电解用阳极及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种电解用阳极以及该电解用阳极的制备方法，该电解用阳极包括金属基底和设置在所述金属基底的至少一个表面上的催化剂层，其中所述催化剂层包含钌、铱、钛和铂的复合金属氧化物，并且所述复合金属氧化物中的金属不包含钯，其中，当所述催化剂层被等分成多个像素时，多个被等分的像素的铱组成的标准偏差为0.40以下，其中本发明专利技术可以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电解用阳极及其制备方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电解用阳极及其制备方法
相关申请的交叉引用本申请要求于2018年6月12日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2018-0067656的权益，其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电解用阳极及其制备方法，更具体地，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电解用阳极及其制备方法。
技术介绍
通过电解低成本的盐水如海水来生产氢氧化物、氢气和氯气的技术广为人知。这种电解工艺也称为氯-碱工艺，并且可以称作数十年来在商业操作中已经证明其性能和技术可靠性的工艺。关于盐水的电解，目前最广泛使用的方法是离子交换膜法，在该方法中将离子交换膜安装在电解槽中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以在阳极得到氯气并在阴极得到氢气和苛性钠。盐水的电解通过下面电化学反应式所示的反应进行。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和阴极之间的距离引起的电压，并且在这些电压中由电极引起的过电压是一个重要的变量。因此，已经研究了能够降低电极的过电压的方法，其中，例如，已经开发了一种称为DSA(尺寸稳定的阳极)的贵金属类电极并用作阳极，并且对于阴极需要开发具有耐久性和低过电压的优异材料。目前，在商业盐水电解中最广泛使用具有包含钌(Ru)、铱(Ir)和钛(Ti)的复合氧化物的催化剂层的阳极，该阳极的优点在于其表现出优异的氯生成反应活性和稳定性，但是由于高的过电压，其在运行过程中消耗大量的能量，并且寿命特性不优异。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生成反应活性和稳定性的阳极，以便将该阳极应用于商业盐水电解中。现有技术文献专利文献(专利文献1)KR2011-0094055A
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电解用阳极及其制备方法。技术方案根据本专利技术的一个方面，提供一种电解用阳极，该电解用阳极包括：金属基底；和设置在所述金属基底的至少一个表面上的催化剂层，其中所述催化剂层包含钌、铱、钛和铂的复合金属氧化物，并且所述复合金属氧化物中的金属不包含钯，其中，当所述催化剂层被等分成多个像素时，多个等分的像素的铱组成的标准偏差为0.40以下。根据本专利技术的另一方面，提供一种所述电解用阳极的制备方法，该制备方法包括：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、干燥并热处理的涂布步骤，其中，所述涂布通过静电喷雾沉积进行，并且用于形成催化剂层的组合物包含钌类化合物、铱类化合物、钛类化合物和铂类化合物。有益效果由于根据本专利技术的电解用阳极通过静电喷雾沉积制备，因此活性物质可以均匀地分布在催化剂层中。因此，可以降低阳极的过电压，并且可以提高寿命，同时在电解过程中表现出高效率。此外，可以抑制电解过程中在阳极处产生氧气。此外，由于根据本专利技术的电解用阳极的制备方法在将用于形成催化剂层的组合物涂布到金属基底上时使用静电喷雾沉积，因此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，可以制备活性物质均匀分布在催化剂层中的电解用阳极。具体实施方式在下文中，将更详细地描述本专利技术以便更清楚地理解本专利技术。应当理解，在本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字典中定义的含义。还应当理解，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本专利技术的原则，词语或术语应该解释为具有与它们在相关技术的上下文和本专利技术的技术构思中的含义一致的含义。1、电解用阳极根据本专利技术的实施方式的电解用阳极包括：金属基底；和设置在所述金属基底的至少一个表面上的催化剂层，其中所述催化剂层包含钌、铱、钛和铂的复合金属氧化物，并且所述复合金属氧化物中的金属不包含钯，其中，当所述催化剂层被等分成多个像素时，多个等分的像素的铱组成的标准偏差为0.4以下。所述铱组成的标准偏差可以是0.30以下，例如0.25以下。所述铱组成的标准偏差表示催化剂层中活性物质的均匀性，即，活性物质均匀分布在催化剂层中的程度，其中铱组成的标准偏差小是指催化剂层中的活性物质的均匀性优异。在活性物质没有均匀分布的情况下，由于电极中的电子流集中到低电阻的区域，因此可以从具有薄催化剂层的区域迅速进行蚀刻。此外，由于电子渗透到催化剂层的孔中，失活可以快速地进行，并且可以使电极寿命缩短。此外，由于在电子流集中的区域周围阳极电解液的浓度下降，因此氧选择性可能升高，并且由于不均匀的电流分布使过电压可能升高。另外，由于电子流集中，在电池运行期间隔膜的负载不均匀，因此隔膜的性能和耐久性可能下降。在本文中，将电解用阳极等分成多个像素，测量各等分像素中的铱的重量％，通过将测量值代入下面等式中计算铱组成的标准偏差。具体地，将电解用阳极制造成长度为1.2m且宽度为1.2m(长×宽＝1.2m×1.2m)的尺寸，将其等分成9个像素，然后使用X射线荧光(XRF)分析仪测量每个像素中铱的重量％。然后，使用所测量的每个铱的重量％，通过下面等式1得到分散度(dispersion)(V(x))，使用分散度通过下面等式2计算标准偏差(σ)。[等式1]V(x)＝E(x2)-[E(x)]2[等式2]在等式1中，E(x2)表示9个像素中铱的重量％的平方的平均值，[E(x)]2表示9个像素中铱的平均重量％的平方值。每个等分的像素的“铱组成的标准偏差值”相对于“铱组成的平均值”(标准偏差/平均)可以在0.05至0.15的范围内，例如，0.06至0.12。在此，省去单位。当满足上述范围时，由于电极的涂层是均匀的，因此电极性能稳定并且耐久性变得优异。每个等分的像素的铱组成的平均重量％可以在1.5重量％至4重量％的范围内，例如2重量％至3.5重量％。当满足上述范围时，电极性能和耐久性得到改善，同时保持合理的涂布成本。电解用阳极的每单位面积(m2)的催化剂层中可以包含7.0g以上，例如7.5g以上的钌。当满足上述量时，在电解过程中阳极的过电压可以显著下降。金属基底可以包括钛、钽、铝、铪、镍、锆、钼、钨、不锈钢或它们的合金，并且在这些金属中，金属基底可以优选包括钛。金属基底的形状可以是棒、片或板形，金属基底的厚度可以为50μm至500μm，其中对金属基底的形状和厚度没有特别地限制，只要金属基底可以用于氯碱电解工艺中通常使用的电极中即可，并且金属基底的形状和厚度可以作为实例提出。包含在复合金属氧化物中的铂可以改本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电解用阳极，所述阳极包括：/n金属基底；和/n设置在所述金属基底的至少一个表面上的催化剂层，/n其中所述催化剂层包含钌、铱、钛和铂的复合金属氧化物，并且/n所述复合金属氧化物中的金属不包含钯，/n其中，当所述催化剂层被等分成多个像素时，多个等分的像素的铱组成的标准偏差为0.4以下。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180612 KR 10-2018-00676561.一种电解用阳极，所述阳极包括：
金属基底；和
设置在所述金属基底的至少一个表面上的催化剂层，
其中所述催化剂层包含钌、铱、钛和铂的复合金属氧化物，并且
所述复合金属氧化物中的金属不包含钯，
其中，当所述催化剂层被等分成多个像素时，多个等分的像素的铱组成的标准偏差为0.4以下。


2.根据权利要求1所述的电解用阳极，其中，所述铱组成的标准偏差为0.30以下。


3.根据权利要求1所述的电解用阳极，其中，所述多个等分的像素的铱组成的标准偏差值相对于所述铱组成的平均值即标准偏差/平均值在0.05至0.15的范围内。


4.根据权利要求1所述的电解用阳极，其中，所述催化剂层每单位面积m2的催化剂层包含7.0g以上的钌。


5.根据权利要求1所述的电解用阳极，其中，所述复合金属氧化物包含摩尔比为98:2至80:20的钌、铱和钛的总和与铂。


6.根据权利要求1所述的电解用阳极，其中，基于所述复合金属氧化物中金属组分的总摩尔，所述复合金属氧化物包...

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