剂。7....

【专利技术属性】
技术研发人员：路德维希·约里森，杰里·班弗·阿桑特，奥拉夫·波瑟，
申请(专利权)人：巴登符腾堡州太阳能和氢能公益基金研究中心，
类型：发明
国别省市：德国,DE