PL153305B1 - Sposób wytwarzania ceramicznego materiału elektrodowego na bazie tlenków tytanu - Google Patents

Sposób wytwarzania ceramicznego materiału elektrodowego na bazie tlenków tytanu

Info

Publication number
PL153305B1
PL153305B1 PL27462488A PL27462488A PL153305B1 PL 153305 B1 PL153305 B1 PL 153305B1 PL 27462488 A PL27462488 A PL 27462488A PL 27462488 A PL27462488 A PL 27462488A PL 153305 B1 PL153305 B1 PL 153305B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
titanium
metals
temperature
electrode material
oxides
Prior art date
Application number
PL27462488A
Other languages
English (en)
Other versions
PL274624A1 (en
Inventor
Jan Przyluski
Krzysztof Borowiec
Romuald Juchniewicz
Jerzy Walaszkowski
Wladyslaw Bohdanowicz
Wojciech Sokolski
Original Assignee
Politechnika Warszawska
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Politechnika Warszawska filed Critical Politechnika Warszawska
Priority to PL27462488A priority Critical patent/PL153305B1/pl
Publication of PL274624A1 publication Critical patent/PL274624A1/xx
Publication of PL153305B1 publication Critical patent/PL153305B1/pl

Links

Landscapes

  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)

Description

RZECZPOSPOLITA OPIS PATENTOWY 153 305 POLSKA
Ar
Patent dodatkowy do patentu nr--Zgłoszono: 88 09 12 (P. 274624)
Pierwszeństwo--Int. Cl.5 C04B 35/46
URZĄD
PATENTOWY
RP unuiu o 6 Ili a
Zgłoszenie ogłoszono: 90 03 19
Opis patentowy opublikowano: 1991 09 30
Twórcy wynalazku: Jan Przyłuski, Krzysztof Borowiec, Romuald Juchniewicz,
Jerzy Walaszkowski, Władysław Bohdanowicz, Wojciech Sokolski
Uprawniony z patentu: Politechnika Warszawska,
Warszawa (Polska)
Sposób wytwarzania ceramicznego materiału elektrodowego na bazie tlenków tytanu
Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania ceramicznego materiału elektrodowego na bazie tlenków tytanu.
Z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4222917 znana jest metoda otrzymywania elektrod ceramicznych z dwutlenku tytanu na drodze redukcji gazowym reduktorem. Anody wykonane z uzyskanego w ten sposób materiału elektrodowego charakterazują się wysokim napięciem wydzielania tlenku i chloru, wynoszącym około 2000 mV. Nadnapięcie to można znacznie obniżyć przez elektochemiczne pokrycie anod związkami aktywnymi, na przykład PbO2 czy RuO2. Taka metoda obniżania wartości nadnapięcia prowadzi jednak do niejednorodności powierzchni elektrody i powierzchniowego utleniania, co powoduje wzrost rezystywności.
Celem wynalazku było opracowanie technologii umożliwiającej uzyskanie materiału elektrodowego na bazie tlenków tytanu o polepszonym przewodnictwe elektrycznym i jednocześnie obniżonej wartości nadnapięcia wydzielania tlenu, chloru i wodoru oraz o zmniejszonym w porównaniu ze znanymi materiałami potencjale interkalacji protonu i zwiększonej gęstości prądu.
Cel ten osiągnięto stosując sposób wytwarzania ceramicznego materiału elektrodowego na bazie tlenków tytanu według wynalazku.
Sposób według wynalazku polega na tym, żelytan lub jego związki tlenowe po ewentualnym przeprowadzeniu ich w niestechiometryczne tlenki z szeregu homologicznego tytanu o wzorze ogólnym TinO2n-i, w którym n wynosi od 4 do 10 poddaje się reakcji z metalami przejściowymi V i/lub VI grupy układu okresowego. Metale te wprowadza się w ilości odpowiadającej stosunkowi molowemu tytanu do domieszkowanego metalu od 1:200 do 1:1.
Domieszkowane metale można wprowadzać w atmosferze utleniającej w temperaturze 80(^— 1500°C i uzyskany produkt utlenienia poddać redukcji w temperaturze 800-1500°C, przy czym tytan najlepiej jest stosować w postaci sproszkowanego metalu, dwutlenku tytanu lub kwasu metatytanowego. Natomiast domieszkowane metale można wprowadzać w postaci sproszkowa2 153 305 nych metali lub ich tlenków. Tytan i metale można stosować również w postaci ich sproszkowanych stopów.
Domieszkowane metale można również wprowadzać w atmosferze redukującej w temperaturze 800-1500°C i uzyskany proukt ewentualnie dalej prażyć w obojętnej atmosferze w temperaturze 900-1500°C. Przy wprowadzaniu domieszek w atmosferze redukującej korzystnie jest stosować tytan w postaci dwutlenku tytanu lub kwsu metatytanowego, a domieszkowane metale w postaci sproszkowanej lub w postaci tlenków.
Dzięki wprowadzeniu sposobem według wynalazku domieszek metali przejściowych do struktury niestehiometrycznych tlenków tytanu uzyskuje się nowy materiał elektodowy, który charakteryzuje się zwiększonym przewodnictwem elektrycznym, obniżoną wartością nadnapięcia wydzielania tlenku i chlorp o około 1 V oraz obniżoną aktywnością termodynamiczną, a tym samym zwiększoną odpornością korozyjną wykonanych z niego elektrod w porównaniu ze znanymi meteriałami.
Stosując sposób według wynalazku otrzymuje się materiał elektrodowy o wzorze ogólnym Τίη-χΜχθ2η-^ι, w którym M oznacza domieszkowany metal, X oznacza jego ilość, a n ma wyżej podane znaczenie. Materiał ten można otrzymać w postaci granulatu, sproszkowanej lub też w formie gotowych elektrod.
Zależnie od momentu wprowadzenia domieszki do struktury niestechiometrycznych tlenków tytanu uzyskuje się materiał elektodowy o różnej wielkości porów i mikrostrukturze, różnej wytrzymałości mechanicznej oraz różnych właściwościach elektrochemicznych. Przy domieszkowaniu w atmosferze utleniającej prażenie w wysokiej temperaturze z tlenkami wprowadzanych metali będzie wymuszać dyfuzję kationów tych metali, co wpływa na mikrostrukturę produktu utleniania, a stąd także na mikrostrukturę produktu redukcji. Natomiast przy wprowadzaniu domieszek w warunkach redukujących usuwaniu tlenu w trakcie redukcji towarzyszy powstawanie płaszczyzn ścinania. Tlen usuwany jest jednocześnie z dwutlenku tytanu oraz z domieszki, czemu towarzyszy dyfuzja kationów domieszki do struktury powstającego tlenku.
Materiał elektrodowy wytworzony sposobem według wynalazku może mieć różnorodne zastosowanie, zależnie od uzyskanego składu. I tak na przykład materiał o składzie Ti4-xMxO7 lub Τΐ5-χΜχθ9 może być stosowany jako materiał anodowy w systemach ochrony katodowej, do wydzielania z roztworów wodnych takich metali jak złoto, srebro, miedź, platyna, nikiel, chrom, cynk czy kobalt w charakterze anody i/lub katody. Elektrody wykonane z tych materiałów mogą służyć do otrzymywania MnO2 na drodze elektrolizy roztworu MnSO4 oraz do otrzymywania chloranów i nadchloroanów z roztworu wodnego NaCl. Ponadto, anody mogą być wykorzystane w galwanotechnice do wytwarzania powłok Ag, Ni, Cr, Cd, Fe i ich stopów. Mogą być również stosowane w elektrosyntezach organicznych.
Natomiast roztwory stałe wyższych tlenków tytanu z Nb czy Ta, takie jak Tie-xNbxOi5 oraz Ti9-xNbxOi7 ze względu na większą rezystywność mogą być użyte jako element grzewczy cieczy spożywczych, na przykład przy homogenizacji mleka z uwagi na nietoksyczność tych materiałów.
Materiał elektrodowy otrzymany sposobem według wynalazku może również znaleźć zastosowanie w fotoogniwach jako fotoanoda, a wytwarzany w postaci granulatu może stanowić zasypkę do anod w systemach ochrony katodowej.
Przedmiot wynalazku został bliżej objaśniony w przykładach wykonania.
Przykład I. Do 500g pigmentu T1O2 z metody siarczanowej dodano 10,65g Nb2Os i starannie wymieszano. Następnie dodano 5,1 g bentonitu jako lepiszcza oraz około 7% wagowych wody destylowanej. Z otrzymanej mieszaniny na jednoosiowej prasie hydraulicznej przy ciśnieniu prasowania 100 kG/cm2 wykonano wypraski w kształcie krążków o średnicy 44 mm i wysokości 5 mm. Wypraski redukowano następnie wodorem w temperaturze 1050°C w ciągu 4 godzin. Po zakończeniu procesu produkt redukcji chłodzono w atmosferze wodoru do temperatury pokojowej z szybkością 60°C/min. Otrzymano produkt o składzie Tie^sNbo.osCb i udziale porów r®3· 102 nm wynoszącym około 50%.
Przykład II. 1000 g pigmentu TiO2 z metody siarczanowej zmieszano z 21,30 g Nb2Os, po czym starannie wymieszano na mokro stosując 250 cm3 mieszaniny alkoholu izopropylowego i wody w stosunku 1:1. Po wysuszeniu w suszarce w temperaturze 70°C mieszaninę prażono w
153 305 atmosferze powietrza w piecu komorowym w temperaturze 1200°C przez 4 godziny. Po ostudzeniu do mieszaniny dodano 7% wagowych politlenku etylenu w roztworze wodnym jako lepiszcza. Całość dokładnie wymieszano i wysuszono w temperaturze 45°C, po czym sposobem i w warunkach jak w przykładzie I wykonano wypraski. Wypraski redukowano wodorem' w temperaturze 1050°C przez 4 godziny. Otrzymano materiał elektrodowy ceramiczny, jednofazowy o składzie Ti3,95, Nbo.osO?, w którym przeważały pory o promieniu r>103nm, a 45% stanowiły pory o promieniu r=5’103nm.
Przykład III. Do 500g sproszkowanego tytanu dodano 28,4g Nb2Os i po dokładnym wymieszaniu dodano około 7% wagowych politlenku etylenu w postaci roztworu wodnego. Po wysuszeniu mieszaniny sporządzono z niej wypraski o średnicy 30 mm i wysokości 4 mm stosując ciśnienie 750 KG/cm1 2. Wypraski utleniano w powietrzu w temperaturze 1200°C w ciągu 4 godzin. W wyniku utleniania otrzymano kształtkę o bardzo wysokiej wytrzymałości na zginanie, wynoszą« cej 55 KG/n^m2. Kształtkę tę redukowano wodorem w temperaturze 1050°C w czasie 5 • godzin uzyskując materiał elektrodowy o składzee Ti3,92Nbo,os07, który posiada 45% porów o promieniu r=l0 nm.
* Przykład IV. 1000g kwasu metatytanowego zmieszano z 27,8g Nb2Os i po dokładnym wymieszaniu dodano 7% wagowych politlenku etylenu w roztworze wodnym. Po wysuszeniu z otrzymanej mieszaniny wykonano wypraski o średnicy 30 mm i wysokości 4 mm stosując ciśnienie 1500 KG/cm2. 'Wypraski redukowano wodorem w temperaturze 1050°C przez okres 4 godzin. Po tym czasie zamknięto dopływ wody i po podwyższeniu temperatury do 1350°C wypraski prażono w tej temperaturze jeszcze przez 1 godzinę. Uzyskano materiał elektrodowy bezporowy, jednofazowy o składzie Ti3,92Nbo,oo07 i o gęstości zbliżonej do teoretycznej, wynoszącej 4,15 g/cm3.
Przykład V. 1000 g klinkieru T1O2 o średnicy ziarna poniżej 0,1 mm zmieszano z 34 g Nb2Os i po wymieszaniu dodano 7% wagowych politlenku etylenu w postaci wodnego roztworu. Mieszaninę wysuszono na powietrzu, po czym na prasie jednoosiowej uformowano z niej wypraski o średnicy 44 mm i wysokości 5 mm stosując ciśnienie prasowania 500 KG/cm2. Wypraski prażono w atmosferze powietrza w temperaturze 1200°C w czasie 4 godzin. Otrzymany materiał charakteryzował się około 65% udziałem porów o średnicy 2*10 mm i wytrzymałość na zginanie 15 KG/mm .
Przykład VI. 1000g klinkieru TiO2 o uziarnieniu poniżej 0,04mm zmieszano z 89,4g sproszkowanego tytanu o uziarnieniu poniżej 0,04 mm oraz z 24,2 g Nb2Os o uziarnieniu poniżej 0,025 mm. Całość starannie wymieszano i dodano 5% wagowych politlenku etylenu w postaci roztworu wodnego. Po wysuszeniu mieszaniny na powietrzu uformowano z niej wypraski o wymiarach oraz z warunkach jak w przykładzie IV. Wypraski prażono następnie w atmosferze beztlenowej w temperaturze 1200°C przez 8 godzin. Uzyskano materiał elektrodowy o składzie Ti3,95Nbo,05O7.
Przykład VII. 1000 g klinkieru TiO2 o uziarnieniu około 0,04 mm zmieszano z 100 g grafitu i 14,4g V2O5. Po starannym wymieszaniu dodano 7% wagowych politlenku etylenu w postaci , roztworu wodnego. Mieszaninę wysuszono na powietrzu, po czym uformowano z niej wypraski o wymiarach jak w przykładzie IV. Wypraski prażono w powietrzu w temperaturze 600°C przez 2 « . godziny, a po podniesieniu temperatury do 1000°C wypraski prażono przez następne 2 godziny.
Otrzymano porowate kształtki, które redukowano wodorem w temperaturze 1100°C przez 4 godziny. Uzyskano ceramiczny, porowaty materiał elektrodowy o składzie Ti3,95Vo,o507.
Przykład VIII. W warunkach oraz sposobem jak w przykładzie VII z tą różnicą, że wypraski redukowano w temperaturze 1050°C przez 3 godziny uzyskano ceramiczny, porowaty materiał elektrodowy o składzie Ti4,95Vo,oo09.

Claims (5)

  1. Zastrzeżenia patentowe
    1. Sposób wytwarzania ceramicznego materiału elektrodowego na bazie tlenków tytanu, znamienny tym, że tytan lub jego związki tlenowe po ewentualnym przeprowadzeniu ich w niestechiometryczne tlenki z szeregu homologicznego tytanu o wzorze ogólnym TinO2n-i, w którym n
    153 305 wynosi od 4 do 10 poddaje się reakcji z metalami przejściowymi V i/lub VI grupy układu okresowego wprowadzonymi w ilości odpowiadającej stosunkowi molowemu tytanu do domieszkowanego metalu od 1:200 do 1:1.
  2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że domieszkowane metale wprowadza się w atmosferze utleniającej i prowadzi się reakcję z tytanem w temperaturze 800-1500°C, po czym uzyskany produkt utleniania poddaje się redukcji w temperaturze 800-1500°C.
  3. 3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że tytan wprowadza się w postaci sproszkowanego metalu, dwutlenku tytanu lub kwasu metatytanowego a domieszki w postaci sproszkowanych metali lub ich tlenków.
  4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że domieszkowane metale wprowadza się w atmosferze redukującej i prowadzi reakcję z tytanem w temperaturze 800-1500°C, a otrzymany produkt ewentualnie dalej praży się w obojętnej atmosferze w temperaturze 900-1500°C.
  5. 5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że tytan wprowadza się w postaci dwutlenku tytanu lub kwasu metatytanowego, a domieszki w postaci sproszkowanych metali lub ich tlenków.
    Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 100 egz.
    Cena 3000 zł
PL27462488A 1988-09-12 1988-09-12 Sposób wytwarzania ceramicznego materiału elektrodowego na bazie tlenków tytanu PL153305B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL27462488A PL153305B1 (pl) 1988-09-12 1988-09-12 Sposób wytwarzania ceramicznego materiału elektrodowego na bazie tlenków tytanu

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL27462488A PL153305B1 (pl) 1988-09-12 1988-09-12 Sposób wytwarzania ceramicznego materiału elektrodowego na bazie tlenków tytanu

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL274624A1 PL274624A1 (en) 1990-03-19
PL153305B1 true PL153305B1 (pl) 1991-03-29

Family

ID=20044011

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL27462488A PL153305B1 (pl) 1988-09-12 1988-09-12 Sposób wytwarzania ceramicznego materiału elektrodowego na bazie tlenków tytanu

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL153305B1 (pl)

Also Published As

Publication number Publication date
PL274624A1 (en) 1990-03-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5582773A (en) Electrically-conductive titanium suboxides
US5624542A (en) Enhancement of mechanical properties of ceramic membranes and solid electrolytes
JPH05508830A (ja) 低温焼成に特に適した亜クロム酸ランタン
EP0061775B1 (en) Molten carbonate fuel cell
JPS6131194B2 (pl)
US4871437A (en) Cermet anode with continuously dispersed alloy phase and process for making
JPS588552B2 (ja) 改良された導電性および耐食性の集電装置
DE2714488A1 (de) Gesinterte elektroden mit einem elektrokatalytischen ueberzug und ihre verwendungen
US4462889A (en) Non-consumable electrode for molten salt electrolysis
CA1147292A (en) Sintered ceramic electrode containing oxides of tin and germanium
US5464507A (en) Process for the electrolytic deposition of metals
PL153305B1 (pl) Sposób wytwarzania ceramicznego materiału elektrodowego na bazie tlenków tytanu
US5441670A (en) Process for producing an electrically conductive mixed oxide of titanium and tantalum or niobium
JP7711506B2 (ja) 酸化物イオン伝導性固体電解質
JP2003277024A (ja) 酸化物イオン導電体およびその製造方法
WO2022230686A1 (ja) 酸化物イオン伝導性固体電解質
EP0177092A2 (en) Reaction-bonded shapes of titanium diboride
US20050087916A1 (en) Low temperature sintering of nickel ferrite powders
CN112501636A (zh) 一种电解二氧化锰用Ti-Mn多孔阳极材料的制备方法
GB2088902A (en) Metal Composition for Inert Electrode
JPH07277849A (ja) 多孔質焼結体、耐熱性電極及び固体電解質型燃料電池
AU538244B2 (en) Electrode composition
JPH07249413A (ja) 固体電解質型燃料電池セル
CA1340532C (en) Electrically-conductive titanium suboxides
AU2804689A (en) Cermet anode with continuously dispersed alloy phase and process for making