一種電極及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電解池的電極技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種硅化石墨電極及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]目前電滲透行業(yè)和電解行業(yè)中，需求量最大，消耗最多的是電極材料，電極材料的好壞已直接影響到相關(guān)行業(yè)的設(shè)備壽命和生產(chǎn)效率。以目前最為先進(jìn)的污泥處理設(shè)備一電滲透污泥干燥環(huán)保處理設(shè)備為例，其電極材料已成為該設(shè)備推廣應(yīng)用的瓶頸。目前世界各國每天產(chǎn)生的生活垃圾在上億噸以上，焚燒和深埋是處理生活垃圾最重要的途徑，由于嚴(yán)重污染及世界各國環(huán)保要求和處理成本的提高，深埋已取代焚燒成為處理生活垃圾最主要方式，但是生活垃圾成分復(fù)雜，該方法造成了嚴(yán)重的土壤集中污染。因此，如何解決日益嚴(yán)峻的土壤污染成為世界各國最緊迫的事情和難題。電滲透污泥干燥環(huán)保處理設(shè)備是通過加載80伏高頻直流電，對污泥進(jìn)行電解處理，達(dá)到還原和富集金屬離子、消除有機物及其他污染物的目的，從而可以使污染的土壤得到二次利用。該設(shè)備由于一直沒有合適的陽極電極材料而沒有得到推廣和應(yīng)用。在電解過程中，電解液對陽極產(chǎn)生強烈的氧化腐蝕作用，從而導(dǎo)致陽極電極失效。金屬及合金材料均不適合做該設(shè)備的陽極電極，等靜壓壓制的各向同性石墨材料使用壽命也只有2周。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種電極及其應(yīng)用，用硅化石墨制備的電極(包括陽極和陰極)，可在強酸強堿中長壽命工作，而且在電解過程中有高效的催化作用，加速了電滲透反應(yīng)，極大的提高了工作效率，電極壽命可達(dá)到8萬循環(huán)以上。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0005]—種電極，所述電極材料為娃化石墨。
[0006]進(jìn)一步，所述娃化石墨的娃化層(即碳化娃層)厚度為3.0-5.0mm。
[0007]進(jìn)一步，所述硅化石墨的硬度? 3000HV，抗壓強度? 300MPa，抗拉強度? 50MPa。
[0008]進(jìn)一步，所述硅化石墨的熱膨脹系數(shù)<4.4X 10_6/°C，孔隙率< 0.035%。
[0009]進(jìn)一步，所述硅化石墨的電阻率<40μΩ.m0
[0010]進(jìn)一步，所述電極為陽極或陰極。
[0011]—種如上述的電極在電滲透污泥處理設(shè)備上的應(yīng)用。
[0012]—種如上述的電極在電脫鹽設(shè)備上的應(yīng)用。
[0013]—種如上述的電極在電解鋁設(shè)備上的應(yīng)用。
[0014]—種如上述的電極在充電電池上的應(yīng)用。
[0015]本發(fā)明的有益效果:硅化石墨致密度高，硅化層厚度在3.0-5.0mm之間，硅化層和石墨基體結(jié)合強度高，組織結(jié)構(gòu)均勻，用硅化石墨制作的電極(包括陽極和陰極)，可在強酸強堿中長壽命工作，而且在電解過程中有高效的催化作用，加速了電滲透反應(yīng)，電極的電解效率大大提高，電極壽命可達(dá)到8萬循環(huán)以上。
【具體實施方式】
[0016]為了使本領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，基于本申請中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的其它類同實施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本申請保護(hù)的范圍。
[0017]實施例一:
[0018]—種電極，所述電極材料為娃化石墨，將娃化層厚度3.0mm，硬度3000HV，抗壓強度300MPa，抗折強度之150MPa，抗拉強度之50MPa，熱膨脹系數(shù)< 4.4 X 10—6/°C，孔隙率<0.035%，電阻率20μΩ.m的硅化石墨制作成電極，包括陽極和陰極。進(jìn)行加速循環(huán)試驗，結(jié)果顯示:該電極在電滲透及電解過程中，使用6萬循環(huán)，表面結(jié)構(gòu)無任何氧化、脫落、損傷現(xiàn)象;單一循環(huán)脫水時間<40秒，效率比石墨電極提高一倍以上。
[0019]本實施例的硅化石墨電極可廣泛的應(yīng)用到電滲透污泥處理設(shè)備、電脫鹽設(shè)備、污水處理設(shè)備、電解鋁設(shè)備或充電電池等各個行業(yè)的設(shè)備中。
[0020]另外，本發(fā)明還公開一種硅化石墨的制備方法，其步驟為:選擇純度為99.9999%的硅源和高純石墨基料(包括各種異形件)為原材料。硅源裝入石墨舟皿中后，將石墨舟皿和石墨基料放入真空硅化設(shè)備中，硅源在硅化爐中變?yōu)橐汗韬螅脵C械手將石墨基料放入硅液中進(jìn)行硅化處理。硅化溫度在1200°C-2500°C之間，硅化時間在6-24小時之間，燒結(jié)爐真空度在10—3Pa。得到硅化石墨材料，硅元素在硅化石墨中含量在原子比30 %以上。該方法制備的娃化石墨可達(dá)到如下性能:娃化層厚度在0.5mm-10mm可控，體積密度2 2.38gcm—3，硬度2 3000Hv，抗壓強度2 300MPa，抗折強度2 150MPa，抗拉強度2 50MPa，熱膨脹系數(shù)<4.4X 10—6/°C，孔隙率 <0.035%，電阻率 <40μΩ.m。
[0021]實施例二:
[0022]一種電極，所述電極材料為娃化石墨，將娃化層厚度3.5mm，硬度3300Hv，抗壓強度300MPa，抗折強度2 150MPa，抗拉強度2 50MPa，熱膨脹系數(shù)< 4.4 X 10—6/°C，孔隙率<0.035%,電阻率25μ Ω.m的硅化石墨制作成電極，包括陽極和陰極。進(jìn)行加速循環(huán)試驗，結(jié)果顯示:該電極在電滲透及電解過程中，使用6.5萬循環(huán)，表面結(jié)構(gòu)無任何氧化、脫落、損傷現(xiàn)象;單一循環(huán)脫水時間<40秒，效率比石墨電極提高一倍以上。
[0023]本實施例的硅化石墨電極可廣泛的應(yīng)用到電滲透污泥處理設(shè)備、電脫鹽設(shè)備、污水處理設(shè)備、電解鋁設(shè)備或充電電池等各個行業(yè)的設(shè)備中。實施例三:
[0024]—種電極，所述電極材料為娃化石墨，將娃化層厚度4.0mm，硬度3500HV，抗壓強度300MPa，抗折強度之150MPa，抗拉強度之50MPa，熱膨脹系數(shù)< 4.4 X 10—6/°C，孔隙率<0.035%，電阻率30μΩ.m的硅化石墨制作成電極，包括陽極和陰極。進(jìn)行加速循環(huán)試驗，結(jié)果顯示:該電極在電滲透及電解過程中，使用7萬循環(huán)，表面結(jié)構(gòu)無任何氧化、脫落、損傷現(xiàn)象;單一循環(huán)脫水時間<40秒，效率比石墨電極提高一倍以上。
[0025]本實施例的硅化石墨電極可廣泛的應(yīng)用到電滲透污泥處理設(shè)備、電脫鹽設(shè)備、污水處理設(shè)備、電解鋁設(shè)備或充電電池等各個行業(yè)的設(shè)備中。實施例四:
[0026]—種電極，所述電極材料為娃化石墨，將娃化層厚度4.5mm，硬度4000HV，抗壓強度300MPa，抗折強度之150MPa，抗拉強度之50MPa，熱膨脹系數(shù)< 4.4 X 10—6/°C，孔隙率<0.035%,電阻率35μ Ω.m的硅化石墨制作成電極，包括陽極和陰極。進(jìn)行加速循環(huán)試驗，結(jié)果顯示:該電極在電滲透及電解過程中，使用7.5萬循環(huán)，表面結(jié)構(gòu)無任何氧化、脫落、損傷現(xiàn)象;單一循環(huán)脫水時間<40秒，效率比石墨電極提高一倍以上。
[0027]本實施例的硅化石墨電極可廣泛的應(yīng)用到電滲透污泥處理設(shè)備、電脫鹽設(shè)備、污水處理設(shè)備、電解鋁設(shè)備或充電電池等各個行業(yè)的設(shè)備中。實施例五:
[0028]一種電極，所述電極材料為硅化石墨，將硅化層厚度5.0mm，硬度4500Hv，抗壓強度300MPa，抗折強度之150MPa，抗拉強度之50MPa，熱膨脹系數(shù)< 4.4 X 10—6/°C，孔隙率<
0.035%，電阻率40μΩ.m的硅化石墨制作成電極，包括陽極和陰極。進(jìn)行加速循環(huán)試驗，結(jié)果顯示:該電極在電滲透及電解過程中，使用8萬循環(huán)，表面結(jié)構(gòu)無任何氧化、脫落、損傷現(xiàn)象;單一循環(huán)脫水時間<40秒，效率比石墨電極提高一倍以上。
[0029]本實施例的硅化石墨電極可廣泛的應(yīng)用到電滲透污泥處理設(shè)備、電脫鹽設(shè)備、污水處理設(shè)備、電解鋁設(shè)備或充電電池等各個行業(yè)的設(shè)備中。對比實驗一:
[0030]選取普通石墨電極，進(jìn)行加速循環(huán)試驗，采用相同的條件，結(jié)果顯示:該石墨電極在電滲透及電解過程中，使用2000循環(huán)，表面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)氧化、脫落或損傷現(xiàn)象。
[0031]另外，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，使用其他金屬或者合金材料，對電極的使用壽命影響均不大，但是使用硅化石墨電極后，電極的使用壽命提高幾十倍甚至上百倍，大大減小了各種設(shè)備的使用成本，并且節(jié)省了更換電極耗費的時間和人力成本。
[0032]此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。
【主權(quán)項】
1.一種電極，其特征在于，所述電極材料為硅化石墨。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極，其特征在于，所述硅化石墨的硅化層厚度為3.0-5.0_。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電極，其特征在于，所述硅化石墨的硬度23000HV，抗壓強度> 300MPa，抗拉強度 2 50MPa。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電極，其特征在于，所述硅化石墨的熱膨脹系數(shù)<4.4 X 10-6/°C，孔隙率 <0.035%。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電極，其特征在于，所述硅化石墨的電阻率<40μ Ω.m。6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的電極，其特征在于，所述電極為陽極或陰極。7.—種如權(quán)利要求1-6任一所述的電極在電滲透污泥處理設(shè)備上的應(yīng)用。8.—種如權(quán)利要求1-6任一所述的電極在電脫鹽設(shè)備上的應(yīng)用。9.一種如權(quán)利要求1-6任一所述的電極在電解鋁設(shè)備上的應(yīng)用。10.一種如權(quán)利要求1-6任一所述的電極在充電電池上的應(yīng)用。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電極及其應(yīng)用，所述電極材料為硅化石墨，所述硅化石墨的硅化層厚度為3.0-5.0mm，硬度≥3000Hv，抗壓強度≥300MPa，抗折強度≥150MPa，抗拉強度≥50MPa，熱膨脹系數(shù)≤4.4×10-6/℃，孔隙率≤0.035％，電阻率≤40μΩ·m，用硅化石墨制備的電極(包括陽極和陰極)，可在強酸強堿中長壽命工作，而且在電解過程中有高效的催化作用，加速了電滲透反應(yīng)，極大的提高了工作效率，電極壽命可達(dá)到8萬循環(huán)以上。
【IPC分類】H01M4/24, H01M4/13, H01M4/14, C25C3/12, C02F11/00, C25C3/08
【公開號】CN105489837
【申請?zhí)枴緾N201610041997
【發(fā)明人】孫紹杰, 孫博, 孫斌
【申請人】青島華杰硅碳科技有限公司
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2016年1月22日