用于电解的阳极及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具有降低的过电压和提高的寿命同时表现出高效率的用于电解的阳极及其制备方法。由于根据本发明专利技术的用于电解的阳极通过静电喷涂沉积制备，因此活性材料可以均匀地分布在催化剂层中，因此可以降低过电压并且可以提高寿命同时表现出高效率。

Anode for electrolysis and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于电解的阳极及其制备方法
[相关申请的交叉引用]本申请要求在韩国知识产权局于2017年08月23日提交的韩国专利申请No.10-2017-0106463和于2018年08月10日提交的韩国专利申请No.10-2018-0093811的权益，这两项申请的公开内容通过引用全部并入本说明书中。[
]本专利技术涉及一种具有降低的过电压和提高的寿命同时表现出高效率的用于电解的阳极及其制备方法。
技术介绍
通过电解低成本的盐水例如海水来生产氢氧化物、氢气和氯气的技术是众所周知的，并且电解工艺，也称为氯碱工艺，可以被认为是数十年来在商业运营中已经证明其性能和技术可靠性的工艺。关于盐水的电解，离子交换膜法是目前使用最广泛的方法，在离子交换膜法中，将离子交换膜安装在电解槽中以将电解槽分成阳离子室和阴离子室，并且使用盐水作为电解液，在阳极得到氯气，在阴极得到氢气和苛性钠。具体地，盐水的电解通过下面的电化学反应式中所示的反应来进行。阳极反应：2Cl-→Cl2+2e-(E0＝+1.36V)阴极反应：2H2O+2e-→2OH-+H2(E0＝-0.83V)总反应：2Cl-+2H2O→2OH-+Cl2+H2(E0＝-2.19V)在盐水的电解中，对于电解电压，除了盐水电解所需要的理论电压之外，还必须考虑阳极的过电压、阴极的过电压、由于离子交换膜的电阻引起的电压，以及由于阳极与阴极之间的距离引起的电压，这些电压中由电极引起的过电压是一个重要变量。因此，已经研究了能够降低电极的过电压的方法，其中，例如，已经开发了称为DSA(尺寸稳定的阳极)的贵金属类电极并且用作阳极，并且对于阴极需要开发具有耐久性和低的过电压的优异材料。目前，具有钌(Ru)、铱(Ir)和钛(Ti)的混合氧化物催化剂层的阳极最广泛地用于商用盐水电解中，并且阳极的优点在于它表现出优异的氯气生成反应活性和稳定性，但是存在的局限性在于由于高的过电压而在运行过程中消耗大量能量并且长期使用受到限制。因此，需要开发一种具有降低的过电压和提高的寿命以及优异的氯气生成反应活性和稳定性的阳极，以使阳极容易应用于商业盐水电解。
技术实现思路
技术问题本专利技术的一个方面提供一种具有降低的过电压和提高的寿命同时表现出高效率的用于电解的阳极。本专利技术的另一方面提供一种用于电解的阳极的制备方法。技术方案根据本专利技术的一个方面，提供一种用于电解的阳极，包括：金属基底；和在所述金属基底的至少一个表面上形成的催化剂层，其中，所述催化剂层包含氧化钌、氧化铱、氧化钯和氧化钛，并且，当所述催化剂层被等分成多个像素时，被划分的多个像素的铱组成的标准偏差为0.35摩尔％以下。根据本专利技术的另一方面，提供一种用于电解的阳极的制备方法，该制备方法包括涂布步骤，在该涂布步骤中，将用于形成催化剂层的组合物涂布在金属基底的至少一个表面上、干燥并热处理，其中，所述涂布通过静电喷涂沉积进行，所述用于形成催化剂层的组合物包含氧化钌前体、氧化铱前体、氧化钯前体和氧化钛前体。有益效果由于通过静电喷涂沉积制备根据本专利技术的用于电解的阳极，因此活性材料可以均匀地分布在催化剂层中，因此，可以降低过电压并且可以提高寿命同时表现出高效率。此外，由于在用用于形成催化剂层的组合物涂布金属基底时，通过静电喷涂沉积进行根据本专利技术的用于电解的阳极的制备方法，所以用于形成催化剂层的组合物可以均匀分布在金属基底的整个表面上，因此，可以制备活性材料均匀地分布在催化剂层中的用于电解的阳极。因此，根据本专利技术的用于电解的阳极及其制备方法可以适合于需要它们的工业，特别是盐水电解。附图说明下面的说明书附图通过实例示出了本专利技术的优选实施例，并且与下面给出的专利技术的详细描述一起，用于能够进一步理解本专利技术的技术概念，因此，本专利技术不应该仅解释为这些附图中的事项。图1是示出通过恒定电流计时电位法测量根据本专利技术的一个实施方案的阳极的电压的结果的图。具体实施方式在下文中，将更详细地描述本专利技术以能够更清楚地理解本专利技术。应当理解，说明书和权利要求书中使用的词语或术语不应该解释为在常用词典中定义的含义。还应该理解，基于专利技术人可以适当地定义词语或术语的含义以最好地解释专利技术的原则，词语或术语应该解释为具有与它们在相关领域的背景和本专利技术的技术构思中的含义一致的含义。本专利技术提供一种具有降低的过电压和提高的寿命的用于电解的阳极。根据本专利技术的一个实施方案的用于电解的阳极包括：金属基底；和在所述金属基底的至少一个表面上形成的催化剂层，其中，所述催化剂层包含氧化钌、氧化铱、氧化钯和氧化钛，并且，当所述催化剂层被等分成多个像素时，被划分的多个像素的铱组成的标准偏差为0.35摩尔％以下。具体地，用于电解的阳极的铱组成的标准偏差为0.2摩尔％以下。本专利技术中铱组成的标准偏差表示催化剂层中活性材料的均匀性，即，活性材料在催化剂层中均匀分布的程度，其中，小的标准偏差意味着催化剂层中活性材料的均匀性是优异的。具体地，根据本专利技术的实施方案的用于电解的阳极可以通过后面描述的制备方法制备，所述制备方法包括涂布步骤，在该涂布步骤中，将用于形成催化剂层的组合物涂布在金属基底的至少一个表面上、干燥并热处理，其中，所述涂布通过静电喷涂沉积进行。因此，对于用于电解的阳极，活性材料可以均匀分布在催化剂层中，并且，因此，可以降低过电压并且可以增加寿命。在这种情况下，活性材料可以包含氧化钌、氧化铱、氧化钯和氧化钛的混合氧化物。此处，将用于电解的阳极等分成多个像素，测量被划分的各个像素中的铱的摩尔％，并且由测量值计算铱组成的标准偏差。具体地，将用于电解的阳极制造成尺寸为1.2m长且1.2m宽(长×宽＝1.2m×1.2m)，将其等分成9个像素，然后使用X射线荧光(XRF)分析仪测量各个像素中的铱的摩尔％。之后，使用得到的各个铱的摩尔％通过下面的等式1得到离差(dispersion)(V(x))，并且使用该离差通过下面的等式2得到标准偏差(σ)。[等式1]V(x)＝E(x2)-[E(x)]2[等式2]在等式1中，E(x2)表示9个像素中铱的摩尔％平方的平均值，[E(x)]2表示9个像素中的铱的摩尔％平均的平方值。此外，根据本专利技术的实施方案的用于电解的阳极的每单位面积(m2)的所述催化剂层可以包含7.5g以上的钌金属，并且，因此，可以进一步降低阳极反应过电压。如上所述，催化剂层可以包含氧化钌、氧化铱、氧化钛和氧化钯，并且，在这种情况下，可以包含摩尔比为25:10:35:2至35:25:50:15的氧化钌、氧化铱、氧化钛和氧化钯。此外，基于氧化钌、氧化铱和氧化钛的总摩尔，催化剂层可以包含摩尔比为2至20的氧化钯。具体地，基于氧化钌、氧化铱和氧化钛的总摩尔，催化剂层可以包含摩尔比为8至12的氧化钯。在催化剂层包含上述比例的氧化钯的情况下，可以进一步降低包含氧化钯的用于电解的阳极在阳极反应过程中的过电压。此外，根据本专利技术的另一实施方案的用于电解的阳极包括：金属基底；和在所述金属基底的至少一个表面上形成的催化剂层，其中，所述催化剂层包含铂族氧化物和氧化钛，其中，所述铂族氧化物包括氧化钌、氧化铱和氧化钯，所述铂族氧化物与所述氧化钛的摩尔比在90:10至40:60的范围内，所述氧化钌与所述氧化铱的摩尔比在90:10至50:50的范围内，所述氧化钯与所述氧化钌本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于电解的阳极，所述阳极包括：金属基底；和在所述金属基底的至少一个表面上形成的催化剂层，其中，所述催化剂层包含氧化钌、氧化铱、氧化钯和氧化钛，当所述催化剂层被等分成多个像素时，被划分的所述多个像素的铱组成的标准偏差为0.35摩尔％以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.08.23 KR 10-2017-0106463;2018.08.10 KR 10-2011.一种用于电解的阳极，所述阳极包括：金属基底；和在所述金属基底的至少一个表面上形成的催化剂层，其中，所述催化剂层包含氧化钌、氧化铱、氧化钯和氧化钛，当所述催化剂层被等分成多个像素时，被划分的所述多个像素的铱组成的标准偏差为0.35摩尔％以下。2.根据权利要求1所述的用于电解的阳极，其中，所述铱组成的所述标准偏差为0.2摩尔％以下。3.根据权利要求1所述的用于电解的阳极，其中，所述催化剂层的每单位面积m2的所述催化剂层包含7.5g以上的钌。4.根据权利要求1所述的用于电解的阳极，其中，基于金属组分，所述催化剂层包含摩尔比为25:10:35:2至35:25:50:15的所述氧化钌、所述氧化铱、所述氧化钛和所述氧化钯。5.根据权利要求1所述的用于电解的阳极，其中，基于所述氧化钌、所述氧化铱和所述氧化钛的总摩尔，所述催化剂层包含摩尔比为2至20的所述氧化钯。6.根据权利要求1所述的用于电解的阳极，其中，所述催化剂层包含氧化铌。7.一种用于电解的阳极，所述阳极包括：金属基底；和在所述金属基底的至少一个表面上形成的催化剂层，其中，所述催化剂层包含铂族氧化物和氧化钛，其中，所述铂族氧化物包括氧化钌、氧化铱和氧化钯，所述铂族氧化物与所述氧化钛的摩尔比在90:10至40:60的范围内，所述氧化钌与所述氧化铱的摩尔比在90:10至50:50的范围内，所述氧化钯与所述氧化钌...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴训民，崔瀞颢，黄仁星，李东哲，方晸业，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国,KR