Способ изготовления электрода

1 11 819222 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 18.12.78 (21) 2697553/23-26 с присоединением заявки М Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийТрудового Красного Знамени п нститут им. С. М, Кирова) СПОСОБ ИЗГОТО ИЯ ЭЛЕКТРОДА Изобретение относится к химической технологии изготовления электродов и может быть использовано в электрохимической промышленности, а именно в производстве электролитического водорода. 5Известен способ изготовления электродов для получения водорода путем прессования титанового порошка с последующей термической обработкой в атмосфере азота или аммиака при 1100 - 1200 С в тече ние 5 - 10 ч 1. Перенапряжение выделения водорода в 7 М растворе соляной кислоты на нитриде титана, полученном таким образом, составляет 0,45 В при рабочей плотности тока 100 МА/см и темпера туре 20 С.Недостатками известного способа изготовления водородного электрода являются многостадийность, сложность в изготовле. нии электрода, связанная с образованием 2 примесных кислородных соединений титана (типа оксинитридов), что приводит к снижению. каталитической активности электрода в целом. Кроме того, азотирование при высоких температурах приводит к зна чительному уменьшению (до 0,2 - 0,3 м%) работающей поверхности электрода.Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому разультату является способ изготов- ЗО О 2) Авторыизобретения Д, И. МедведеИ(71) Заявитель Белорусский орде ления водородного электрода путем спекания нитридов титана в присутствии активированного угля 2. Титановый порошок с добавками активированного угля прессуют с последующей термической обработкой при температурах выше 1100 С в течение нескольких часов. Термообработка при более низких температурах приводит к получению механически непрочных смесей твердых растворов азота в титане с углем. Перенапряжение выделения водорода в солянокислых растворах электролитов при температуре 20 С и рабочей плотности тока 100 мА/см составляет 0,48 - 0,5 В,Недостатками такого способа являются многостадийность и сложность в изготовлении электродов, связанная с применением исходных реагентов высокой степени чистоты, неравномерным распределением каталитически активного материала, а также низкой степенью превращения титанового порошка в нитрид титана. Все это приводит к высокому перенапряжению выделения водорода и сложности в изготовлении электрода. Кроме того, высокотемпературная обработка ограничивает возможность получения электродов с высокоразвитой поверхностью (удельная поверхность таких электродов не превышает 0,3 м 2/г), 819222что приводит к снижению плотности тока на единицу видимой поверхности.Целью изобретения является упрощениепроцесса изготовления и повышение электрохимической активности электрода,Поставленная цель достигается тем, чтов качестве углеродного материала используют графитовый порошок, на смешение дополнительно подают алюмофосф атно е связующее при следующем соотношении компонентов, вес. %:Нитрид титана 25 - 50 Графитовый порошок 10 - 25 Алюмофосфатное связующее 35 - 50и после формования смесь нагревают со скоростью 20 - 40 С/ч до температуры 200 - 300 С, при которой и ведут термообработку.Технология изготовления электрода заключается в следующем.Сухие порошки нитрида титана (фракции 0,05 - 1,0 мкм) и графитовый порошок (фракция 5,0 мкм) тщательно перемешивают и добавляют порциями в алюмофосфатное связущее при непрерывном перемешивании до образования однородной массы. Полученную массу помещают во фторпластовую форму и выдерживают до естественного отверждения (1 - 3 суток).Повышение температуры формования от 20 до 80 С приводит к сокращению времени отверждения композиции до 5 ч, Дальнейшее повышение температуры формования вызывает резкое снижение механической прочности электрода.Сформованные электроды обрабатывают при 200 - 300 С со скоростью повышения температуры 20 - 40 С/ч. С увеличением температуры термообработки до 300 С возрастает коррозионная устойчивость электродов при сохранении их рабочей поверхности. Скорость повышения температуры должна быть строго регламентированной, так как при скорости 40 С/ч вследствие резкого удаления воды возрастает пористость электрода, что приводит к увеличению его сопротивления и снижению механической прочности. При скорости 20 С/ч качество электрода не изменяется, однако время его изготовления резко возрастает.После охлаждения электрод помещают в ячейку, заполненную соляной кислотой, и испытывают на выделение водорода,П р и м ер 1. Смешивают 10 г (36,4 вес. /о) дисперсного нитрида титана (фракции 0,05 - 0,1 мкм) с 5 г (18,2 вес, о/о) графитового порошка (фракция 5 мкм). После тщательного перемешивания смесь сухих порошков (2 - 3 г) добавляют при непрерывном пер емешивании в алюмофосфатное связующее 70/,-ной нейтрализации, расход которого составляет 2,5 г (45,4 вес.%). Полученную массу с соотношением (по весу) 5 10 15 20 25 0 35 40 45 50 55 60 65 нитрид титана: графитовый порошок; алюмофосфатное связущее, равным 1;0,5:1,25, помещают во фторопластовую форму и выдерживают в течение 3 суток при 20 С. Сформованный электрод обрабатывают при 200 С со скоростью повышения температуры 20 С/ч. После охлаждения электрод по. мещают в ячейку, заполненную соляной кислотой, и испытывают на катодное восстановление водорода при температуре 25 С и перемешнвании.Сопротивление электрода составляет 5,30 м, перенапряжение выделения водорода при рабочей плотности тока 100 МА/см составляет 0,35 В.Г 1 р и м е р 2. Технология приготовления электрода такая, как в примере 1. Исходное соотношение дисперсный нитрид титана (10 г, 44,4 вес.%): графитовый порошок (2,5 г, 11,2 вес. о/о): алюмофосфатное связующее (10 г, 44,4 вес. /,) составляет 1,0;0,25:1,0, время естественного отверждения при 80 С 5 ч, температура термообработки 300 С. Сопротивление электрода, полученного таким образом, равно 3,25 Ом, перенапряжение выделения водорода при рабочей плотности тока 100 МА/см- состав. ляет О 35 В.П р и м е р 3. Технология изготовления электрода, как в примере 1. Исходное соотношение нитрид титана (12,5 г, 50 вес. %) ; графитовый порошок (2,5 - 10 вес. о/о ): алюмофосфатное связующее (10 г,40 вес. /о) составляет 1,25:0,25:1,0, время естественного отверждения при 40 С 18 ч, температура последующей обработки 250 С. Сопротивление электрода 1,1 Ом, перенапряжение выделения водорода при рабочей плотности тока 100 МА/см составляет 0,22 В,Таким образом, использование в качестве электрохимически активного материала исходного дисперсного нитрида титана с удельной поверхностью 25 - 30 м/г позволяет сформировать электрод с развитой поверхностью (от 1 до 5 м 9 г) при температуре 20 - 80 С и атмосферном давлении.Применение пор ошкообразного графита позволяет устранить усадочные явления при отверждении композиции, изготовить электрод заданной пористости. Кроме того, использование исходного высокодисперсного нитрида титана с добавками графитового порошка приводит к снижению расхода дорогостоящего титанового порошка или нитрида титана.Применение алюмофосфатного связующего дает возможность провести формо. вание электрода при атмосферном давлении и снизить температуру термообработки до 200 в 3 С, что позволяет изготовить электрод с развитой поверхностью, упростить технологию изготовления и сократить энергетические затраты, В таблице приведены сравнительные данные известного 12 и предлагаемого способов.819222 С п о с о б Условия изготовления электрода предлагаемы й известный 2 Атмосферное 200 в 3 25 - оО600 - 12001200 - 1500 90 - 100 Давление прессования при формовании, кг/смаТемпература термообработки, СРасход титанового порошка или нитрида титана на единицу площади электрода, вес. О 4Расход графитового порошка или угля,вес. йРасход алюмофосфатного связующего, вес. 9 й 10 - 25 35 - 50 0 - 10 25 - 50 10 - 25 Формула изобретения Составитель Т. Барабаш Редактор 3. Бородкина Техред И. Заболотнова Корректоры: Р. Беркович и В. НамЗаказ 643/13 Изд.274 Тираж 712 Подписное НПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Типография, пр. Сапунова, 2 Перенапряжение выделения водорода при рабочей плотности тока 100 МА/смасоставляет при известном 21 способе изготовления электрода 0,5 - 0,48 В, а при предлагаемом - 0,35 - 0,22 В. 5 Способ изготовления электрода, содержащего нитрид титана и углеродный мате риал, включающий смешение компонентов, формование и термообработку, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью упрощения процесса изготовления и повышения электрохимической активности электрода, в ка честве углеродного материала используют графитовый порошок, на смешение дополнительно подают алюмофосфатное связующее при следующем соотношении компонентов, вес,%, 20 Нитрид титанаГрафитовый порошокАлюмофосфатное связующее 35 - 50 и после формования смесь нагревают со скоростью 20 - 40 С/ч до температуры 200 - 300 С, при которой и ведут термообработку,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Горбачев А. К, и др. Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология, 1976, т. 19,2, с. 275 - - 277.2. Василенко И, И., Нечипоренко Н. Н, Труды Белгородского технологического института строительных материалов, 1972, вьш. 1, с. 610 (прототип).