一种电沉积阳极制造技术

本发明专利技术公开了一种电沉积阳极

【技术实现步骤摘要】
一种电沉积阳极、系统和电沉积阳极金属的补充方法


[0001]本专利技术涉及电沉积阳极，尤其涉及一种电沉积阳极
、
系统和电沉积阳极金属的补充方法
。

技术介绍

[0002]氢气作为一种清洁能源，同时也是一种很有潜力的能量载体，其能量密度高达
140MJ/kg
，在使用过程中对环境基本不造成污染
。
但是，如今超过
90
％的氢气来自于化石燃料，在生产过程中仍然会对环境造成大量的污染
。
从氢气的全生命周期来看，这种生产方式使得氢气不再具有清洁性
。
因此，必须改变氢气的来源，将“灰氢”转变为“绿氢”。
考虑到我国风能和光伏产业的飞速发展，利用可再生能源电解水制氢是实现无污染生产氢气的最佳途径但是，电解水制氢也存在不足，其较高的能量消耗导致其经济成本居高不下，因此需要寻找合理的催化剂促进反应的进行
。
[0003]目前，铂和铱等贵金属及其化合物是电解水制氢中较优的催化剂，但是其昂贵的价格和稀有程度严重限制着实际应用，此外，在工业生产所需的大电流条件下，这些催化剂仍然无法达到令人满意的性能要求
。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种一种同时具有高活性
、
低过电势
、
牢固的机械性能以及较低的成本的催化剂
。
[0004]近年来，本领域的技术人员制备出了一系列高性能的非贵金属基催化剂
。
然而，为了大规模生产氢气，工业电解水往往工作在大电流条件下且持续上千小时
。
因此，反应时电极上会有大量气泡产生，这些气泡不仅会破坏电极和催化剂的结构，还会堵塞活性位点增加反应电阻
。
另外，许多非贵金属催化剂的制备需要长时间的高压
、
水热反应，其制备方法繁琐，不利于放大到工业生产中，而且许多纳米催化剂颗粒都需要粘合剂，在工业上大量气泡的不断冲刷下容易脱落，不能满足实际要求
。
[0005]电沉积法制备催化剂是一种在阴极电极上利用还原反应将溶液中的金属阳离子还原为金属单质，从而实现催化剂在电极表面原位生长的技术
。
这种方法的优点是制备过程简单可控，只需要调整工作的电流和反应溶液的成分及温度，便可得到相应的电沉积结果且可重复
。
除此之外，其分子层面原位生长的催化剂非常牢固，具有较高的机械强度，可以抵抗住电解水过程中大量气泡的冲击而不失效，因此十分适用于放大到工业生产中进行规模化制备
。
[0006]如图1所示，一个普通的电沉积系统通常由沉积槽
5、
阳极
(
正极
)1、4、
阴极
(
负极
)3
和溶液组成
。
其中，沉积槽5是电沉积反应发生的场所，阴极
(
负极
)3
为需要沉积金属的工作电极，2为阴极电极夹，阳极
(
正极
)1、4
为对电极，溶液为两个电极之间离子传输提供了通路
。
电沉积反应是一个氧化还原反应，当有电流通过时，阴极
(
负极
)3
上发生还原反应，将溶液中的金属阳离子还原为金属单质沉积在阳极表面；阳极
(
正极
)1、4
上发生氧化反应，将阳极上的金属单质氧化为金属阳离子进入溶液
。
因此，在一个普通的电沉积系统中，阳极的金属材料会不断消耗，如果不定时更换，最终会由于阳极表面积
(
体积
)
的不断减小而影响反应电压，增加系统的电阻，提高能耗，改变系统的电场稳定性等
。
但是，频繁的更换阳极金属
材料又会导致大量的浪费，提高成本，是工业生产中的一项瓶颈问题
。
因此，急需一种技术可以实时补充阳极金属材料消耗掉的体积
(
表面积
)
，实现控制反应的电场稳定的同时，尽可能的提高阳极金属材料的利用率
。

技术实现思路

[0007]为实现上述目的，本专利技术首先提供了一种电沉积阳极，包括导电网笼和填充于导电网笼中的阳极金属颗粒
。
[0008]进一步地，导电网笼是通过两层同样大小的长方形的导电网格层沿其两条长边和一条短边对接而成，且在开口处的短边中间分别延伸出两条导电条，导电条与各自的导电网格层为一体裁剪而成
。
[0009]进一步地，导电网笼为还原活性低于阳极金属颗粒的金属或其他导电的非金属；导电网格层的厚度为
0.01mm
～
100mm
；导电网格层的网目数为
10
～
1000
目
。
[0010]进一步地，导电网笼为钛网；导电网格层的厚度为
1mm
；导电网格层的网目数为
100
目
。
[0011]进一步地，阳极金属颗粒的材料为电沉积反应溶液所含的或阴极电沉积所需的金属
。
[0012]进一步地，阳极金属颗粒为镍粒
。
[0013]本专利技术还提供了一种电沉积系统，包括沉积槽；阴极电极和设置在阴极电极两侧的阳极被置于沉积槽的反应溶液中；阳极包括导电网笼；导电网笼中填充有阳极金属颗粒，且导电网笼中填充的阳极金属颗粒高于反应溶液液面
。
[0014]进一步地，导电网笼是通过两层同样大小的长方形的导电网格层沿其两条长边和一条短边对接而成，且在开口处的短边中间分别延伸出两条导电条，导电条与各自的导电网格层为一体裁剪而成，阳极电极夹同时夹住导电网笼开口处的两条导电条从而将导电网笼悬置于反应溶液中
。
[0015]本专利技术还提供了一种电沉积阳极金属的补充方法，包括步骤：
[0016](1)
提供一种电沉积阳极，包括导电网笼和填充于导电网笼中的阳极金属颗粒；
[0017](2)
随着电沉积的进行，导电网笼中的阳极金属颗粒被逐渐消耗，则间断性地向导电网笼中添加阳极金属颗粒，使得导电网笼中填充的阳极金属颗粒始终高于反应溶液液面
。
[0018]进一步地，导电网笼是通过两层同样大小的长方形的导电网格层沿其两条长边和一条短边对接而成，且在开口处的短边中间分别延伸出两条导电条，导电条与各自的导电网格层为一体裁剪而成，阳极电极夹同时夹住导电网笼开口处的两条导电条从而将导电网笼悬置于反应溶液中；添加阳极金属颗粒时，则松开阳极电极夹，通过拉动导电条打开导电网笼开口，并从开口处向导电网笼中添加阳极金属颗粒
。
[0019]本专利技术将普通电沉积系统中阳极的金属材料微分成颗粒状，增加了阳极的表面积，使得反应溶液可以更充分的接触阳极表面，有利于阳极反应的进行，减小了系统的电压，节约了生产能耗
。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种电沉积阳极，其特征在于，包括导电网笼和填充于导电网笼中的阳极金属颗粒
。2.
如权利要求1所述的电沉积阳极，其中，导电网笼是通过两层同样大小的长方形的导电网格层沿其两条长边和一条短边对接而成，且在开口处的短边中间分别延伸出两条导电条，导电条与各自的导电网格层为一体裁剪而成
。3.
如权利要求1所述的电沉积阳极，其中，导电网笼为还原活性低于阳极金属颗粒的金属或其他导电的非金属；导电网格层的厚度为
0.01mm
～
100mm
；导电网格层的网目数为
10
～
1000
目
。4.
如权利要求3所述的电沉积阳极，其中，导电网笼为钛网；导电网格层的厚度为
1mm
；导电网格层的网目数为
100
目
。5.
如权利要求1所述的电沉积阳极，其中，阳极金属颗粒的材料为电沉积反应溶液所含的或阴极电沉积所需的金属
。6.
如权利要求5所述的可补充金属的电沉积阳极，其中，阳极金属颗粒为镍粒
。7.
一种电沉积系统，其特征在于，包括沉积槽；阴极电极和设置在阴极电极两侧的阳极被置于沉积槽的反应溶液中；阳极包括导...

【专利技术属性】
技术研发人员：金黎明，杨路宇，张存满，耿振，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：