Способ изготовления катода

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихреспублик о 1990876(61) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 27. 07. 81 (21 3358321/23-26 1 М. Ка с присоединением заявки Йо С 25 В 11/12 Государственный комитет СССР по делам нзооретеннй и открытий(72) Авторыизобретения В, В. Поплавский, Н. П. Матвейко и Э. В. Белорусский ор технологически расного Зй ,М. Кирова(71) Заявитель рудово итут и 54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КАТ) 5 мн так ущест талла Изобретение относится к электро- . химическому получению водорода, в ча-. стности к способам изготовления катодов, применяеьых в электролитических ячейках для электролиза водных растворов кислот или галогенидов ще- лочных металлов,Известен способ изготовления угле- граФитового катода, в котором, с 1 р целью повышения его электролитической активности на поверхности электрода, размещают металлическую сетку из материала, понижающего перенапряжение выделения водорода 1.Недостатком указанного способа является значительный расход электро- каталитического металла, что затрудняет использование в качестве модифицирующих благородных и других дорогостоящих металлов, обладающих низким перенапряжением выделенияводорода.Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является способ нанесения на поверхность углеродграфитового катода электрокаталитического металла в виде теплопленочного= покрытия (2 3.Недостатка ого способа являются все еще с венный расход активирующего ме а также много стадийность процесса изготовления электрода, поскольку создание микропористости предполагает выполнение таких технологических операций как нанесение покрытия в виде сплава или смеси металлов и селективное удаление одногс из компонентов.Целью изобретения является упрощение способа за счет сокращения количества технологических операций при изготовлении углеграФитового катода и уменьшение расхода электрокаталитического металла.Поставленная цель достигается тем, что нанесение активного слоя на угле- граФитовую основу катода осуществляется путем имплантации в поверхность углеграфитовой основы ионов электро- каталитического металла с энергией 5-20 КэВ и интегральным потоком (1-3)10 м .Положительные ионы металла, полученные в ионном источнике, ускоряют-, ся в условиях высокого вакуума (давление остаточных газов не больше 1,3310 1 Па) и внедряются в поверхйостный. слой модиФицнруемого материала. Глубина проникновения конкретных ионов в определенный материал определяется энергией ионов. Для фор990876 Интегральныйпоток ионовмРасход платины на единицу видимой поверхности,кг мКатод 100 А м 1100 2450 Графит 0,6 10 2,410 2,6. 10 1,9108,10-4 8,5 10 4 1500 250 Графит + РС+ 130 Графит + Р 1+ 750 Графит + РС+ Платинированныйграфит 5,0 10 2 600 2500 1150 Стеклоуглерод 7,2 10 4 7,8 10 8,5 10 9,1.10 120 800 Гладкая платина В 5 н.Н 50,мирования тонкого поверхностного слоянаиболее подходящим является интервал,энергии ионов 520 кэВ, соответствующий тем минимальным значениям, прикоторых доминирует внедрение, что позволяет обходиться без дорогостоящихвысокоэнергетических ускорителей ио-нов, тяжелые ионы при этом проникают в углеграфитовые материалы на глубину около 10 нм и при больших концентрациях внедренной примеси (интегральный поток ионов порядка 10"мфраспределяются по глубине почти однородно от поверхности до наибольшейглубины проникновения.Имплантация ионов с большей энергией приводит к формированию активно 35го слоя на некоторой глубине и дляего обнажения дополнительно требуется анодное растворение модифицированного электродного материала,Использование метода ионной имплантации для модификации поверхностиуглеграфитового катода дает возможность сведения нескольких технологических операций поформирова:ию слояк одной, значительно сокращает расход модифицирующего металла, улучшает механическое сцепление и электрический контакт формируемого слоя Стеклоуглерод + Рй 2,2 10 Стеклоуглерод + Р 2,2 101 Стеклоуглерод + Р 1 2,6 10 " Стеклоуглерод + Рй 2,8 10й с матрицей вследствие внедрения ионов металла в кристаллическую решетку электродного материала.П р и м е р 1. Проводят модифика- цию поверхности катодов из графита марки МПГ-б путем имплантации с различными интегральными потоками ионов платины, полученных в искровом ионном источнике. Энергия ионов составляет 8 кэВ, давление остаточных газов в камере ускорителя - 1,33 10 ф Па, графитовые подложки находятся при комнатной температуре.В результате имплантации значительно возрастает степень шероховатости, а следовательно, и величина истинной поверхности катодов. Электролитическую активность имплантированной поверхности графитовых катодов исследуют методом снятия поляризационных кривых для процесса выделения водорода в 1 н. водном растворе серной кислоты при 298 К, Результаты исследований активности исходных и активированных катодов сведены в таблицу. (перенапряжение выделения водорода на различных катодах в 1 н Н,2 Я 04, измеренное относительно нормальйого водородного электрода) . Перенапряжение мВ, приплотности тока1000 А м990876Формула изобретения Составитель Т. БарабашТехред М.Коштура Корректор.М. Шароши Редактор Н РогуличФПодписное Тираж 641 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, ж, Раушская наб., д. 4/5Заказ 66/40 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Имеет место значительное снижение: перенапряжения выделения водорода на исследуемых катодах, вызванное имплантацией ионов. Величина перенапряжения уменьшается по мере увеличения интегрального потока ионов. При значениях потоков, равных примерно 110"м 2, перенапряжение становится меньшим, чем на гладкой платине, и приближается по порядку величины к значениям, характерным для 10 платинированного графита. Причем достигается это при значительно меньшем расходе электрокаталитического металла", в случае интегрального. потока. ионов 3 10 м расход платины на еди ницу видимой поверхности составляет около 1,96 от количества, затрачиваемого при электролитическом платинировании катода.П р и м е р 2. Подвергают активации методом ионной имплантации в условиях примера 1 поверхность катодов из стеклоуглерода, Исследование в тех же условиях электролитической активности полученных катодов показало, что перенапряжение выделения водорода на них снижается еще в более значительной степени, чем графитовых катодах (см. табл.) .Аналогичные результаты получены для пирографитовых катодов, а также при внедрении ионов палладия в ука-. занные углеграфитовые материалы.Использование предлагаемого способа изготовления катода обеспечивает 1) по сравнению с известными возможность модификации. рабочей поверхности электрода в один технологический прием, незначительный расход модифицирующего металла, что позволит упростить способ за счет сокращения количества технологических операций при изготовлении катода и получить значительную экономию электрокаталитических металлов,Способ изготовления катода, включающий создание на поверхности углеграфитовой основы активного слоя, содержащего электрокаталитический металл, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения способа за счет сокращения количества технологических :операций и уменьшения расхода электрокаталитического металла, создание активного слоя осуществляют путем имплантации в поверхность углеграфитовой основы ионов электрокаталитического металла,с энергией 5- ;20 кЭВ и интегральным потоком (1+3) 10"мИсточники инфррмации,принятые во внимание при экспертизе1, Заявка ФРГ Р 2825494,кл. С 25 В 11/12, 1979,2. Заявка ФРГ Р 2527386,кл. С 25 В 11/04, 1976 (прототип) .