專利名稱：利用碳納米管產(chǎn)生氫氧氣體的電極板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及 一 種電極板及其制造方法，該電極板利用碳納米管制 成，并用來(lái)有效地用水而產(chǎn)生氫氧氣體。
背景技術(shù)：
一般而言，氫氧氣體發(fā)生器是使水電解并產(chǎn)生氫氣和氧氣的裝 置，其內(nèi)部安裝有電極板，該電極板用來(lái)電解水而產(chǎn)生無(wú)公害能源
資源，即產(chǎn)生氫氧氣。此時(shí)氫氣和氧氣按2: l的摩爾百分比生成， 負(fù)電極表面產(chǎn)生氣泡狀的氫氣，而正電極表面產(chǎn)生氣泡狀的氧氣。 該用來(lái)電解水的電極板通常使用不銹鋼制成，或是在不銹鋼表面上 進(jìn)行鉑鍍層。由此生成的氫氣和氧氣，經(jīng)混合后成為可以燃燒的混 合氣體。而且氫氧氣在燃燒時(shí)不會(huì)產(chǎn)生污染物，其作為環(huán)保型能源 資源而受到廣泛關(guān)注。
但所述由不銹鋼或是在不銹鋼表面進(jìn)行鉑鍍層而制成的電極板， 由于相對(duì)于所施加的電能而言，生成的氫氧氣的量過(guò)少，所以，不 得不在所生成的氫氧氣中混合丙烷氣等輔助燃料，從而導(dǎo)致其經(jīng)濟(jì) 性下降。
而且，在電解過(guò)程中，由于電極板表面的緩慢分解溶化，所以， 經(jīng)過(guò)數(shù)百小時(shí)后還需更換該電極板。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于解決上述背景技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題，提供一種電極 板及其制造方法，該電極板利用碳納米管制成，并用來(lái)產(chǎn)生氫氧氣 體，相對(duì)于所投入的電能而言，可加大所產(chǎn)生的氫氧氣的量，進(jìn)而確保其經(jīng)濟(jì)性。本發(fā)明的另一目的，在于提供一種可以應(yīng)用于不同規(guī)格氫氧氣體 發(fā)生器的電極板及其制造方法，該電極板利用碳納米管制成，并用 來(lái)產(chǎn)生氫氧氣體，而且可以制成多種形狀。本發(fā)明的第三個(gè)目的，在于提供一種長(zhǎng)時(shí)間電解也不會(huì)分解的電 極板及其制造方法，該電極板利用碳納米管制成，并用來(lái)產(chǎn)生氫氧 氣體，而且無(wú)需更換電極板。因此，本發(fā)明的電極板利用碳納米管制成，并用來(lái)產(chǎn)生氫氧氣體，其使水電解而產(chǎn)生氫氧氣體，包括碳納米管(CNT)、碳C、氧化鎳 (NiO)、脫羧基鈉復(fù)合物(NaTa03)和催化劑。本發(fā)明以質(zhì)量比中碳為100作為基準(zhǔn)時(shí)，所述碳納米管占2-15 質(zhì)量比、氧化鎳占80-360質(zhì)量比、脫羧基鈉復(fù)合物占20-130質(zhì)量比、 催化劑占10-200質(zhì)量比。本發(fā)明中所述催化劑由鑭(La)、納米級(jí)托瑪琳光催化劑和鉑(Pt) 中任何一項(xiàng)以上的組分組成。本發(fā)明的電極板及其制造方法，該電極才反利用碳納米管制成，并 用來(lái)產(chǎn)生氫氧氣體，其使水電解而產(chǎn)生氫氧氣體，包括Sl:攪拌 混合物步驟，通過(guò)均勻攪拌碳納米管、碳粉、氧化鎳粉以及催化劑 而形成高分散度的攪拌混合物；S2:加壓成型步驟，將攪拌混合物 投入模具并加壓成型為壓制成型物；S3:燒成步驟，將壓制成型物 在真空燒成爐中燒成。在本發(fā)明的步驟S2中，所述攪拌混合物上施加500-1500T/cnf的壓力而制成壓制成型物。在本發(fā)明的步驟S3中，所述壓制成型物在600-2000°C、 20_400 分鐘的條件下燒成。此時(shí)，步驟S3中的燒成加工在阻斷氧氣流入的 真空燒成爐內(nèi)進(jìn)行。本發(fā)明中所述催化劑由鑭(La)、納米級(jí)托瑪琳光催化劑和鉑(Pt) 中任何一項(xiàng)以上的組分組成。本發(fā)明以質(zhì)量比中碳為100作為基準(zhǔn)時(shí)，所述碳納米管占2-15質(zhì)量比、氧化4臬占80-360質(zhì)量比、脫羧基鈉復(fù)合物占20-130質(zhì)量比、 催化劑占10-200質(zhì)量比。根據(jù)本發(fā)明的電極板及其制造方法，該電極板利用碳納米管制 成，并用來(lái)產(chǎn)生氫氧氣體，相對(duì)于所投入的電能而言，可以加大所 產(chǎn)生的氫氧氣的量，即使不添加丙烷氣等輔助燃料也能夠燃燒，從 而可以確保其經(jīng)濟(jì)性。由于進(jìn)一步通過(guò)壓制及燒成步驟，可改變其形狀，因此，根據(jù)使 用用途及容量，可以制成多種不同形狀的電極板。而且，根據(jù)本發(fā)明所制造的電極板，在電解過(guò)程中其電極板表面 不會(huì)分解，與現(xiàn)有電極板相比，本發(fā)明的電極板的使用壽命可以延 長(zhǎng)，即便使用數(shù)千小時(shí)也無(wú)需更換。
具體實(shí)施方式
下面，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的電極板及其制造方法，該電極板利用碳 納米管制成，并用來(lái)產(chǎn)生氫氧氣體。本發(fā)明的電極板使水電解而產(chǎn)生氫氣和氧氣，該電極板利用碳納 米管制成，并用來(lái)產(chǎn)生氫氧氣體，此時(shí)，相對(duì)于所投入的電能而言， 為了進(jìn)一步加大氫氣和氧氣的產(chǎn)生量，本發(fā)明的用來(lái)產(chǎn)生氫氧氣的 電極板，包括碳納米管(CNT)、碳(C)、氧化鎳(NiO)、脫羧基鈉復(fù) 合物(NaTa03)、以及促進(jìn)電解的催化劑。此時(shí)，催化劑由鑭(La)、 和納米級(jí)托瑪琳光催化劑、和鉑(Pt)組成，該組合物中包括所選任何 一項(xiàng)以上的組分，其優(yōu)選呈粉末狀。所述組合物的組成比例，以質(zhì)量比中> 友為100作為基準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行"i兌明。以質(zhì)量比中碳為100作為基準(zhǔn)時(shí)，碳納米管組成比例占2-15質(zhì)量 比，優(yōu)選占3-10質(zhì)量比。如果碳納米管的組成比例低于0.5質(zhì)量比， 則因?qū)щ娦韵鄬?duì)較低的碳，導(dǎo)致所制造的電極板的表面導(dǎo)電率降低； 如果碳納米管的組成比例大于60質(zhì)量比，則無(wú)法保證其分散效果， 因?yàn)樘技{米管本身的混合性較低，從而導(dǎo)致所制造的電極板密度及6強(qiáng)度減小。而且，為了提高與其它組合物粉末的分散力，碳納米管優(yōu)選具有0.005-10 //m粒度和20-100 nm大小。與此同時(shí)，本發(fā)明使用的碳納米 管在單壁管、多壁管、碳納米纖維中至少包括其中之一。碳納米管是一個(gè)碳元素與其它碳元素原子以六角形蜂巢狀結(jié)合 而形成管狀的物質(zhì)，其各向異性很大，具有單壁管、多壁管等多種 形態(tài)，其為管徑在納米(閱=10億分之1米)級(jí)的極小領(lǐng)域的物質(zhì)。與 活性碳或石墨、鉆石等其它碳基物質(zhì)不同，碳納米管具有導(dǎo)電性極 好、電場(chǎng)發(fā)射特性良好的特點(diǎn)。這一特點(diǎn)因其碳元素電子結(jié)構(gòu)不同 所致。即導(dǎo)電性良好的石墨中，碳元素具有sp2結(jié)合結(jié)構(gòu)，而絕緣 體鉆石則具有sp3結(jié)合結(jié)構(gòu)。相對(duì)于其體積而言，碳納米管呈具有 高出其體積數(shù)值的1000倍以上的表面積的多孔性狀態(tài)，在應(yīng)用電化 學(xué)裝置上，提供給氧化還原反應(yīng)的表面積極大，因而可大幅加大總 反應(yīng)量。碳(C)作為結(jié)合碳納米管和其它組合物的結(jié)合體來(lái)使用，即碳用于 結(jié)合本身結(jié)合性很小的碳納米管和其它組合物粉末。此時(shí)，碳粒度 優(yōu)選在0.5-200 //m范圍內(nèi)。在經(jīng)燒成步驟而制造電極板時(shí)，氧化鎳(NiO)熔融后與其它組合 物熔合，因而增強(qiáng)電極板的強(qiáng)度。以質(zhì)量比中碳為100作為基準(zhǔn)時(shí)， 這類(lèi)氧化鎳的組成比例占80-360質(zhì)量比，優(yōu)選占120-240質(zhì)量比。 如果氧化鎳的組成比例低于80質(zhì)量比，則導(dǎo)致所制造的電極板的強(qiáng) 度不足而易破碎，如果高于360質(zhì)量比，則氫氣的產(chǎn)生效率降低。添加脫羧基鈉復(fù)合物(NaTa03)的目的在于加大所制造的電極板 的氫氣產(chǎn)生量。以質(zhì)量比中碳為IOO作為基準(zhǔn)時(shí)，脫羧基鈉復(fù)合物 的組成比例占20-130質(zhì)量比，優(yōu)選占33-100質(zhì)量比。如果脫羧基鈉 復(fù)合物的組成比例低于20質(zhì)量比，電極板的氫氣產(chǎn)生量會(huì)變小，如 果大于130質(zhì)量比，則會(huì)導(dǎo)致電極板強(qiáng)度降低。以質(zhì)量比中碳為IOO作為基準(zhǔn)時(shí)，催化劑占10-200質(zhì)量比。作為 催化劑，在包括納米級(jí)托瑪琳光催化劑、鑭和鉑等所有物質(zhì)時(shí)，各自纟且成比侈J:fe口下即以質(zhì)量比中碳為100作為基準(zhǔn)時(shí)，納米級(jí)托瑪琳光催化劑的組成 比例占10-75質(zhì)量比，優(yōu)選占16-50質(zhì)量比。納米級(jí)托瑪琳光催化劑是把托瑪琳粉碎成幾微米到幾納米單位 大小的粉末后，再經(jīng)1300。C溫度燒成而制成的。托瑪琳具有與水晶 相同的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，其屬于六方晶系礦物，因摩擦而產(chǎn)生電，并且會(huì) 產(chǎn)生大量負(fù)離子，從而會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)水的電解，因而使得氫氣及氧 氣的生成量加大。這種托瑪琳經(jīng)制成粉末再經(jīng)燒成后，可成為擴(kuò)大 與水接觸面積的、形成具有無(wú)數(shù)微細(xì)氣孔的光催化劑，在板材上粘 貼托瑪琳光催化劑后，可以進(jìn)一步促進(jìn)水的電解。使用鑭的目的是為了電極板更有效地使水電解，從而提高氫氣的 產(chǎn)生量，以質(zhì)量比中碳為IOO作為基準(zhǔn)時(shí)，該鑭的組成比例占5-100 質(zhì)量比，優(yōu)選占15-60質(zhì)量比。鉑可以使所制造的電極板更有效地分解水。以質(zhì)量比中碳為100 作為基準(zhǔn)時(shí)，該鉑的組成比例占3-20質(zhì)量比，優(yōu)選占5-15質(zhì)量比。下面講述本發(fā)明的用來(lái)產(chǎn)生氫氧氣體的電極板的制造方法。為了制造利用碳納米管制成的用來(lái)產(chǎn)生氫氧氣體的電極板，首先 要完成步驟S1，其為通過(guò)均勻攪拌碳納米管(CNT)、碳粉(C)、氧 化鎳粉(NiO)以及促進(jìn)電解的催化劑粉劑,從而形成高分散度的攪拌 混合物。此時(shí)，所述由鑭(La)、納米級(jí)托瑪琳光催化劑和鉑(Pt)組成 的組合物中，要包括所選任何一項(xiàng)以上的組分。所述組合物應(yīng)均勻、 并具有較高的分散度，為此，采用已知的超臨界流體法或反膠束法 完成步驟Sl。之后，將攪拌混合物投入模具中，再施加500-1500T/W的壓力， 完成加壓成型步驟S2，此時(shí)會(huì)形成壓制成型物。上述粉末狀壓制成 型物經(jīng)加壓成型步驟后呈堅(jiān)固的固體狀。此時(shí)，在模具中，通過(guò)采用特定形狀的成型槽而制成多種形狀的 電極板。例如其為復(fù)雜的幾何形、或邊緣突出或凹陷而形成多個(gè)槽 的形狀。中在600-2000 °C、 20-400分鐘的條件下進(jìn)行燒成。此時(shí)，為了徹底阻斷氧氣的流入， 必須使用真空燒成爐來(lái)燒成壓制成型物，如果有氧氣流入，燒成步驟 中因產(chǎn)生氧化反應(yīng)，從而降低電極板的氫氧氣體發(fā)生效率。通過(guò)上述燒成步驟，氧化鎳熔融后會(huì)把碳、碳納米管和催化劑結(jié) 合成堅(jiān)固的組合體。下面，通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步具體說(shuō)明本發(fā)明。該實(shí)施例僅僅是為了 例示本發(fā)明，并不代表本發(fā)明的技術(shù)方案就局限于此。 <實(shí)施例>首先，用攪拌機(jī)攪拌碳納米管、碳粉、氧化鎳粉、脫羧基鈉復(fù)合 物粉劑、鑭、鉑粉末，并進(jìn)行混合而形成攪拌混合物。此時(shí)，為形成 所述攪拌混合物，混合碳30g、碳納米管2g、氧化鎳20g、納米級(jí)托 瑪琳光催化劑10g、鑭15g、鈾3g,之后再以高分散度的方式攪拌而 形成攪拌混合物。接著，將攪拌混合物投入板材狀有孔模具上，再施 以1000T/cnf的壓力而制成壓制成型物。再^巴壓制成型物》文在真空燒成 爐中，在170(TC溫度的條件下燒成400分鐘，最終制成電極板。根據(jù)所述實(shí)施例制造的電極板，其表面形成有微米級(jí)的多個(gè)孔， 并且以高密度的方式形成有微細(xì)脈紋和槽溝。即電極板上形成微米級(jí) 脈紋和槽溝，其用來(lái)增加與水接觸的表面積。例如，水在槽溝部分氧 化產(chǎn)生氧氣，同時(shí)還產(chǎn)生氫離子，氫離子則聚集在脈紋頂部并由催化 劑來(lái)促進(jìn)氫離子產(chǎn)生還原反應(yīng)，從而會(huì)產(chǎn)生大量氫氧混合氣體。 <對(duì)比例>準(zhǔn)備一個(gè)通常用于使水電解的不銹鋼電極板，經(jīng)對(duì)比后記錄了其 數(shù)據(jù)。項(xiàng)目實(shí)施例對(duì)比例(不銹鋼)電極板(長(zhǎng)x寬x厚)15cmxl5cmxlcm15cmxl5cmxlcm消耗功率(w)300W23000W單位時(shí)間內(nèi)氫氣和氧氣 的總發(fā)生量(L)58000L/h6000 L/h上表中對(duì)比結(jié)果表明，通過(guò)比較，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例制造的電極板與對(duì)比例中所使用的電極板，相對(duì)于所投入的電能而言，前者可 以產(chǎn)生更多的氫氣和氧氣。綜上所述，本發(fā)明以上述的一個(gè)實(shí)施例作參考進(jìn)行了說(shuō)明，但在 不超越發(fā)明要旨與范圍的情況下，凡具有本發(fā)明技術(shù)領(lǐng)域通常知識(shí) 的人員均能了解到本發(fā)明可進(jìn)行多種修改或變形，這些修改或變形 均在本發(fā)明范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電極板，其使水電解而產(chǎn)生氫氧氣體，其特征在于該電極板利用碳納米管而制成，并用來(lái)產(chǎn)生氫氧氣體，包括碳納米管(CNT)、碳(C)、氧化鎳(NiO)、脫羧基鈉復(fù)合物(NaTaO3)和催化劑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極板，其特征在于以質(zhì)量比中碳 為100作為基準(zhǔn)時(shí)，所述碳納米管占2-15質(zhì)量比、所述氧化鎳占80-360 質(zhì)量比、所述脫羧基鈉復(fù)合物占20-130質(zhì)量比、所述催化劑占10-200 質(zhì)量比。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極板，其特征在于所述催化劑由 鑭(La)、納米級(jí)托瑪琳光催化劑和鉑(Pt)中任何一項(xiàng)以上的組分組成。
4. 一種電極板的制造方法，該電極板使水電解并產(chǎn)生氫氧氣體， 其特征在于，該電極板的制造方法包括Sl:攪拌混合物的步驟，通 過(guò)均勻攪拌碳納米管、碳粉、氧化鎳粉以及催化劑而形成高分散度的 攪拌混合物；S2:加壓成型步驟，將攪拌混合物投入模具并加壓成型 為壓制成型物；S3:燒成步驟，在真空燒成爐中燒成所述壓制成型物。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電極板的制造方法，其特征在于在 步驟S2中，所述壓制成型物上施加500-1500T/cirf的壓力。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電極板的制造方法，其特征在于在 步驟S3中，所述壓制成型物在600-2000°C、 20-400分鐘的條件下燒 成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電極板的制造方法，其特征在于燒 成加工在阻斷氧氣流入的真空燒成爐內(nèi)進(jìn)行。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電極板的制造方法，其特征在于所 述催化劑由鑭(La)、納米級(jí)托瑪琳光催化劑、鉑(Pt)中任何一項(xiàng)以上的 組分組成。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電極板的制造方法，其特征在于以 質(zhì)量比中碳為100作為基準(zhǔn)時(shí)，所述碳納米管占2-15質(zhì)量比、所述氧化鎳占80-360質(zhì)量比、所述脫羧基鈉復(fù)合物占20-130質(zhì)量比、所 述催化劑占10-200質(zhì)量比。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電極板及其制造方法。該電極板利用碳納米管制成，并用來(lái)產(chǎn)生氫氧氣體，其包括碳納米管(CNT)、碳(C)、氧化鎳(NiO)、脫羧基鈉復(fù)合物(NaTaO₃)和催化劑。而且，用來(lái)產(chǎn)生氫氧氣體的電極板的制造方法包括S1攪拌混合物的步驟，通過(guò)均勻攪拌碳納米管、碳粉、氧化鎳粉以及催化劑而形成高分散度的攪拌混合物；S2加壓成型步驟，將攪拌混合物投入模具并加壓成型為壓制成型物；S3燒成步驟，在真空燒成爐中燒成壓制成型物。
文檔編號(hào)C25B11/04GK101654791SQ200910160670
公開(kāi)日2010年2月24日 申請(qǐng)日期2009年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月21日
發(fā)明者黃富成 申請(qǐng)人:黃富成