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具有雙層涂層的電極、其使用和制備方法與流程

文檔序號:11528968閱讀:493來源:國知局
具有雙層涂層的電極、其使用和制備方法與流程
相關(guān)申請的交叉引用本申請根據(jù)35u.s.c.§119(e)要求于2014年10月21日提交的名稱為“twolayerelectrodewithimproveddurability”的美國臨時(shí)專利申請序號62/066,431的優(yōu)先權(quán),其全部公開內(nèi)容為了所有目的通過引用以其整體據(jù)此并入。公開內(nèi)容的領(lǐng)域各方面總體上涉及電極涂層,并且更特定地涉及雙層電極涂層(twolayeredelectrodecoating)、其制備方法和用途。概述在某些實(shí)施方案中,提供電極。該電極包括導(dǎo)電基底;第一涂層,其覆蓋導(dǎo)電基底的表面的至少一部分,包含氧化銥和氧化錫的混合物;以及第二涂層,其覆蓋第一涂層的至少一部分,包含氧化銥和氧化鉭的混合物。在某些方面中,導(dǎo)電基底包括閥金屬(valvemetal)。在某些方面中,閥金屬選自由以下組成的組:鈦、鋯、鈮和鉭。在某些方面中,閥金屬是鈦。在某些方面中,第一涂層包含約30wt.%至約85wt.%氧化銥。在某些方面中,第一涂層包含約45wt.%至約65wt.%氧化銥。在某些方面中,第二涂層包含約40wt.%至約75wt.%氧化銥。在某些方面中,第二涂層包含約40wt.%至約75wt.%氧化銥。在某些方面中,第二涂層包含約65wt.%氧化銥。在某些方面中,在第一涂層中的氧化銥與在第二涂層中的氧化銥的摩爾比選自由以下組成的組:1:2、1:1和2:1。在某些方面中,在第一涂層中的氧化銥與在第二涂層中的氧化銥的摩爾比是1:1。在某些方面中,電極提供比包含由第二涂層的組合物組成的單層涂層的電極長約175%的歸一化壽命(normalizedlife)。在某些方面中,電極提供比包含由第一涂層的組合物組成的單層涂層的電極長約110%的歸一化壽命。在某些方面中,電極是陽極。在某些實(shí)施方案中,提供制備電極的方法。該方法包括將包含氧化銥和氧化錫的第一涂層應(yīng)用于導(dǎo)電基底的表面的至少一部分,以及將包含氧化銥和氧化鉭的第二涂層應(yīng)用于第一涂層的至少一部分。在某些方面中,該方法還包括在應(yīng)用第一涂層之前,制備導(dǎo)電基底以除去污染物并顯露(develop)該表面。在某些方面中,該方法還包括在應(yīng)用第一涂層之后,將第一涂層干燥。在某些方面中,該方法還包括在應(yīng)用第二涂層之后,將第二涂層干燥。在某些方面中,在第一涂層中的氧化銥與在第二涂層中的氧化銥的摩爾比是約1:2至2:1。在某些實(shí)施方案中,提供制造電化學(xué)裝置的方法。該方法包括制備包括以下的電極:導(dǎo)電基底;第一涂層,其覆蓋導(dǎo)電基底的表面的至少一部分,包含氧化銥和氧化錫的混合物;以及第二涂層,其覆蓋第一涂層的至少一部分,包含氧化銥和氧化鉭的混合物,以及將該電極安裝在電解池中。在某些實(shí)施方案中,提供包括電解池的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括導(dǎo)電基底;第一涂層,其覆蓋導(dǎo)電基底的表面的至少一部分,包含氧化銥和氧化錫的混合物;以及第二涂層,其覆蓋第一涂層的至少一部分,包含氧化銥和氧化鉭的混合物;以及電源,其用于向電極提供電流。在某些方面中,電極被浸入電解質(zhì)中。附圖簡述下文參考附圖討論了至少一個(gè)實(shí)施方案的多個(gè)方面,這些附圖不意圖按比例繪制。該附圖被包括在內(nèi),以便提供對于各種方面和實(shí)施方案的說明以及進(jìn)一步的理解,并且該附圖被并入本說明書中且構(gòu)成本說明書的一部份,但是并不意圖作為本公開內(nèi)容的限制的定義。在附圖、詳述或任一項(xiàng)權(quán)利要求中的技術(shù)特征后跟參考標(biāo)號的情況下,包括這些參考標(biāo)號的唯一目的是提高附圖和說明書的可理解性。在附圖中,在各圖中圖示的每個(gè)相同的或近似相同的部件用相同的數(shù)字來表示。為了清楚起見,并非在每張附圖中把每個(gè)部件都標(biāo)注出來。在附圖中:圖1a是根據(jù)本公開內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施方案的電極的側(cè)視圖;圖1b是根據(jù)本公開內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施方案的電極的透視圖;圖2是根據(jù)本公開內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施方案的電化學(xué)裝置的示意圖;以及圖3是在電極涂層的測試時(shí)間段期間的電池電壓相對天數(shù)的曲線圖。詳述電極是電流進(jìn)入或離開電解池或其它介質(zhì)的固體電導(dǎo)體。電極可以被用于需要電導(dǎo)體的任何電化學(xué)工藝。例如,電極可以被用于電鍍鋅、電鍍、電鍍錫(electro-tinning)、電鑄、電解提取(例如金屬例如銅、鎳和鋅的電解提取)以及其它電化學(xué)工藝。電極可以被用于任何鹵素形成工藝(halogen-evolvingprocess),例如次氯酸鹽、氯酸鹽和氯堿(chloralkali)產(chǎn)生,或用于氯有機(jī)合成。電極還可以被用于電解氯化系統(tǒng)和工藝。電解氯化系統(tǒng)和工藝可以通過電解鹽水溶液產(chǎn)生次氯酸鈉。例如,可購自evoquawatertechnologies(warrendale,pa)的b系列現(xiàn)場電解氯化系統(tǒng)(on-siteelectrolyticchlorinationsystem)通過電解鹽水溶液根據(jù)需要并且現(xiàn)場產(chǎn)生次氯酸鈉。電極可以被用于電解池。電解池是電化學(xué)電池,其可以被用于克服正自由能(positivefreeenergy)(其指示非自發(fā)反應(yīng)),并在期望方向上推動(dòng)化學(xué)反應(yīng)。電解池將電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能,或通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生化學(xué)產(chǎn)物。在電解池中的電極可以被稱為陽極或陰極,取決于通過電解池的電流的方向。陽極是電子離開電解池并且在電解池內(nèi)發(fā)生離子的氧化的電極,而陰極是電子進(jìn)入電解池的電極并且在電解池內(nèi)發(fā)生離子的還原的電極。在這些條件下,通過電解池的電流方向是從陽極到陰極。每個(gè)電極可以成為陽極或陰極,取決于工藝和電流通過電解池的方向。電解池及其電極的設(shè)計(jì)可能取決于一種或更多種因素。一種或更多種因素可以包括例如構(gòu)造和操作成本;期望的產(chǎn)物;電性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)和傳遞性質(zhì)(transportproperty);電極材料、形狀和表面性質(zhì);系統(tǒng)的ph(例如,電解質(zhì)ph)和系統(tǒng)的溫度(例如,電解質(zhì)溫度);競爭性不合意的反應(yīng)以及不合意的副產(chǎn)物。取決于電化學(xué)工藝,該工藝的一種或更多種性質(zhì),例如在電解池中的電流密度、系統(tǒng)的ph(例如,電解質(zhì)ph)或系統(tǒng)的溫度(例如,電解質(zhì)溫度)中的一種或更多種,可能影響系統(tǒng)和工藝的效力,例如電極的使用壽命。例如,暴露于高電流密度、低ph或高溫中的一種或更多種可能降低電極的使用壽命。在某些實(shí)施方案中,暴露于高電流密度、低ph或高溫中的一種或更多種可能引起電極的鈍化。鈍化是由不溶解的膜的形成引起的溶解反應(yīng)的抑制。溶解反應(yīng)是溶劑的原始狀態(tài)變成溶質(zhì)的過程。陽極和/或陰極鈍化可能導(dǎo)致?lián)p失的生產(chǎn)能力、增加的功率成本(powercost)以及降低的陽極和/或陰極品質(zhì)中的一種或更多種。當(dāng)鈦被用作基底時(shí),陽極鈍化是在涂層和基底中的絕緣二氧化鈦層的生長,這增加在陽極中的電勢,并引起陽極的失活。在某些實(shí)施方案中,暴露于高電流密度、低ph或高溫中的一種或更多種可能引起電極的損耗(wearoftheelectrode)。電極的損耗或“電極損耗(electrodewear)”是材料從電極中的去除。在某些實(shí)施方案中,暴露于高電流密度、低ph或高溫中的一種或更多種可能引起電極的鈍化和損耗兩者。如上文所述的,電解池可以包含電解質(zhì)。電解質(zhì)是當(dāng)溶解在極性溶劑例如水中時(shí)產(chǎn)生導(dǎo)電溶液的物質(zhì)。溶液是電中性的。溶解的電解質(zhì)分成均勻分散遍及溶質(zhì)的陽離子和陰離子。當(dāng)向電解質(zhì)溶液應(yīng)用電勢或電壓時(shí),陽離子被吸引到具有許多電子的電極,而陰離子被吸引到具有電子缺乏的電極。陰離子和陽離子在溶液中相反方向的運(yùn)動(dòng)相當(dāng)于電流。電解質(zhì)可以被稱為強(qiáng)的或弱的,取決于溶質(zhì)的離解。如果高比例,例如大于50%的溶質(zhì)離解形成自由離子,那么電解質(zhì)是強(qiáng)的。如果高比例,例如小于50%的溶質(zhì)不離解,那么電解質(zhì)是弱的。在某些實(shí)施方案中,電解質(zhì)可以是被hcl酸化的nacl。在其它實(shí)施方案中,電解質(zhì)可以是鉑鹽。在某些實(shí)施方案中,電極可以被暴露于具有低ph的電解質(zhì)。具有低ph的電解質(zhì)可以指的是具有酸性ph,例如小于7的ph的電解質(zhì)。例如,電解質(zhì)可以是強(qiáng)酸電解質(zhì)。在某些方面中,強(qiáng)酸電解質(zhì)可以是硫酸。在某些實(shí)施方案中,低ph可以指的是具有低于約3的ph的電解質(zhì)。在某些實(shí)施方案中,低ph可以指的是具有低于約2的ph的電解質(zhì)。在某些實(shí)施方案中,低ph可以指的是具有低于約1的ph的電解質(zhì)。在某些實(shí)施方案中,低ph可以指的是低于約0.8的ph。在某些實(shí)施方案中,低ph可以指的是低于約0.6的ph。在某些實(shí)施方案中,低ph可以指的是低于約0.4的ph。在某些實(shí)施方案中,低ph可以指的是低于約0.2的ph。在某些實(shí)施例中,電極可以被暴露于具有高溫的電解質(zhì)。高溫可以是電極的電池電壓不合意地降低所處的溫度。高溫可以是高于約50℃的溫度。在某些實(shí)施方案中,高溫是高于約55℃。在某些實(shí)施方案中,高溫是高于約60℃。在某些實(shí)施方案中,高溫是高于約65℃。在某些實(shí)施方案中,高溫是高于約70℃。在某些實(shí)施方案中,電極可以被暴露于高電流密度。電流密度是電流的密度的量度。它被定義為其量值是每橫截面積的電流的矢量,并且可以以例如安培每平方米(a/m2)來測量。高電流密度可能具有不合意的后果。例如,高電流密度可能對涂層、電極、電解池和電化學(xué)裝置中的一種或更多種具有不合意的后果。電極具有有限的正電阻,這引起它們使功率以熱的形式耗散。電流密度必須被保持足夠低以保護(hù)電極免受鈍化或損耗。在某些實(shí)施方案中,高電流密度是引起電極的鈍化和損耗中的至少一種的電流密度。在某些實(shí)施方案中,高電流密度可以是高于約0.5ka/m2。例如,高電流密度可以是高于約1.0ka/m2。高電流密度可以是高于約1.5ka/m2。在某些實(shí)施方案中,高電流密度可以是高于約2.0ka/m2。例如,高電流密度可以是高于約2.5ka/m2。在某些實(shí)施方案中,高電流密度可以是高于約3.0ka/m2。例如,高電流密度可以是高于約3.5ka/m2。在某些實(shí)施方案中,高電流密度可以是高于約4.0ka/m2。例如,高電流密度可以是高于約4.5ka/m2。在某些實(shí)施方案中,高電流密度可以是約5.0ka/m2。在某些實(shí)施方案中,高電流密度可以是多達(dá)約15ka/m2。電極可以涂覆有兩層涂層,兩層涂層的組合在特定的電化學(xué)應(yīng)用中限制鈍化和損耗。涂層可以指的是一次應(yīng)用或多于一次應(yīng)用的涂層。通過使用具有兩個(gè)涂層的電極,可能產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。與具有第一涂層的電極的性能和具有第二涂層的電極的性能的總和相比,協(xié)同效應(yīng)可以提供電極的最優(yōu)的(例如,增加的)性能。例如,該應(yīng)用可以具有以下特征中的一種或更多種:低ph、高電解質(zhì)溫度和高電流密度。第一涂層可以包含氧化銥和氧化錫的混合物,并且第二層可以包含氧化銥和氧化鉭的混合物。組合的第一涂層和第二涂層呈現(xiàn)高的催化活性、穩(wěn)定性、較長的壽命、較好的性能、在操作中由于較不頻繁更換電極而較少的停機(jī)時(shí)間,和成本效益。在某些實(shí)施方案中,用于第一涂層和第二涂層應(yīng)用的溶液中的至少一種還可以包含溶劑。在某些實(shí)施方案中,用于第一涂層的溶液還可以包含醇。例如,用于第一涂層的溶液還可以包含2-丙醇。在某些實(shí)施方案中,用于第二涂層的溶液還可以包含酸。例如,用于第二涂層的溶液還可以包含鹽酸??梢詫⒌谝煌繉又苯討?yīng)用于電極基底,并且可以將第二涂層直接應(yīng)用于第一涂層。第一涂層和第二涂層可以減少電極的鈍化和損耗中的至少一種。在某些實(shí)施方案中,第一涂層可以減少電極的鈍化。在某些實(shí)施方案中,第二涂層可以減少電極的損耗。如本文所使用的,“單涂層電極”指的是在其表面的至少一個(gè)上被涂覆有包含混合物的單涂層的電極。單涂層可以是減少電極的鈍化和損耗中的至少一種的混合物。在某些實(shí)施方案中,單涂層可以是包含氧化銥和氧化錫的混合物。在某些實(shí)施方案中,單涂層可以是基本上由氧化銥和氧化錫鉭組成的混合物。在某些實(shí)施方案中,單涂層可以是由氧化銥和氧化錫組成的混合物。在某些實(shí)施方案中,單涂層可以是包含氧化銥和氧化鉭的混合物。在某些實(shí)施方案中,單涂層可以是基本上由氧化銥和氧化鉭組成的混合物。在某些實(shí)施方案中,單涂層可以是由氧化銥和氧化鉭組成的混合物。作為涂層提供的混合物可以是呈固溶體(solidsolution),例如固態(tài)溶液(solid-statesolution)。在此固溶體中,混合物可以是呈單一的勻相。如本文所使用的,“雙涂層電極”指的是下述的電極:所述電極在其表面的至少一個(gè)上被涂覆有包含混合物的第一涂層(firstcoating)以提供第一涂層(firstcoatinglayer)和至少部分地涂覆第一涂層的第二涂層以提供第二涂層??梢赃M(jìn)行第一涂層的多于一次應(yīng)用以實(shí)現(xiàn)期望的涂層負(fù)載。可以進(jìn)行第二涂層的多于一次應(yīng)用以實(shí)現(xiàn)期望的涂層負(fù)載。兩個(gè)涂層中的至少一個(gè)可以是減少電極的鈍化和損耗中的至少一種的混合物。在某些實(shí)施方案中,第一涂層可以減少電極的鈍化。在某些實(shí)施方案中,第二涂層可以減少電極的損耗。在某些實(shí)施方案中,電極基底表面可以至少部分地覆蓋有包含混合物的第一涂層。第一涂層可以是包含氧化銥和氧化錫的混合物。在某些實(shí)施方案中,第一涂層可以是基本上由氧化銥和氧化錫組成的混合物。在某些實(shí)施方案中,第一涂層可以是由氧化銥和氧化錫組成的混合物。第一涂層可以至少部分地被包含混合物的第二涂層覆蓋。在某些實(shí)施方案中,第二涂層可以是包含氧化銥和氧化鉭的混合物。在某些實(shí)施方案中,第二涂層可以是基本上由氧化銥和氧化鉭組成的混合物。在某些實(shí)施方案中,第二涂層可以是由氧化銥和氧化鉭組成的混合物。在某些實(shí)施方案中,雙涂層電極可以包括導(dǎo)電基底;第一涂層,其覆蓋導(dǎo)電基底的表面的至少一部分,包含氧化銥和氧化錫的混合物;以及第二涂層,其覆蓋第一涂層的至少一部分,包含氧化銥和氧化鉭的混合物。在某些實(shí)施方案中,雙涂層電極可以基本上由以下組成:導(dǎo)電基底;第一涂層,其覆蓋導(dǎo)電基底的表面的至少一部分,包含氧化銥和氧化錫的混合物;以及第二涂層,其覆蓋第一涂層的至少一部分,包含氧化銥和氧化鉭的混合物。在某些實(shí)施方案中,雙涂層電極可以由以下組成:導(dǎo)電基底;第一涂層,其覆蓋導(dǎo)電基底的表面的至少一部分,包含氧化銥和氧化錫的混合物;以及第二涂層,其覆蓋第一涂層的至少一部分,包含氧化銥和氧化鉭的混合物。電極基底可以是具有導(dǎo)電性的任何基底。電極基底可以是具有足以用作涂層的支撐體的機(jī)械強(qiáng)度的任何基底。電極基底可以是當(dāng)暴露于電解池的內(nèi)部環(huán)境時(shí)具有耐腐蝕性的任何基底。電極基底可以是金屬。在某些實(shí)施方案中,電極基底可以是閥金屬或其合金。閥金屬是周期表第iv族和第v族中的任何過渡金屬,包括鈦、釩、鋯、鈮、鉿和鉭。在某些實(shí)施方案中,合適的閥金屬包括鈦、鋯、鈮和鉭。在某些實(shí)施方案中,電極基底優(yōu)選地包括鈦。由于鈦的可用性、化學(xué)性質(zhì)和低成本,鈦可以是優(yōu)選的。第一涂層可以包含氧化銥(iro2)和氧化錫(sno2)的混合物。在某些實(shí)施方案中,第一涂層可以基本上由iro2和(sno2)的混合物組成。在某些實(shí)施方案中,第一涂層可以由iro2和sno2的混合物組成。在涂層中的氧化銥可以是以使得實(shí)現(xiàn)期望的性質(zhì)的任何重量濃度,所述期望的性質(zhì)例如電極的鈍化或損耗的減少,或涂層的壽命的增加。氧化銥的重量濃度是相比于第一涂層在被干燥后(例如,在溶劑已經(jīng)蒸發(fā)之后)的重量的氧化銥的重量。在某些實(shí)施方案中,氧化銥的重量濃度在30wt.%至85wt.%的范圍內(nèi)。在某些方面中,氧化銥的重量濃度在45wt.%至65wt.%的范圍內(nèi)。第二涂層可以包含氧化銥和氧化鉭(ta2o5)的混合物。在某些實(shí)施方案中,第二涂層可以基本上由iro2和ta2o5的混合物組成。在某些實(shí)施方案中,第二涂層可以由氧化銥iro2和ta2o5組成。氧化銥可以是以使得實(shí)現(xiàn)期望的性質(zhì)的任何重量濃度,所述期望的性質(zhì)例如電極的鈍化或損耗的減少。氧化銥的重量濃度是相比于第二涂層在被干燥后的重量的氧化銥的重量。在某些實(shí)施方案中,氧化銥的重量濃度在40wt.%至75wt.%的范圍內(nèi)。在某些方面中,氧化銥的重量濃度是約65wt.%。電極基底可以根據(jù)可以提供材料到期望的表面的均勻或大體上均勻的分散的任何應(yīng)用工藝,被應(yīng)用有例如被涂覆有第一涂層和第二涂層。例如,第一涂層和第二涂層可以通過刷涂(brushing)、軋制(rolling)、浸漬、噴涂或通過原子或分子層沉積或類似方法被應(yīng)用于電極基底。電極基底可以根據(jù)熱分解方法被涂覆有第一涂層混合物和第二涂層混合物??梢允紫戎苽潆姌O基底用于涂層的應(yīng)用。例如,電極基底可以被處理或清洗以便接受涂層,或以便提供可以易于涂層的粘附的表面。電極基底的清洗可以通過化學(xué)脫脂、電解脫脂或用氧化酸處理來進(jìn)行。電極基底可以通過適于去除或最小化污染物并展現(xiàn)高的表面粗糙度的任何方法來制備,這可能妨礙涂層適當(dāng)粘附到基底的表面并降低涂覆的金屬表面的有效電流密度,從而還降低電極操作電勢。較長壽命的陽極轉(zhuǎn)化成較少的停機(jī)時(shí)間和電池維護(hù),從而降低操作成本。例如,電極基底可以通過清洗、噴沙(sandblasting)、蝕刻和/或預(yù)氧化工藝(pre-oxidationprocess)來制備。制備電極基底的其它方法可以包括等離子體噴涂、用陶瓷氧化物顆粒熔噴(meltspraying)、將金屬層熔噴到電極基底上、用角礫石(sharpgrit)的噴砂(gritblasting)、和退火。電極基底的清洗之后可以機(jī)械粗糙化(mechanicalroughening)以制備用于涂覆的表面。在某些實(shí)施方案中,當(dāng)清洗通過噴沙進(jìn)行時(shí),其可以后面是蝕刻處理。在某些實(shí)施方案中,機(jī)械粗糙化工藝可以是金屬粉末的細(xì)顆?;旌衔锏幕鹧鎳娡繎?yīng)用。在某些實(shí)施方案中,多孔氧化物層可以被應(yīng)用于電極基底以將涂層錨定到基底。例如,在應(yīng)用電化學(xué)活性物質(zhì)之前,電極基底可以被火焰噴涂或等離子體噴涂到電極基底上。在某些實(shí)施方案中,熱噴涂材料可以由已經(jīng)預(yù)應(yīng)用(pre-apply)電催化活性顆粒的金屬氧化物或金屬氮化物組成。第一涂層和第二涂層可以通過熱分解法的方式以適于向產(chǎn)生的電極提供期望的性質(zhì)或效果的摩爾比來應(yīng)用。例如,期望的效果或性質(zhì)可以是通過減少損耗和避免鈍化中的一種或兩種的方式的延長的使用壽命。在某些實(shí)施方案中,在第一層中的氧化銥與在第二層中的氧化銥的摩爾比可以在約1:5至約5:1之間。在某些實(shí)施方案中,在第一層中的氧化銥與在第二層中的氧化銥的摩爾比可以在約1:2至約2:1之間。例如,在第一層中的氧化銥與在第二層中的氧化銥的摩爾比可以是約1:1。在應(yīng)用第一涂層之后且在應(yīng)用第二涂層之前,第一涂層可以被干燥。第一涂層可以被風(fēng)干,并且隨后在第一爐中在升高的溫度和足以干燥第一涂層的時(shí)間下干燥。爐可以包含氧氣源。例如,氧氣源可以是空氣。第一涂層可以在第一爐中在第一溫度下被干燥并持續(xù)第一持續(xù)時(shí)間,并且隨后在第一爐或第二爐中在第二溫度下被干燥并持續(xù)第二持續(xù)時(shí)間。第一溫度和第二溫度中的一個(gè)或兩個(gè)可以是升高的溫度。升高的溫度可以是大于環(huán)境溫度的溫度。環(huán)境溫度可以是室內(nèi)的溫度,或圍繞正在討論的物體周圍的溫度。正常環(huán)境溫度可以在從約20℃至約25℃的范圍內(nèi);因此,在某些實(shí)施方案中,升高的溫度是至少大于20℃。在某些實(shí)施方案中,第一涂層可以在第一爐中從約80℃至約120℃之間被干燥。例如,第一涂層可以在第一爐中在約90℃下被干燥。在某些實(shí)施方案中,第一涂層可以在第一爐中被干燥持續(xù)約5分鐘至約3小時(shí)。例如,第一涂層可以在第一爐中被干燥持續(xù)約5分鐘至60分鐘。在某些實(shí)施方案中,第一涂層可以在第一爐中被干燥持續(xù)約10分鐘。然后第一涂層可以在第二爐中被干燥。第二爐可以包含氧氣源。例如,氧氣源可以是空氣。在某些實(shí)施方案中,第一涂層可以在第二爐中從約250℃至約750℃之間被干燥。例如,第一涂層可以在第二爐中在約500℃下被干燥。在某些實(shí)施方案中,第一涂層可以在第一爐中被干燥持續(xù)約5分鐘至約3小時(shí)。例如,第一涂層可以在第二爐中被干燥持續(xù)約1小時(shí)。第一涂層的多于一次應(yīng)用可以被應(yīng)用以實(shí)現(xiàn)期望的涂層負(fù)載。第二涂層可以在第一爐中在第一溫度下被干燥并持續(xù)第一持續(xù)時(shí)間,并且隨后在第一爐或第二爐中在第二溫度下被干燥并持續(xù)第二持續(xù)時(shí)間。第一溫度和第二溫度中的一個(gè)或兩個(gè)可以是升高的溫度。在某些實(shí)施方案中,第二涂層可以在第一爐中從約80℃至約120℃之間被干燥。例如,第二涂層可以在第一爐中在約90℃下被干燥。在某些實(shí)施方案中,第二涂層可以在第一爐中被干燥持續(xù)約5分鐘至約3小時(shí)。例如,第二涂層可以在第一爐中被干燥持續(xù)約5分鐘至約60分鐘。在某些實(shí)施方案中,第二涂層可以在第一爐中被干燥持續(xù)約10分鐘。然后第二涂層可以在第二爐中被干燥。第二爐可以包含氧氣源。例如,氧氣源可以是空氣。在某些實(shí)施方案中,第二涂層可以在第二爐中從約250℃至約750℃之間被干燥。例如,第二涂層可以在第二爐中在約500℃下被干燥。在某些實(shí)施方案中,第二涂層可以在第一爐中被干燥持續(xù)約5分鐘至約3小時(shí)。例如,第二涂層可以在第二爐中被干燥持續(xù)約1小時(shí)。第二涂層的多于一次應(yīng)用可以被應(yīng)用以實(shí)現(xiàn)期望的涂層負(fù)載。在某些實(shí)施方案中,涂層可以具有從約0.2g/m2至約3.5g/m2的厚度。涂層的厚度可以獨(dú)立于電極的尺寸。電極可以被安裝在電解池中。在實(shí)施方案中,電解池還具有用于向電解池的電極供應(yīng)電流的電源。在某些實(shí)施方案中,電流源可以是直流電源。在電流方向上,一個(gè)電極通常充當(dāng)陽極,而其對應(yīng)物通常充當(dāng)陰極。電解池可以是系統(tǒng)的一部分。例如,電解槽可以被用于廢水處理系統(tǒng)。在某些實(shí)施方案中,電解池可被用于市政廢水處理系統(tǒng)或工業(yè)廢水處理系統(tǒng)。在某些實(shí)施方案中,電解池可被用于化學(xué)處理系統(tǒng)。在某些實(shí)施方案中,電解池可被用于工業(yè)工藝水系統(tǒng)(industrialprocesswatersystem)。例如,電解池可以被用于電解氯生成系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以包括鹽水源。例如,該系統(tǒng)可以包括壓載水(ballastwater)源。在某些實(shí)施方案中,該系統(tǒng)還可以包括水出口。例如,該系統(tǒng)可以包括飲用水出口。在某些實(shí)施方案中,該系統(tǒng)還可以包括流體地連接至出水口的儲水單元(waterstorageunit)。在某些實(shí)施方案中,該系統(tǒng)還可以包括污染物出口。例如,該系統(tǒng)可以包括氯溶液出口。在某些實(shí)施方案中,包括氯溶液出口的系統(tǒng)可以包括次氯酸鈉溶液出口。在某些實(shí)施方案中,該系統(tǒng)可以包括流體地連接至污染物出口的污染物儲存單元。參考圖1a和1b,提供雙涂層電極。電極100包括基底101?;?01可以是具有導(dǎo)電性質(zhì)的任何基底?;?01可以是金屬。在某些實(shí)施方案中,基底101可以是閥金屬。例如,基底101可以包括鈦、釩、鋯、鈮、鉿或鉭。在某些實(shí)施方案中,基底101優(yōu)選地包括鈦?;?01可以被制備用于涂層的應(yīng)用。例如,基底101可以被處理或清洗以便接受涂層,或以便提供可以對涂層的粘附是敏感的表面?;?01的清洗可以通過化學(xué)脫脂、電解脫脂或用氧化酸處理來進(jìn)行?;?01可以通過適于去除或最小化污染物并顯露高的表面粗糙度的任何方法來制備,這可能妨礙涂層適當(dāng)?shù)卣掣降交?01的表面并降低涂覆的金屬表面的有效電流密度,從而還降低電極操作電勢。例如,基底101可以通過清洗、噴沙、蝕刻和/或預(yù)氧化工藝來制備。制備基底101的其它方法可以包括等離子體噴涂、用陶瓷氧化物顆粒熔噴、將閥金屬層熔噴到電極基底上、用角礫石噴砂、和退火。基底101的清洗之后可以機(jī)械粗糙化以制備用于涂覆的表面。在某些實(shí)施方案中,當(dāng)清洗通過噴沙進(jìn)行時(shí),其可以后面是蝕刻處理。在某些實(shí)施方案中,機(jī)械粗糙化工藝可以是金屬粉末的細(xì)顆?;旌衔锏幕鹧鎳娡繎?yīng)用。基底101可以涂覆有第一涂層102。第一涂層102可以覆蓋基底101的表面的至少一部分。第一涂層102可以包含氧化銥(iro2)和氧化錫(sno2)的混合物。第一涂層102可以包含使得實(shí)現(xiàn)期望的性質(zhì)的任何重量濃度的iro2,所述期望的性質(zhì)例如電極的鈍化或損耗的減少中的至少一種。在某些實(shí)施方案中,在第一涂層102中的iro2的重量濃度在30wt.%至85wt.%的范圍內(nèi)。在某些方面中,在第一涂層102中的iro2的重量濃度在45wt.%至65wt.%的范圍內(nèi)。第一涂層102可以通過任何已知的應(yīng)用工藝被應(yīng)用于基底101的表面。例如,第一涂層102可以通過刷涂、軋制或噴涂被應(yīng)用于基底101的表面。第一涂層102可以根據(jù)熱分解方法被應(yīng)用于基底101的表面。第一涂層102可以涂覆有第二涂層103。第二涂層103可以覆蓋第一涂層102的至少一部分。第二涂層103可以包含氧化銥(iro2)和氧化鉭(ta2o5)的混合物。第二涂層103可以包含使得實(shí)現(xiàn)期望的性質(zhì)的任何重量濃度的iro2,所述期望的性質(zhì)例如電極的鈍化或損耗的減少。在某些實(shí)施方案中,在第二涂層103中的iro2的重量濃度在40wt.%至75wt.%的范圍內(nèi)。在某些方面中,在第二涂層103中的iro2的重量濃度是約65wt.%。第二涂層103可以通過刷涂、軋制或噴涂被應(yīng)用于第一涂層102。第二涂層103可以根據(jù)熱分解方法被應(yīng)用于第一涂層102。第一涂層和第二涂層可以以在約1:5至約5:1之間的摩爾比被應(yīng)用。例如,第一涂層和第二涂層可以以在約1:2至約2:1之間的摩爾比被應(yīng)用?,F(xiàn)在參考圖2,提供電化學(xué)系統(tǒng)。系統(tǒng)200可以包括電解池210。電解池210可以包括如上文所述描的至少一個(gè)電極100。電極100可以是陽極和陰極中的至少一種。在某些實(shí)施方案中,電極100是陽極。系統(tǒng)200還可以包括可操作地連接至電解池210的電源230。電源230可以向電解池210供應(yīng)直流電。一個(gè)或更多個(gè)傳感器240可以被定位在電解池210內(nèi)。傳感器240可以被配置成測量系統(tǒng)200的品質(zhì)。在某些實(shí)施方案中,傳感器240可以被配置成測量系統(tǒng)的ph(例如,電解質(zhì)的ph)、系統(tǒng)的溫度(例如,電解質(zhì)的溫度)、電解質(zhì)的電導(dǎo)率和系統(tǒng)的電流中的一種或更多種。傳感器240可以與控制器250電連通或以其他方式連通以為控制器提供指示系統(tǒng)的測量的性質(zhì)的信號??刂破?50可以控制系統(tǒng)的一種或更多種性質(zhì)。例如,控制器250可以控制從電源230進(jìn)入系統(tǒng)的安培數(shù)。從以下非限制性實(shí)施例中,這些和其它實(shí)施方案的功能和優(yōu)點(diǎn)將得到更充分的理解。實(shí)施例本質(zhì)上意圖是例證性的,并且不應(yīng)當(dāng)被視為限制本文所討論的實(shí)施方案的范圍。實(shí)施例實(shí)施例1:制備第一單涂層電極。電極通過用包含iro2和sno2的涂層涂覆商業(yè)鈦2級的基底的表面來制備。將鈦基底在可商購的堿浴中在60℃的溫度下清洗持續(xù)20分鐘,并且然后用去離子水沖洗。在風(fēng)干持續(xù)約5分鐘至約60分鐘之后,將基底用氧化鋁噴沙,在85℃下在10%草酸中蝕刻持續(xù)約四小時(shí),并在550℃下預(yù)氧化持續(xù)兩小時(shí)。銥和錫的鹽的混合物通過將4.57g的六氯銥酸水合物(h2ircl6x4h2o)、3.58g的氯化錫(sncl4x5h2o)溶解在54.8ml水中并且添加8.7ml的2-丙醇來制備。將此混合物應(yīng)用于清洗過的基底,以實(shí)現(xiàn)在干燥的基礎(chǔ)上每涂層的1.5g/m2的負(fù)載。允許濕式涂覆的基底(wetcoatedsubstrate)風(fēng)干持續(xù)約20分鐘,之后放入爐中,在其中將基底在90℃的溫度下加熱持續(xù)10分鐘并且在460℃的溫度下加熱持續(xù)15分鐘。將混合物如上文所描述地再應(yīng)用、風(fēng)干、并加熱若干次,以獲得至少5g/m2的總涂層負(fù)載。獲得了具有包含iro2和sno2的第一單涂層的電極。實(shí)施例2:制備第二單層涂層電極。電極通過用包含iro2和ta2o5的涂層涂覆商業(yè)鈦2級的基底的表面來制備。將鈦基底在可商購的堿浴中在60℃的溫度下清洗持續(xù)20分鐘,并且然后用去離子水沖洗。在風(fēng)干持續(xù)約5分鐘至約60分鐘之后,將基底用氧化鋁噴沙,在85℃下在10%草酸中蝕刻持續(xù)約四小時(shí),并在550℃下預(yù)氧化持續(xù)兩小時(shí)。銥和鉭的鹽的混合物通過將6.47g的六氯銥酸水合物(h2ircl6×4h2o)、2.86g的氯化鉭(tacl5)溶解在61.9ml丁醇中并且添加3.5ml的濃鹽酸來制備。將此混合物應(yīng)用于清洗過的基底,以實(shí)現(xiàn)在干燥的基礎(chǔ)上每涂層的0.5g/m2-4.0g/m2的負(fù)載。允許濕式涂覆的基底風(fēng)干持續(xù)約15分鐘,之后放入爐中,在其中將基底在515℃的溫度下加熱持續(xù)20分鐘。將混合物如上文所描述地再應(yīng)用、風(fēng)干、并加熱若干次,以獲得至少5g/m2的總涂層負(fù)載。獲得了具有包含iro2和ta2o5的第二單涂層的電極。實(shí)施例3:根據(jù)實(shí)施例1和2制備的第一單涂層電極和第二單涂層電極在具有1的ph、包含180g/l硫酸鈉的電化學(xué)電池中,在加速陽極老化測試(acceleratedanodeagingtest)中在20ka/m2的電流密度下,在60℃的溫度下作為陽極被評估。電解質(zhì)以1.5gph(5.67lph)循環(huán)通過電池。每一小時(shí)記錄電池電壓。第一單涂層電極和第二單涂層電極在加速老化測試中呈現(xiàn)不同的行為。氧化銥-氧化錫涂覆的電極和氧化銥-氧化鉭涂覆的陽極的失效機(jī)制不同。在壽命結(jié)束時(shí),在氧化銥-氧化鉭涂覆的電極中,電池電壓急劇上升,而在氧化銥-氧化錫涂覆的電極中,電池電壓逐漸增加,如在圖3中所示出的。然后,在陽極壽命結(jié)束時(shí),測量涂層損失(coatingloss)。涂層損失作為在初始涂層負(fù)載和在加速老化測試中陽極失效之后的涂層負(fù)載之差被測量。用x射線熒光(xrf)合金分析儀測量涂層負(fù)載。如可以在表1中看出,在電極失效時(shí)的涂層損失對于氧化銥-氧化錫涂層是約44%,而對于氧化銥-氧化鉭涂層是約16%。在氧化銥-氧化錫涂層中的涂層損失量大于在氧化銥-氧化鉭涂層中的約3倍。急劇的電壓增大和低的機(jī)械損耗率指示氧化銥-氧化鉭涂覆的陽極的失效機(jī)制是通過鈍化。關(guān)于氧化銥-氧化錫涂覆的陽極的電壓逐漸增大和很大的涂層損失(約44%)指示該陽極是由于機(jī)械損耗和鈍化而失效?;谶@些結(jié)果,可以得出結(jié)論,氧化銥-氧化錫涂層對鈍化是更有抗性的,并且當(dāng)應(yīng)用在基底上時(shí)可以被用作保護(hù)層。具有較低機(jī)械損耗率的氧化銥-氧化鉭層將用作通過氧化銥-氧化錫層被保護(hù)免受鈍化的第二層。涂層涂層損失(%)氧化銥-氧化錫44氧化銥-氧化鉭16表1.涂層損失。實(shí)施例4:具有鈦基底的單涂層電極被制備,并涂覆有氧化銥-氧化錫涂層的層、氧化銥-氧化鉭涂層的層或兩者。氧化銥在氧化銥-氧化錫涂層中的重量濃度是58%,而氧化銥在氧化銥-氧化鉭涂層中的重量濃度是63%。涂層通過熱分解工藝從對應(yīng)的金屬鹽前體的溶液來應(yīng)用,如實(shí)施例1和2中所描述的。制備包括兩個(gè)涂層的雙涂層電極。在第一層中的氧化銥與在第二層中的氧化銥的摩爾比是1:2、1:1和2:1。電極全部具有包含33g/m2的ir的涂層。使電極經(jīng)歷在具有1的ph、包含180g/l的硫酸鈉的電化學(xué)電池中,在60℃的溫度下,在20ka/m2的電流密度下的加速老化測試。電解質(zhì)以1.5gph((5.67lph)循環(huán)通過電池。測試單涂層電極的歸一化壽命。氧化銥-氧化鉭單涂層電極具有343ka*hr/gir的歸一化壽命(即,原始涂層的壽命),而氧化銥-氧化錫單涂層電極具有454ka*hr/gir的歸一化壽命,如在表2中所示出的。電極的壽命通過監(jiān)測電池的電阻來確定。被應(yīng)用于電極的電流可以是恒定的,并且電壓的上升可能指示電極的失效。在某些實(shí)施方案中,因?yàn)殡妷涸黾?,電壓的上升可能是突然的。還測試了雙涂層電極的歸一化壽命。以1:2的在第一涂層中的氧化銥與在第二涂層中的氧化銥的摩爾比的雙涂層電極具有610ka*hr/gir的歸一化壽命,這相對于氧化銥-氧化鉭的單涂層增加了77%,并且相對于氧化銥-氧化錫的單涂層增加了34%。增加值通過以下等式來計(jì)算:((x-y)/y)*100,其中x是雙涂層電極的歸一化壽命,并且y是單層電極歸一化壽命。以1:1的在第一層中的氧化銥與在第二層中的氧化銥的摩爾比的雙涂層電極具有955ka*hr/gir的歸一化壽命,這相對于氧化銥-氧化鉭的單涂層增加了178%,并且相對于氧化銥-氧化錫涂層的單涂層增加了110%。以2:1的氧化銥-氧化錫:氧化銥-氧化鉭摩爾比的雙涂層電極具有664ka*hr/gir的歸一化壽命,這相對于氧化銥-氧化鉭的單涂層增加了93%,并且相對于氧化銥-氧化錫的單涂層增加了46%。結(jié)果指示,具有1:2、1:1和2:1的在第一涂層中的氧化銥與在第二涂層中的氧化銥的摩爾比的雙涂層電極比具有氧化銥-氧化錫和氧化銥-氧化鉭的單涂層的電極具有更高的歸一化壽命。相對于氧化銥-氧化錫和氧化銥-氧化鉭兩者的單涂層,具有1:1的在第一涂層中的氧化銥與在第二涂層中的氧化銥的摩爾比的電極示出歸一化壽命的最大的增加。雙涂層電極可以呈現(xiàn)較長的壽命、較好的性能、用于更換電極的較少的停機(jī)時(shí)間以及較低的成本。通過使用具有兩個(gè)涂層的電極,產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。相信,與具有第一涂層的電極的性能和具有第二涂層的電極的性能的總和相比,協(xié)同效應(yīng)可以提供電極的最優(yōu)的(例如,增加的)性能。在某些實(shí)施方案中,多于兩個(gè)涂層可以被應(yīng)用于電極基底。表2.壽命比較現(xiàn)在已經(jīng)描述了本公開內(nèi)容的某些例證性實(shí)施方案,對于本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明顯的是,已經(jīng)通過僅實(shí)施例的方式呈現(xiàn)的前述僅僅是例證性的而不是限制性的。許多修改和其他實(shí)施方案在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的范圍內(nèi),并且被預(yù)期落入本公開內(nèi)容的范圍內(nèi)。特別地,雖然本文中呈現(xiàn)的實(shí)施例中的許多包括方法動(dòng)作或系統(tǒng)元件的特定的組合,但是應(yīng)當(dāng)理解,那些動(dòng)作和那些元件可以以其他方式組合以實(shí)現(xiàn)相同的目的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解,本文所描述的參數(shù)和構(gòu)造是示例性的,并且實(shí)際的參數(shù)和/或構(gòu)造將取決于使用本發(fā)明的系統(tǒng)和技術(shù)的具體應(yīng)用。本領(lǐng)域的技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到或能夠僅僅使用常規(guī)實(shí)驗(yàn)確定本公開內(nèi)容的具體實(shí)施方案的等效物。因此,應(yīng)當(dāng)理解,本文所描述的實(shí)施方案通過僅實(shí)施例的方式被呈現(xiàn)并且在隨附的權(quán)利要求及其等效物的范圍內(nèi),本發(fā)明可以除如具體描述的之外進(jìn)行實(shí)踐。此外,還應(yīng)當(dāng)理解,本公開內(nèi)容涉及本文所描述的每種特征、系統(tǒng)、子系統(tǒng)或技術(shù),并且本文所描述的兩種或更多種特征、系統(tǒng)、子系統(tǒng)或技術(shù)的任何組合(如果此類特征、系統(tǒng)、子系統(tǒng)和技術(shù)不是相互不一致的)被認(rèn)為在如權(quán)利要求中體現(xiàn)的公開內(nèi)容的范圍內(nèi)。另外,僅結(jié)合一個(gè)實(shí)施方案討論的動(dòng)作、元件和特征并不意圖排除在其它實(shí)施方案中的類似作用。如本文使用的,術(shù)語“多個(gè)(plurality)”指的是兩個(gè)或更多個(gè)項(xiàng)目或部件。術(shù)語“包括(comprising)”、“包括(including)”、“具有(carrying)”、“具有(having)”、“包含(containing)”和“包含(involving)”無論在書面描述還是權(quán)利要求及類似物中,是開放式術(shù)語,即意指“包括但不限于”。因此,這樣的術(shù)語的使用意指包括在其后列出的項(xiàng)目和其等效物,以及另外的項(xiàng)目。僅過渡措辭“由......組成”和“基本上由......組成”是分別相對于權(quán)利要求的封閉的或半封閉的過渡措辭。在權(quán)利要求中使用序數(shù)術(shù)語例如“第一”、“第二”、“第三”及類似物來修飾權(quán)利要求要素,本身并不暗示一個(gè)權(quán)利要求要素相對于另一個(gè)的任何優(yōu)先、優(yōu)越或順序或方法的動(dòng)作所進(jìn)行的時(shí)間順序,而是僅用作為標(biāo)記以區(qū)分具有某個(gè)名稱的一個(gè)權(quán)利要求要素與具有相同名稱(除了使用序數(shù)術(shù)語)的另一個(gè)要素以區(qū)分權(quán)利要求要素。當(dāng)前第1頁12
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