一种三维铜基泡沫金属复合电极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种三维铜基泡沫金属复合电极材料及其制备方法，属于电化学领域。本发明专利技术所述三维铜基泡沫金属复合电极材料包括作为骨架及集流载体的金属铜板或铜合金板，以及为复合电极材料提供大比表面积的泡沫金属；本发明专利技术采用电沉积技术/粉末冶金的方法在表面处理过的铜板两侧制备泡沫金属，制备三维铜基泡沫金属复合电极材料；其中铜及铜合金板内芯作为复合电极材料的集流载体和导电骨架，泡沫金属可以保证复合电极材料具有很大的比表面积。本发明专利技术所制备的三维铜基泡沫金属复合电极材料具有催化活性高，价格低廉，制作工艺简单，适应性广，在碱性环境中具有较好的耐蚀性等优点，其使用方法和外形尺寸完全满足传统电极的工况要求。

【技术实现步骤摘要】
一种三维铜基泡沫金属复合电极材料及其制备方法
本专利技术涉及一种三维铜基泡沫金属复合电极材料及其制备方法，属于电化学

技术介绍
随着人们对能源需求的增加以及环境污染的加重，电极的应用范围也越来越广，如电解水制氢领域、污水处理、湿法冶金等，不管是电解水制氢、污水处理还是湿法冶金等，能耗问题一直是人们关注的热点，而对于如何降低能耗，降低成本，电极的研究至关重要，而作为电极不仅要具有较好的导电性能，而且要有足够大的比表面积来提供大的反应位点。就电解水而言，板状镍合金电极虽然具有好的导电性能和力学性能，但是在电解水过程中，所能提供的反应位点有限，虽然人们致力于研究镍多元合金作为析氢电极骨架，但是目前电解水成本仍高居不下。本专利技术率先提出将板状金属电极和泡沫金属电极结合，构成新型复合电极，板状金属作为复合电极的导电骨架及集流载体，大大提高了新型复合电极的力学性能及导电性能，而泡沫金属则保证本新型复合电极具有大的比表面积，能在电化学反应中提供大量的反应位点，从而具有较好的电化学性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种三维铜基泡沫金属复合电极材料，采用力学性能好、导电性好、价格低廉铜或铜合金板为“芯”、用有大比表面及具耐腐蚀性能好、具有一定析氢活性的泡沫金属为“壳”，包覆在金属铜及铜合金的两侧以此获得三维铜基泡沫金属复合电极材料。优选的，本专利技术所述铜或铜合金板，厚度为0.3mm-10mm。优选的，本专利技术所述泡沫金属为泡沫镍、泡沫铜及其合金，厚度为1mm-50mm，孔隙率大于80％。本专利技术的另一目的在于提供所述三维铜基泡沫金属复合电极材料的制备方法，具体包括以下步骤：（1）铜及铜合金板预处理：对铜及铜合金表面依次进行打磨，以去除表面氧化膜，再用丙酮/无水乙醇超声清洗，然后用稀HCL浸泡；（2）导电泡沫制备：将聚氨酯海绵用无水乙醇超声清洗，然后采用粗化、敏化、活化和化学镀四个步骤在聚氨酯海绵表面沉积导电金属层，以保证聚氨酯海绵具有一定的导电性。本专利技术中粗化、敏化、活化和化学镀为常规方法，粗化的目的是打开海绵基体的盲孔，打开内部通道，同时在海绵内、外表面生成许多亲水基团，并且让海绵具有一定粗糙度；敏化的目的是在粗化后的泡沫表面吸附一层具有还原性质的金属离子；活化是为了在敏化后表面再吸附一层具有催化作用的金属粒子作为化学沉积的催化活性中心。（3）在铜金属板两侧制备泡沫金属：将步骤（2）制备的导电泡沫固定在处理过的铜或铜合金两侧，采用电沉积或化学沉积的方法，制备泡沫金属，其中电沉积采用三电极体系，所用电源为直流电源，待电沉积完成后进行热处理，烧掉聚氨酯海绵。优选的，本专利技术所述铜及铜合金板预处理的具体条件为：首先用800、1200、2000的砂纸对铜及铜合金表面依次进行打磨，再用丙酮/无水乙醇超声清洗5-10min，然后用稀HCL浸泡5min。除特别说明外，本专利技术所有百分比均为质量百分比。本专利技术的有益效果：（1）本专利技术制备所得到的三维铜基泡沫金属复合电极材料兼具板状和泡沫电极的优点，具有催化活性高、成本低廉、使用寿命长、适应性广等优点，其使用方法和外形尺寸完全满足传统电极的工况要求，可用作电解水用新型复合电极材料。（2）本专利技术首先提出采用电沉积的方法在经过处理的金属铜及铜合金板两侧制备泡沫金属，制备三维铜基泡沫金属复合电极材料；其中，铜及铜合金“芯”作为电极的集流载体和导电骨架，不仅降低了复合电极基体材料的电阻，而且提高了复合电极基体材料的力学性能；泡沫金属不仅能保证三维铜基泡沫金属复合电极材料基体具有大的比表面，保证三维铜基泡沫金属复合电极材料基体具有很好的电化学性能。（3）本专利技术采用电化学沉积的方法在铜板两侧制备泡沫金属，避免了粘结剂对复合电极材料析氢性能的影响；也保证三维铜基泡沫金属复合电极材料具有较好力学性能。附图说明图1是导电海绵实物图及放大200倍图。图2为实施例1所制备复合电极材料实物正面(a)、侧面(b)及SEM图(c)。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于所述内容，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利技术宗旨的前提下作出各种变化。实施例1一种三维铜基泡沫金属复合电极材料，所述三维铜基泡沫金属复合电极材料包括芯部铜金属板，位于铜金属板两侧的泡沫镍，其中，铜金属板的厚度为0.3mm；泡沫镍厚度为1mm，孔隙率大于80％。所述三维铜基泡沫金属复合电极材料的制备方法，具体包括以下步骤：（1）首先用800、1200、2000的砂纸对厚度为0.3mm的铜金属板表面依次进行打磨，以去除表面氧化膜，再用丙酮/无水乙醇超声清洗5-10min，然后用稀HCl浸泡5min。（2）采用化学沉积的方法使聚氨酯海绵导电，经粗化、敏化、活化和化学镀四个步骤在聚氨酯海绵表面沉积导电金属层，以保证聚氨酯海绵具有一定的导电性。粗化的具体过程为：将厚度为1mm的聚氨酯海绵依次用酒精、去离子水进行超声清洗，然后进行粗化处理，两步粗化配方为①KMnO48.0g/L、H2SO4(ρH2SO4=1.84)6ml/l，粗化时间15min；②CrO34g/l，H2SO4(ρ=1.83)5ml/l，室温浸泡24h。敏化配方为：SnCl2•2H2O25g/l，HCl(36％)45ml/l，Sn粒3g/l，浸泡10min，蒸馏水冲洗。活化配方：PbCl20.3g/l，HCl(36％)2ml/l，活化时间5min；由于活化过程中的Pd被凝胶层覆盖，所以在化学沉积前要用HCHO溶液进行解胶处理，使Pd原子暴露出来，起催化作用。化学沉积配方：NiSO4•6H2O25g/l，NaH2PO4•H2O30g/l，NaAc•3H2O12g/l；硫酸肼12g/l，pH值5，40℃沉积30min，干燥后经测试具有较好导电性能。（3）在步骤（1）预处理过的Cu金属板两侧固定步骤（2）经过化学沉积处理，具有一定导电性的导电海绵，待导电泡沫固定好，采用三电极体系进行电沉积实验。具体工艺参数为：将固定好的Cu及导电泡沫用无水乙醇和去离子水依次进行超声清洗，然后采用三电极体系进行电沉积实验，所用阳极是纯度为99.99％镍板，电沉积参数为：硫酸镍（NiSO4•6H2O）85g/l；氯化镍（NiCl2•6H2O）95g/l；硼酸（H3BO3）45g/l；1.4-丁炔二醇0.5g/l；糖精1.0g/l；十二烷基硫酸钠100mg/l，PH为3-4，温度40℃，电流密度2A/dm2，电沉积时间24小时，待电沉积结束后在真空干燥箱干燥，待干燥完成后在氢气气氛下800℃热处理得到铜基泡沫镍复合电极材料（Cu/NF）。用四探针法测定金属铜板，泡沫镍及Cu/NF复合电极材料电阻率，如下表，可以看到Cu/NF复合电极材料相比泡沫镍电阻率大大降低。本实施案例制备得到的Cu/NF复合电极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维铜基泡沫金属复合电极材料，其特征在于：所述三维铜基泡沫金属复合电极材料包括芯部铜或铜合金板，位于铜或铜合金板两侧的泡沫金属。/n

【技术特征摘要】
1.一种三维铜基泡沫金属复合电极材料，其特征在于：所述三维铜基泡沫金属复合电极材料包括芯部铜或铜合金板，位于铜或铜合金板两侧的泡沫金属。


2.根据权利要求1所述三维铜基泡沫金属复合电极材料，其特征在于：所述铜或铜合金板，厚度为0.3mm-10mm。


3.根据权利要求1所述三维铜基泡沫金属复合电极材料，其特征在于：所述泡沫金属为泡沫镍、泡沫铜及其合金，厚度为1mm-50mm，孔隙率大于80％。


4.权利要求1~3任意一项所述三维铜基泡沫金属复合电极材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）铜及铜合金板预处理：对铜及铜合金表面依次进行打磨，以去除表面氧化膜，再用丙酮/无水乙醇超声清洗，然后...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹勇，罗鹏辉，周生刚，徐阳，王丽琼，王鹏，刘俊峰，李陶，刘洪杰，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53