电解用电极及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种电解用电极及其制备方法。与常规电极相比，所述电解用电极具有增加的稀土金属的针状结构，因此减少催化材料的脱离，使得电极在耐久性方面优异，例如即使在反向电流中也表现出稳定的性能。此外，由于所述电解用电极具有低的过电压值，因此可以显著降低电解池的过电压需要量。另外，可以在不引入额外的前体或改变制造设备的情况下制备具有上述效果的电解用电极。

Electrodes for electrolysis and their preparation methods

The invention provides an electrolytic electrode and a preparation method thereof. Compared with conventional electrodes, the electrolytic electrode has an increased needle-like structure of rare earth metals, thereby reducing the separation of catalytic materials and making the electrode excellent in durability, for example, showing stable performance even in reverse current. In addition, since the electrolytic electrode has a low overvoltage value, the overvoltage requirement of the electrolytic cell can be significantly reduced. In addition, electrodes with the above effects can be prepared without introducing additional precursors or changing the manufacturing equipment.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电解用电极及其制备方法
相关申请的交叉引用本申请要求于2017年08月11日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2017-0102524和2018年07月27日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2018-0087750的权益，这两项申请的公开内容通过引用全部并入本说明书中。本专利技术涉及一种电解用电极及其制备方法。更具体地，本专利技术涉及一种电解用电极及其制备方法，所述电解用电极能够通过增加针状结构来使电解用电极的过电压值稳定并且提高耐久性。
技术介绍
氯碱工艺是通过盐水的电解生产氯气(Cl2)和氢氧化钠(NaOH)的工艺，其在工业上是有用的，因为它可以批量生产石化工业中广泛用作基础物质的两种物质。氯碱工艺在氯碱膜中或在具有含有电解催化剂的电解用电极的隔膜电解池中进行。在氯碱工艺中，除了理论上要求的电压之外，必须施加过电压以克服电池的各种固有电阻。期望开发一种使过电压要求最小化的方法，因为这种过电压降低将显著节省与电池运行相关的能量成本。作为降低电解池的过电压要求的方法，已经提出了数种降低电极的过电压的方法。在阴极的情况下，通常使用的材料如低碳钢、镍或不锈钢具有300mV至400mV的过电压。于是，已经提出了一种使其表面活化以降低过电压的方法。然而，为了降低电解电压的目的，必须进一步降低过电压。另外，当电解池的运行由于意外或电源故障而突然停止时，因为阴极和阳极通过整流器电连接，因此通过电解产物的反向分解而产生的反向电流会流动。在这种情况下，存在阴极活性劣化的问题并且由于阴极的金属组分的部分洗脱而引起过电压效率降低。因此，还需要一种用于使反向电流的影响最小化的方法。为了解决上述问题，已经公开了各种电极。在JP-A-11-140680中，在金属基底上形成主要由氧化钌构成的电极材料层，并且进一步在其表面上形成多孔且低活性的保护层，从而提高电极的耐久性。在JP-A-11-229170中，提供了一种电沉积镍层，该电沉积镍层中分散有氧化钌，并且在所述层的表面上涂布有由氧化钛构成的导电氧化物，从而改善对汞中毒的耐性。然而，这些方法的缺点在于它们需要额外的原料，或者难以设定条件和复杂的制造工艺结果，并且存在电极的耐久性不足的问题。[现有技术文献]专利文献1：JP-A-11-140680专利文献2：JP-A-11-229170
技术实现思路
技术问题为了解决上述问题，本专利技术提供了一种具有低的过电压和优异的耐久性的电解用电极。此外，本专利技术提供了一种电解用电极的制备方法，该制备方法可以在不引入额外的前体或改变制造设备的情况下制备表现出上述效果的电极。技术方案本专利技术提供一种电解用电极，包括：金属基底，以及在所述金属基底上形成的催化剂层，其中，所述催化剂层包含氮、铂族金属和稀土金属，并且基于所述铂族金属，所述催化剂层的氮含量为20摩尔％至60摩尔％。此处，所述催化剂层可以包含所述稀土金属的针状结构，并且所述针状结构可以包含具有50nm至300nm的厚度和0.5μm至10μm的长度的至少两种针形结构。另外，本专利技术提供一种电解用电极的制备方法，包括以下步骤：制备用于制备电极的涂布溶液，该涂布溶液含有铂族金属前体、稀土金属前体、有机溶剂和胺类溶剂；将所述用于制备电极的涂布溶液涂覆在金属基底上以形成催化剂层；干燥所述催化剂层；以及对所述催化剂层进行热处理。此处，所述铂族金属前体可以是选自氯化钌水合物(RuCl3·nH2O)、氯化四氨铂(II)水合物(Pt(NH3)4Cl2·H2O)、氯化铑(RhCl3)、硝酸铑水合物(Rh(NO3)3·nH2O)、氯化铱水合物(IrCl3·nH2O)和硝酸钯(Pd(NO3)2)中的至少一种。另外，所述稀土金属前体可以是选自硝酸铈(III)(Ce(NO3)3)、碳酸铈(III)(Ce2(CO3)3)、氯化铈(III)(CeCl3)、氧化钇(Y2O3)和碳酸钇(Y2(CO3)3)中的至少一种。所述有机溶剂可以是包含C1至C6醇和C4至C8二醇醚的混合溶剂，并且所述C1至C6醇和所述C4至C8二醇醚的比例可以为10:1至1:2。所述胺类溶剂可以是C6至C30饱和或不饱和脂肪族胺，并且可以优选是选自辛胺、癸胺、十二烷胺、油胺、月桂胺和十六烷基胺中的至少一种。基于100体积％的所述用于制备电极的涂布溶液，所述胺类溶剂可以以3体积％至40体积％的量存在。所述铂族金属前体和所述稀土金属前体可以以1:1至10:1的摩尔比存在。所述用于制备电极的涂布溶液的浓度可以为50g/L至150g/L。所述干燥步骤可以在70℃至200℃的温度下进行，并且所述热处理步骤可以在300℃至600℃的温度下进行。此外，本专利技术提供一种通过本说明书中描述的制备方法制备的电解用电极。有益效果与常规电极相比，根据本专利技术的电解用电极具有增加的稀土金属的针状结构，因此减少催化材料从电极的脱离，使得电极在耐久性方面优异，例如即使在反向电流中也表现出稳定的性能。此外，由于本专利技术的电解用电极具有低的过电压值，因此可以显著降低电解池的过电压需要量。另外，根据本专利技术的制备方法，可以在不引入额外的前体或改变制造设备的情况下制备具有上述效果的电解用电极。附图说明图1示出了实施例1的电解用电极和商用电极的耐久性的评价结果；图2示出了电池运行后实施例1和实施例2以及比较例1的电解用电极的表面的SEM图像。具体实施方式本说明书中使用的术语仅用于描述示例性实施方案，并且不旨在限制本专利技术。除非在上下文中不同地表述，否则单数表述可以包括复数表述。必须理解，本说明书中的术语“包括”、“装备”或“具有”仅用于指定特征、步骤、组件、或它们的组合的存在，并且不排除一个或多个不同特征、步骤、组件、或它们的组合的存在或预先添加的可能性。本专利技术可以进行各种修改并且具有各种形式，下面将描述本专利技术的具体实例。然而，并不旨在将本专利技术限制于具体的实例，并且必须理解，本专利技术包括在本专利技术的精神和技术范围内的所有修改、等同物、或替换。在下文中，将更详细地描述本专利技术。本专利技术提供一种电解用电极，包括：金属基底，以及在所述金属基底上形成的催化剂层，其中，所述催化剂层包含氮、铂族金属和稀土金属，并且基于所述铂族金属，所述催化剂层的氮含量为20摩尔％至60摩尔％。在本专利技术的电解用电极中，所述催化剂层可以通过包含胺类溶剂来制备，因此氮包含在催化剂层中。具有通过使用胺类溶剂而出现的针状结构的本专利技术的电解用电极表现出优异的耐久性，因此具有即使在反向电流中也可以实现稳定的性能的优点。而且，与常规商用电极相比，上述电极具有改善过电压值的效果。此处，基于铂族金属，催化剂层的氮含量优选为35摩尔％以上、或40摩尔％以上，并且为55摩尔％以下、或50摩尔％以下。如果基于铂族金属，氮含量小于20摩尔％或在60摩尔％以上，则会难以确保电极的耐久性改善效果。在本专利技术中，可以使用本领域中常用的任何具有导电性的金属基底而没有限制。对金属基底的类型没有特别限制。例如，可以使用多孔基底，例如网、无纺金属织物、金属泡沫、多孔冲孔板、编织金属(abraidedmetal)、膨胀金属等。金属基底的材料可以是镍、镍合金、不锈钢、铜、钴、铁、钢、或它们的合金。在导电性和耐久性方面，镍或镍合金是优选的。铂族金属是指在性能上与铂相似本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电解用电极，包括：金属基底，以及在所述金属基底上形成的催化剂层，其中，所述催化剂层包含氮、铂族金属和稀土金属，并且基于所述铂族金属，所述催化剂层的氮含量为20摩尔％至60摩尔％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.08.11 KR 10-2017-0102524;2018.07.27 KR 10-2011.一种电解用电极，包括：金属基底，以及在所述金属基底上形成的催化剂层，其中，所述催化剂层包含氮、铂族金属和稀土金属，并且基于所述铂族金属，所述催化剂层的氮含量为20摩尔％至60摩尔％。2.根据权利要求1所述的电解用电极，其中，所述催化剂层包含所述稀土金属的针状结构。3.根据权利要求2所述的电解用电极，其中，所述针状结构包括具有50nm至300nm的厚度和0.5μm至10μm的长度的至少两种针形结构。4.一种电解用电极的制备方法，包括以下步骤：制备用于制备电极的涂布溶液，该涂布溶液含有铂族金属前体、稀土金属前体、有机溶剂和胺类溶剂；将所述用于制备电极的涂布溶液涂覆在金属基底上以形成催化剂层；干燥所述催化剂层；以及对所述催化剂层进行热处理。5.根据权利要求4所述的电解用电极的制备方法，其中，所述铂族金属前体是选自氯化钌水合物(RuCl3·nH2O)、氯化四氨铂(II)水合物(Pt(NH3)4Cl2·H2O)、氯化铑(RhCl3)、硝酸铑水合物(Rh(NO3)3·nH2O)、氯化铱水合物(IrCl3·nH2O)和硝酸钯(Pd(NO3)2)中的至少一种。6.根据权利要求4所述的电解用电极的制备方法，其中，所述稀土金属前体是选自硝酸铈(III)(Ce...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑钟郁，黄教贤，方晸业，方龙珠，李东哲，金练伊，严熙骏，金明勋，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国,KR