一种制备改性多孔钛基集电器的方法技术

本发明专利技术属于质子交换膜水电解池技术领域，公开了一种制备改性多孔钛基集电器的方法。该方法具体为：对钛基底进行有机溶剂除油和酸处理，再用去离子水清洗，干燥；对处理后的所述钛基底采用恒电位电化学氮化处理，在钛基底表面形成氮化膜，得到改性多孔钛基集电器。本发明专利技术的有益效果是：本发明专利技术的方法通过在酸性硝酸盐溶液中通过恒电位电化学氮化使得钛毡表面形成致密均匀的导电涂层后，提升了钛毡的耐腐蚀性和导电性。具有优异的导电性与耐腐蚀性，对未来质子交换膜电解池集电器的耐久性具有广阔的应用前景。阔的应用前景。阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
℃，用三电极体系进行电化学处理，其中钛毡为工作电极，铂片为对电极，饱和甘汞电极（SCE）为参比电极；4）PEW WE钛毡扩散层恒电位氮化过程；恒电位电化学氮化过程分三个过程：第一部分钛毡在氮化溶液中，对钛毡进行阴极预处理一段时间，除去因空气转移过程中的吸附氧；第二部分在选定电位范围内对钛毡进行不同时间氮化处理；第三部分氮化后的钛毡用去离子水冲洗干净，干燥备用。
[0005]进一步，酸处理体积比为HF : HNO
3 : H2O = 1 : 8 : 10、HF : HNO
3 : H2O =1:10:20、HF :HNO
3 :H2O =1:10:50。
[0006]进一步，硝酸盐的浓度, 硝酸钾（0.1 ~ 2.0 mol/L）, 硝酸钠（0.1 ~ 2.0 mol/L），优选硝酸钾浓度（0.3 ~ 1 mol/L），硝酸钠浓度为（0.4 ~ 1.5 mol/L）。
[0007]进一步，酸的浓度, 硝酸（0.01 ~ 1 mol/L）,盐酸（0.01 ~ 0.5 mol/L），硫酸（0.01 ~ 1 mol/L），优选硝酸（0.05 ~ 0.2 mol/L）,盐酸（0.08 ~ 0.4 mol/L），硫酸（0.04 ~ 0.1 mol/L）。
[0008]进一步，所述工作电极和对电极间距为0.5 ~ 3 cm，工作电极与对电极面积比为0.5:1、1:1、 1:2；所述氮气的通入时间15 ~ 30分钟。
[0009]进一步，所述阴极预处理20 ~ 30分钟温度控制在25 ~ 50 ℃，优选温度25 ~ 30℃。
[0010]进一步，所述恒电位氮化第二部分氮化电位在
‑
3~ 0 V之间，氮化时间为0.5 ~ 10 h, 优选电位（
‑
1.5 ~
ꢀ‑ꢀ
0.5V）。
[0011]本专利技术的特点主要有：1.面对 PEM水电解多孔集电器在阳极高电位下氧化，内阻增高，从而导致电堆功率效率降低的问题，本专利技术采用了恒电位电化学氮化形成高导电、耐腐蚀复合涂层。
[0012]2.本专利技术通过在酸性硝酸盐溶液中通过恒电位电化学氮化使得钛毡表面形成致密均匀的导电涂层后，提升了钛毡的耐腐蚀性和导电性。
[0013]3.本专利技术制备的高导电的氮化涂层结果表明，其耐腐蚀性能大大提升，在0.5 mol/L H2SO
4 + 2 ppm F
‑
溶液中，其腐蚀电流密度为0.920
·
10
‑6A/cm2，导电性较基体也有很大提高，其接触电阻在140 N cm
‑2下达到1.60 mΩ cm2。
[0014]本专利技术的有益效果是：1、制备工艺简单高效，无需特别的设备，成本低，适用范围广。
[0015]2、高导电性能，经过10小时极化后接触电阻仍然在低范围保持稳定。
[0016]3、在1.7 V~2.0 V电位下恒电位极化条件下有很好的稳定性。
[0017]4、改进空间广，本专利技术还可以通过引入不同类型的导电材料基体材料和不同浓度的硝酸盐添加剂，通过调整各组分的不同比例，实现对金属扩散层不同程度的提高。
附图说明
[0018]图1为采用本专利技术的方法的实施例1纯钛毡SEM图和EDS能谱图。
[0019]图2为采用本专利技术的方法的实施例1不同电位下电化学氮化的形貌图。
[0020]图3为采用本专利技术的方法的实施例2不同氮化时间动电位极化曲线图。
[0021]图4为采用本专利技术的方法的实施例1不同压力下的接触电阻测试图。
[0022]图5为采用本专利技术的方法的实施例3 动电位极化曲线。
具体实施方式
[0023]下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步详细的描述,但本专利技术的实施方式不限于此。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0024]本专利技术 一种制备改性多孔钛基集电器的方法，所述方法具体包括以下步骤：S1）对钛基底进行有机溶剂除油和酸处理，再用去离子水清洗，干燥；S2）对S1）处理后的所述钛基底采用恒电位电化学氮化处理，在钛基底表面形成氮化涂层，得到改性多孔钛基集电器。
[0025]所述S1）中的钛基底为钛毡、钛纤维或钛网；酸处理的时间为10 ~ 20 s；酸处理的溶液为HF、HNO3和H2O的混合溶液，三者之间的体积比为：1 : 8 ~ 10 : 20~50。
[0026]所述S2）的具体步骤为：S2.1）配置酸性氮化溶液，备用；S2.2）向S2.1）配置得到的酸性氮化溶液中持续通入氮气，进行阴极预处理；S2.3）温度控制在25 ~ 50 ℃，采用三电极体系进行电化学处理，即得到改性质子交换膜水电解池多孔钛基集电器。
[0027]所述S2.1）中酸性氮化溶液为硝酸盐溶液和酸溶液的混合溶液；所述混合溶液中硝酸盐的浓度为0.1 ~ 2.0 mol/L，酸的浓度为0.01 ~ 1 mol/L。
[0028]所述硝酸盐为硝酸钾或硝酸钠，所述酸为硝酸、盐酸或硫酸。
[0029]所述S2.2）中氮气的通入时间为15 ~ 30分钟；阴极预处理时间为20 ~ 30分钟，温度为25 ~ 50 ℃。
[0030]所述S2.3）中的三电极体系中钛基底为工作电极，铂片为对电极，饱和甘汞电极为参比电极。
[0031]所述工作电极与对电极面积比为0.5 ~ 1 : 1 ~ 2；所述工作电极和对电极间距为1 ~ 3 cm；氮化电位在
‑
3~ 0 V之间，氮化时间为0.5 ~ 10 h。
[0032]所述工作电极与对电极面积比还能够为1：1；所述工作电极和对电极间距为1
‑
2 cm；氮化电位在
‑
1.5
‑ꢀ
0 V之间，氮化时间为2~ 8 h。
[0033]一种质子交换膜水电解池，所述质子交换膜水电解池中改性多孔钛基集电器采用上述的方法制备得到。
[0034]实施例1：钛毡分别在丙酮，乙醇和去离子水中超声去除表面的有机物，然后酸处理体积比（HF:HNO3:H2O =1:8:10）去除表面的氧化膜，用去离子水冲洗后干燥保存。
[0035]钛毡电化学氮化的溶液组成为硝酸钾和硝酸溶液，工作电极与对电极面积比为1:1，间距为2 cm， 硝酸钾的浓度为0.5 mol/L，硝酸浓度为0.1 mol/L。在室温下，用三电极体
系进行恒电位电化学氮化处理，其中钛毡为工作电极，铂片为对电极，饱和甘汞电极（SCE）为参比电极。电化学氮化前要通入氮气15分钟，然后进行阴极预处理20分钟；选择不同电位进行电化学氮化，电位分别为
‑ꢀ
0.45 V、
‑ꢀ
0.85 V、
‑ꢀ
1.05 V和
‑ꢀ
1.25V氮化时间为2 h。处理完的钛毡样品用去离子水清洗后烘干进行形貌表征和电化学测试。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备改性质子交换膜水电解池多孔钛基集电器的方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：S1）对钛基底进行有机溶剂除油和酸处理，再用去离子水清洗，干燥；S2）对S1）处理后的所述钛基底采用恒电位电化学氮化处理，得到改性多孔钛基集电器。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1）中的钛基底为钛毡、钛纤维或钛网；酸处理的时间为10 ~ 20 s；酸处理的溶液为HF、HNO3和H2O的混合溶液，三者之间的体积比为：1 : 8 ~ 10 : 20~50。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S2）的具体步骤为：S2.1）配置酸性氮化溶液，备用；S2.2）向S2.1）配置得到的酸性氮化溶液中持续通入氮气，进行阴极预处理；S2.3）温度控制在25 ~ 50 ℃，采用三电极体系进行电化学处理，即得到改性多孔钛基集电器。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述S2.1）中酸性氮化溶液为硝酸盐溶液和酸溶液的混合溶液；所述混合溶液中硝酸盐的浓度为0.1 ~ 2.0 mol/L，所述混合溶液中酸溶液的浓度为0.01 ~ 1 mol/L。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述硝酸盐为...

【专利技术属性】
技术研发人员：王新东，刘月，张衡，王冬冬，单东方，申桂鑫，彭善龙，刘丽丽，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：