本發(fā)明涉及一種電極和制造該電極的方法。

背景技術(shù)：

1、通過電解氯化鈉的水溶液來生成氯氣和氫氧化鈉。在工業(yè)上已經(jīng)廣泛地應(yīng)用水溶液中的電解（例如，諸如銅和鋅之類的金屬的電解精煉，將諸如鋅和鎳之類的金屬的電化學(xué)鍍到材料表面上等）。另外，隨著近年來脫碳的趨勢(shì)，電解水以獲得氫氣和氧氣的努力日益增加。在水溶液中的這種電化學(xué)反應(yīng)中，通電是必需的，并且實(shí)際引起反應(yīng)的電極也是必不可少的。

2、電極的材料取決于電化學(xué)反應(yīng)的類型而變化，但使用碳和諸如鎳、鉑、銅、鈦等之類的金屬。電極的形狀是棒狀或板狀以及網(wǎng)狀或海綿狀。由于表面積越大，相同電位下的反應(yīng)速率越大，因此電極被制成網(wǎng)狀或海綿狀，以便增加單位體積的表面積。因此，期望具有較大的單位體積的表面積的電極。

3、jp?2021-55187?a（專利文獻(xiàn)1）描述了用于水溶液電解的電極的tini粉末以及通過成型和燒結(jié)該tini粉末來生產(chǎn)電極材料的方法。盡管該電極具有比普通體材料更好的屬性，但其作為電極材料的性能還不夠。此外，熱處理對(duì)于制造電極是必需的，這在成本方面是不利的。

4、另外，可以將催化劑施加到電極表面，以便進(jìn)一步提高效率。更高的效率有助于提高經(jīng)濟(jì)效率并削減諸如co2之類的環(huán)境負(fù)荷物質(zhì)，因此需要更高效的催化劑。然而，現(xiàn)有催化劑添加方法主要涉及通過涂覆或卷對(duì)卷來施加到表面，并且已知隨著使用而劣化或剝落。因此，需要一種用于在穩(wěn)定狀態(tài)下施加高活性催化劑的方法。

5、日本審查專利公開63-018672?b2（專利文獻(xiàn)2）公開了一種包括以下步驟的方法：將鉑族金屬的熱分解化合物的溶液涂覆到金屬基板的表面，加熱并分解，然后使其干燥以形成鉑族金屬層和鉑族金屬氧化物層作為催化劑層。然而，所需的每個(gè)催化劑層需要涂覆和干燥過程。另外，在使用電極時(shí)催化劑層的剝離是個(gè)問題。

6、現(xiàn)有技術(shù)參考文獻(xiàn)

7、專利參考1：jp?2021-55187?a

8、專利文獻(xiàn)2：日本審查專利公開63-018672?b2

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的

2、常規(guī)電極使用多孔合金、或者海綿狀或網(wǎng)狀金屬載體來增大表面積，但這還不夠。另外，當(dāng)在金屬載體上形成催化劑層時(shí)，存在催化劑剝落的問題。因此，我們已經(jīng)開發(fā)了一種電極，該電極通過壓實(shí)粉末而具有高比表面積，并且通過將催化劑分散在載體中而不會(huì)因剝離而劣化。

3、通常，當(dāng)制造電極時(shí)，在壓制成型之后執(zhí)行燒結(jié)。然而，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在不進(jìn)行燒結(jié)的情況下或者通過在比常規(guī)燒結(jié)溫度低的溫度下執(zhí)行熱處理，可以獲得具有高電化學(xué)活性的電極，并且已經(jīng)完成本發(fā)明。

4、因此，本發(fā)明的目的在于通過對(duì)包括從由金屬粉末、合金粉末和導(dǎo)電非金屬粉末組成的組中選擇的至少一種或混合有催化劑的原材料粉末進(jìn)行壓制成型，利用原材料粉末的成型體的高表面積，提供具有高電化學(xué)活性的電極和制造該電極的方法。

5、本發(fā)明的技術(shù)方案

6、因此，本發(fā)明的實(shí)施例的用于制造電極的方法（該電極具有1×104cm-1以上的比表面積并且當(dāng)通過sem觀察時(shí)具有孔隙按面積比計(jì)占用5％以上且20％以下的表面）包括以下步驟：在10mpa以上的成型壓力下對(duì)原材料粉末進(jìn)行成型，該原材料粉末具有1000μm以下的平均顆粒尺寸并且包含從由金屬粉末、合金粉末和導(dǎo)電非金屬粉末組成的組中選擇的至少一種，所得成型體被用作電極。

7、因此，本發(fā)明的另一實(shí)施例的用于制造電極的方法（該電極具有1×104cm-1以上的比表面積并且具有當(dāng)通過sem觀察時(shí)孔隙按面積比計(jì)占用5％以上且20％以下的表面）包括以下步驟：在10mpa以上的成型壓力下對(duì)原材料粉末進(jìn)行成型，該原材料粉末具有1000μm以下的平均顆粒尺寸并且包含從由金屬粉末、合金粉末和導(dǎo)電非金屬粉末組成的組中選擇的至少一種；以及對(duì)所得成型體進(jìn)行熱處理，所得熱處理體被用作電極。

8、當(dāng)通過sem觀察熱處理體的表面時(shí)，顆粒的融合率優(yōu)選地是80％以下。

9、優(yōu)選地將催化劑添加到原材料粉末。所添加的催化劑的量按質(zhì)量計(jì)優(yōu)選地是原材料粉末的量的0.03％以上且5％以下。優(yōu)選地，將碳或?qū)щ娧趸锾砑拥皆牧戏勰⑶宜砑拥奶蓟驅(qū)щ娧趸锏牧堪促|(zhì)量計(jì)是所添加的催化劑的量的1/100以上且10倍以下。優(yōu)選地，將氟樹脂添加到原材料粉末，并且所添加的氟樹脂的量按質(zhì)量計(jì)是所添加的催化劑的量的1/1000以上且1倍以下。

10、優(yōu)選地，當(dāng)原材料粉末具有大于100μm且1000μm以下的平均顆粒尺寸時(shí)，將原材料粉末與平均顆粒尺寸為10μm以下的原材料粉末進(jìn)行混合，并且成型壓力是10mpa以上且700mpa以下。

11、優(yōu)選地，當(dāng)通過sem觀察電極的表面時(shí)，孔隙的平均尺寸是原材料粉末的平均顆粒尺寸的1/50以上且5倍以下，并且孔隙的最大尺寸是原材料粉末的平均顆粒尺寸的10倍以下。

12、該方法優(yōu)選地還包括以下步驟：將按體積計(jì)為0％以上且70％以下的粗孔隙材料添加到原材料粉末，并且在對(duì)原材料粉末進(jìn)行成型的步驟之后去除粗孔隙材料，使得當(dāng)通過sem觀察電極的表面時(shí)，存在尺寸大于原材料粉末的顆粒尺寸的10倍的粗孔隙。

13、通過上述任一種方法來制造本發(fā)明的實(shí)施例的電極。本發(fā)明的電極優(yōu)選地是用于電解的電極。

14、本發(fā)明的效果

15、根據(jù)本發(fā)明，通過將包括從由金屬粉末、合金粉末和導(dǎo)電非金屬粉末組成的組中選擇的至少一種或混合有催化劑的原材料粉末進(jìn)行壓制成型，或者對(duì)該原材料粉末進(jìn)行壓制成型并然后對(duì)其進(jìn)行熱處理來制造電極，該電極具有1×104cm-1以上的比表面積并且具有當(dāng)通過sem觀察時(shí)孔隙按面積比計(jì)占用5％以上且20％以下的表面。因此，利用原材料粉末的成型體的高表面積，可以獲得具有高電化學(xué)活性的電極。這種電極還能夠穩(wěn)定地賦予催化劑，并且可以特別適當(dāng)?shù)赜米饔糜陔娊獾碾姌O。

技術(shù)特征：

1.一種用于制造電極的方法，所述電極具有1×104cm-1以上的比表面積并且具有當(dāng)通過sem觀察時(shí)孔隙按面積比計(jì)占用5％以上且20％以下的表面，

2.一種用于制造電極的方法，所述電極具有1×104cm-1以上的比表面積并且具有當(dāng)通過sem觀察時(shí)孔隙按面積比計(jì)占用5％以上且20％以下的表面，

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于制造電極的方法，其中，當(dāng)通過sem觀察所述熱處理體的表面時(shí)，顆粒的融合率是80％以下。

4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的用于制造電極的方法，其中，催化劑被添加到所述原材料粉末。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于制造電極的方法，其中，所添加的催化劑的量按質(zhì)量計(jì)是所述原材料粉末的量的0.03％以上且5％以下。

6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的用于制造電極的方法，其中，

7.根據(jù)權(quán)利要求4至6中任一項(xiàng)所述的用于制造電極的方法，其中，

8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的用于制造電極的方法，其中，

9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的用于制造電極的方法，其中，當(dāng)通過sem觀察所述電極的表面時(shí)，所述孔隙的平均尺寸是所述原材料粉末的平均顆粒尺寸的1/50以上且5倍以下，并且所述孔隙的最大尺寸是所述原材料粉末的平均顆粒尺寸的10倍以下。

10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的用于制造電極的方法，所述方法還包括以下步驟：

11.一種電極，通過根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的方法來制造。

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電極，所述電極是用于電解的電極。

技術(shù)總結(jié)
一種用于制造電極的方法，該電極具有1×10<supgt;4</supgt;cm<supgt;?1</supgt;以上的比表面積并且具有當(dāng)通過SEM觀察時(shí)孔隙按面積比計(jì)占用5％以上且20％以下的表面，該方法包括以下步驟：在10MPa以上的成型壓力下對(duì)原材料粉末進(jìn)行成型，該原材料粉末具有1000μm以下的平均顆粒尺寸并且包含從由金屬粉末、合金粉末和導(dǎo)電非金屬粉末組成的組中選擇的至少一種，所得成型體被用作電極，或者該方法還包括以下步驟：對(duì)所得成型體進(jìn)行熱處理，并且所得熱處理體被用作電極。

技術(shù)研發(fā)人員：渡邊右貴,山本茜,和田光平
受保護(hù)的技術(shù)使用者：富士模具株式會(huì)社
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21