镍电极，制备镍电极的方法，及镍电极的用途技术

本发明专利技术涉及一种镍电极，包含具有镍丝或格子状的、包含网的镍扩张网的导电的镍网，以及具有互相黏附的球形的纳米多孔镍颗粒的镍层；的纳米多孔镍颗粒仅施加至镍网的丝或仅施加于镍扩张网的网，镍电极可通过包含以下步骤的方法获得：a)提供球形氢氧化镍颗粒；b)在还原气氛中，于270℃至330℃的温度下部分还原的球形氢氧化镍颗粒，以获得部分还原的球形Ni/NiO颗粒；c)由所获得的Ni/NiO颗粒、有机和/或无机粘合剂、表面活性剂，和可选的另外的佐剂制备糊剂；d)将糊剂以涂层的形式涂覆到导电的镍网或镍扩张网上；以及e)在还原气氛中，于500℃至800℃的温度下回火被涂覆的镍网或镍扩张网。本发明专利技术还涉及一种制造根据本发明专利技术的镍电极的方法及其用途，特别是其用作水电解的电极的用途。根据本发明专利技术的镍电极的特征在于高的机械稳定性和有利的电化学性能，特别是在水电解中增加的气体逸出。

Nickel electrode, method for preparing nickel electrode and use of nickel electrode

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】镍电极，制备镍电极的方法，及镍电极的用途
本专利技术涉及具有球形的纳米多孔(nanoporous)的镍颗粒的高表面积镍层的镍电极，其制备方法及其用途，尤其是其作为水电解的电极的用途。
技术介绍
一般而言，除非在高温下施加接触压力，否则难以生产能够牢固粘附于镍片上的镍颗粒层；所形成的镍颗粒层通常很容易从载体处再次分离。由于需要高温下的高接触压力，因此烧结工艺复杂而昂贵。自1928年以来，烧结镍电极一直尤其地被用于镍镉可充电电池(nickel-cadmiumrechargeablebatteries)中，其要求的烧结温度范围为800-1000℃(AKShukla,BHariprakash,SECONDARYBATTERIES–NICKELSYSTEMS,Electrodes:Nickel.，第407页，Elsevier,2009)。US4,605,484描述了一种用于产生氢气的电极，其包括导电基底，该导电基底上具有由铬组分和选自镍和钴中的至少一种金属的氧化物所组成的涂层。使用一种复杂的等离子喷涂工艺，通过熔融喷涂(meltspraying)生产该涂层。EP0226291A1描述了延长用于产生氢气的电极的使用寿命的方法，该电极包括导电基底和金属氧化物涂层；在氢气生成过程中，将金属组分(例如钛或铌)添加到碱性电解质中。该电极表面的金属氧化物涂层可通过例如等离子喷涂或火焰喷涂(flamespraying)制备。DE2002298描述了一种用于通过在金属基底上施加多孔镍层来制备用于电解工业用水的电极的方法；该多孔镍层在碱金属碳酸盐或碱金属碳酸氢盐的水溶液中被阳极氧化，由此形成的氧化产物随后被还原为精细分布的金属镍。通过将金属镍火焰喷涂或电弧喷涂(arcspraying)到粗糙化的金属基底上制成该多孔镍层。可商业购得各种各样的镍电极。例如，已知具有棒状镍颗粒的镍烧结电极(参见MoriokaY.，NarukawaS.，ItouT.，JournalofPowerSources100(2001)：107-116中的图1)、具有蜂窝状结构的镍泡沫电极(见图2)或具有圆柱体镍纤维的镍纤维电极(参见OhmsD.，KohlhaseM.，Benczur-UrmossyG.，SchadlichG.，JournalofPowerSources105(2002):127-133中的图3)。上文提及的、可商业购得的镍电极被用作电池的电极，并被优化以接收活性物质。US4,300,993描述了一种用于具有多孔表面的、用于碱性电解的镍电极的制造方法，其中将镍粉或含镍合金的粉和粘合剂的悬浮液施加到钢板载体上并干燥，随后在高温下烧结涂层，并在该烧结层上电解沉积镍/锌合金，然后通过浸入苛性溶液，从镍/锌合金中提取锌，从而在电沉积材料中产生孔隙。镍或铁的丝网(wiremesh)可以用作金属基底。用于制造电极的金属网的常规金属涂覆工艺通常导致网孔(meshopenings)的不期望的填充或密封，尤其是在较小的丝间距(wirespacing)的情况下；这严重阻碍了气体的传输。另一方面，期望在镍电极中获得尽可能大的表面积以及良好的气体传输，以便在用于水解器(hydrolyzers)中时提高生产率。
技术实现思路
专利技术目的本专利技术的目的是提供一种镍电极，该镍电极在导电的镍基底上具有牢固粘附的镍层，具有良好的机械稳定性，并具有最大可能的表面积，同时避免了现有技术的缺点。此外，该镍电极将具有有利的电化学性能，以能够增加氧气和氢气的释放以及提供良好的气体传输，特别是在水电解过程中。此外，将提供一种用于制备上述镍电极的简单且成本有效的方法。
技术实现思路
上文列举的目的通过根据本专利技术权利要求1所述的镍电极、根据权利要求10所述的制备所述镍电极的方法，以及根据权利要求1所述的镍电极的用途实现。在从属权利要求中描述了本申请的主题的优选或特别实用的实施例。因此，本专利技术涉及一种镍电极，包含具有镍丝或格子状的镍扩张网(nickelexpandedmetal)的导电的镍网，以及具有互相黏附的球形的纳米多孔镍颗粒的镍层；所述镍扩张网包含网；所述的纳米多孔镍颗粒仅施加至所述镍网的丝或仅施加于所述镍扩张网的所述网，所述的镍电极可通过包含以下步骤的方法获得：a)提供球形氢氧化镍颗粒；b)在还原气氛中，于270℃至330℃的温度下部分还原所述的球形氢氧化镍颗粒，以获得部分还原的球形Ni/NiO颗粒；c)由所获得的Ni/NiO颗粒、有机和/或无机粘合剂、表面活性剂，和可选的另外的佐剂(adjuvants)制备糊剂；d)将所述的糊剂以涂层的形式涂覆到所述导电的镍网或所述镍扩张网上；以及e)在还原气氛中，于500℃至800℃的温度下回火被涂覆的所述镍网或所述镍扩张网。本专利技术还涉及一种制备这种镍电极的方法，包括以下步骤：a)提供球形氢氧化镍颗粒；b)在还原气氛中，于270℃至330℃的温度下部分还原所述的球形氢氧化镍颗粒，以获得部分还原的球形Ni/NiO颗粒；c)由所获得的Ni/NiO颗粒、有机和/或无机粘合剂、表面活性剂，和可选的另外的佐剂制备糊剂；d)将所述的糊剂以涂层的形式涂覆到所述导电的镍网或所述镍扩张网上；以及e)在还原气氛中，于500℃至800℃的温度下回火被涂覆的所述镍网或镍扩张网。最后，本专利技术还涉及所述的镍电极的用途，尤其是其在水电解中或在碱性介质中的其它电化学反应中作为电极的用途。专利技术具体描述根据本专利技术所述的镍电极的特点在于一种镍层，该镍层由互相黏附的球形的纳米多孔镍颗粒所组成，其内表面积比迄今为止可商业购得的、用于电池的镍电极(例如泡沫、烧结，或纤维电极)的内表面积更大。这些表面纳米结构的镍网或镍扩张网可用于碱性介质中的水电解。由于表面积大，因此与常规水解器相比可以实现更高的生产率。然而，该效果还可以用于减小安装空间，并同时通过水电解获得恒定的生产率。本文使用的术语“纳米多孔(nanoporous)”或“纳米结构的(nanostructured)”是指孔开口的最大直径为约500nm(例如直径为100nm至500nm)的多孔结构。在工业实践中，基于具有球形的纳米多孔镍颗粒的镍层的镍网或镍扩张网的镍电极是迄今未知的。我们惊讶地发现，根据本专利技术的镍电极可特别有利地用于在碱性介质中的水电解，并且在氧气生成和尤其是氢气生成的过程中能够显著产生更多的气体。显而易见地，能够产生更多气体的这一令人惊讶的效果可归因于镍层的内表面积大。由于较大的内表面积，电极与周围介质的接触电阻非常低；从而使水解过程中可以达到的电流密度增加(例如与未涂覆的镍表面相比)。采用根据本专利技术所述的方法，可以通过简单的工艺步骤在镍丝上或在镍扩张网的网上获得牢固黏附的镍颗粒层；所述的简单的工艺步骤为例如：在室温下的无压涂覆(pressurelesscoating)，随后对所涂覆的镍片进行回火。以这种方式生产的镍电极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镍电极，包含具有镍丝或格子状的镍扩张网的导电的镍网，以及具有互相黏附的球形的纳米多孔镍颗粒的镍层；所述镍扩张网包含网；所述的纳米多孔镍颗粒仅施加至所述镍网的丝或仅施加于所述镍扩张网的所述网，所述的镍电极可通过包含以下步骤的方法获得：/na)提供球形氢氧化镍颗粒；/nb)在还原气氛中，于270℃至330℃的温度下部分还原所述的球形氢氧化镍颗粒，以获得部分还原的球形Ni/NiO颗粒；/nc)由所获得的Ni/NiO颗粒、有机和/或无机粘合剂、表面活性剂，和可选的另外的佐剂制备糊剂；/nd)将所述的糊剂以涂层的形式涂覆到所述导电的镍网或镍扩张网上；以及/ne)在还原气氛中，于500℃至800℃的温度下回火被涂覆的所述镍网或所述镍扩张网。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170518 DE 102017110863.71.一种镍电极，包含具有镍丝或格子状的镍扩张网的导电的镍网，以及具有互相黏附的球形的纳米多孔镍颗粒的镍层；所述镍扩张网包含网；所述的纳米多孔镍颗粒仅施加至所述镍网的丝或仅施加于所述镍扩张网的所述网，所述的镍电极可通过包含以下步骤的方法获得：
a)提供球形氢氧化镍颗粒；
b)在还原气氛中，于270℃至330℃的温度下部分还原所述的球形氢氧化镍颗粒，以获得部分还原的球形Ni/NiO颗粒；
c)由所获得的Ni/NiO颗粒、有机和/或无机粘合剂、表面活性剂，和可选的另外的佐剂制备糊剂；
d)将所述的糊剂以涂层的形式涂覆到所述导电的镍网或镍扩张网上；以及
e)在还原气氛中，于500℃至800℃的温度下回火被涂覆的所述镍网或所述镍扩张网。


2.根据权利要求1所述的镍电极，其中步骤a)中所提供的所述球形氢氧化镍颗粒的平均粒径为0.3μm至75μm，优选为3μm至30μm，更优选为9μm至12μm，特别优选为约10μm。


3.根据权利要求1和/或2所述的镍电极，其中步骤b)中所述的部分还原在290℃至310℃的温度下进行。


4.根据前述权利要求中至少一项所述的镍电极，其中步骤b)中所述的部分还原和步骤e)中所述的回火均在还原性气氛中进行，所述还原性气氛包含10％-100％的氢气和可选的惰性气体。


5.根据前述权利要求中至少一项所述的镍电极，其中在步骤c)中，天然和/或合成聚合物或其衍生物被用作有机粘合剂；且铵盐或肼盐被用作无机粘合剂。


6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：路德维希·约里森，杰里·班弗·阿桑特，奥拉夫·波瑟，
申请(专利权)人：巴登符腾堡州太阳能和氢能公益基金研究中心，
类型：发明
国别省市：德国;DE