TW201035382A - A hydrogen-oxygen generating electrode plate and method for manufacturing the same - Google Patents

Description

201035382 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種水中有效產生氫氧氣體的氫氧氣體產 生用電極板及其製造方法。 【先前技術】 一般而言，氫氧氣體發生器是爲生產經電解水生成的 〇 氫氣和氧氣的裝置，其內部安裝有電解水產生無公害能源 資源即氫氧氣的電極板。此時氫氣和氧氣按2: 1的摩爾 百分比生成，負電極表面按氣泡形態生成氫氣、正電極表 面按氣泡形態生成氧氣。該電解水的電極板通常使用不鏽 鋼或在不鏽鋼表面進行白金鍍層。由此生成的氫氣和氧氣 經混合後成爲可燃燒的混合氣體。且氫氧氣在燃燒時不會 產生污染物，作爲環保型能源資源而全新受到關注。 但所述不鏽鋼或在不鏽鋼表面進行白金鑛層的電極板 〇 ，相對施加的電能而言所生成的氫氧氣的量過少，不得不 在所生成的氫氧氣中混合丙烷氣等輔助燃料，導致了經濟 性的下降。 且電解過程中電極板表面緩慢進行分解溶化，經過數 百小時後還需更換電極板。 【發明內容】 本發明以解決上述背景技術問題作爲出發點，目的在 於提供一種相對投入的電能可加大所產生氫氧氣的量進而 -5- 201035382 確保經濟性的利用碳納米管的氫氧氣體產生用電極板及其 製造方法。 本發明另一目的在於提供一種可多種形態實現，因而 可應用於不同規格氫氧氣體發生器的氫氧氣體產生用電極 板及其製造方法。 本發明又一目的在於提供一種長時間電解後也不會產 生分解從而無需再更換的氫氧氣體產生用電極板及其製造 方法。 因此本發明氫氧氣體產生用電極板作爲經由對水進行 電解產生氫氧氣體的氫氧氣體產生用電極板，其特徵在於 包括二氧化鈦（Ti〇2)、鈷氧化物（Co2〇3)、鉻氧化物（Cr2〇3) 、鎳氧化物（NiO)、碳納米管、鎳（Ni)或鉻（C〇以及陶瓷催 化劑。且上述二氧化鈦（Ti〇2)、鈷氧化物（C〇203)、鉻氧化 物（Cr2〇3)、鎳氧化物（NiO)、碳納米管、鎳（Ni)或鉻（Cr)以 及陶瓷催化劑以粉末狀衝壓成型固態後經真空燒成爐燒成 製造。 本發明在碳（C)、氧化鉬（Mo03)、脫羧基鈉複合物 (NaTa03-La)、矽（Si)、錳（Μη)和氧化鋁（Al2〇3)形成的群體 中包括所選任何一項以上組成作爲特點。 本發明中陶瓷催化劑爲托瑪琳、伯姆石。 本發明以1 0 〇重量百分比的二氧化鈦作爲基準時，所 述銘氧化物占10〜4〇〇重量百分比、鉻氧化物占10〜400 重量百分比、鎳氧化物占1 0〜400重量百分比、碳納米管 占2〜40重量百分比' 碳素占〇·5〜40重量百分比、氧化 -6- 201035382 鉬占10〜100重量百分比、鎳占10〜100重量百分比、脫 羧基鈉複合物占10〜100重量百分比、矽占2〜40重量百 分比、猛占5〜50重量百分比、氧化銘占2.5〜60重量百 分比、鉻占5〜50重量百分比、陶瓷催化劑占2〜100重 量百分比。 本發明即經由對水進行電解產生氫氧氣體的電極板製 造方法，包括均勻攪拌粉末狀二氧化鈦、鈷氧化物、鉻氧 〇 化物、鎳氧化物、碳納米管、鎳（Ni)或鉻（C〇以及陶瓷催 化劑形成高分散度的攪拌混合物的階段（S 1 )、攪拌混合物 投入模具並加壓成型固態衝壓成型物階段（S2)、以及在真 空燒成爐燒成階段（S3);階段（S2)特徵在於所述攪拌混合 物上施加500-1 500噸/ cm2壓力；階段（S3)特徵在於所述衝 壓成型物在600-2000 °C、20-400分鐘範圍內進行燒成，且 所述燒成在阻斷氧氣流入的真空燒成爐內進行。 且階段（si)中碳（C)、氧化鉬（Mo〇3)、脫羧基鈉複合物 O (NaTa03-La)、矽（Si)、錳（Μη)和氧化鋁（Al2〇3)形成的群體 中包括所選任何一項以上組成。 托瑪琳或伯姆石以10〜60微米規格粉碎後在1 000〜 2000 °C溫度中加熱燒成1小時以上，再將燒成物粉碎製成 粒度在10-60微米的粉末。 本發明以100重量百分比的二氧化鈦作爲基準時，最 好所述鈷氧化物占10〜400重量百分比、鉻氧化物占10〜 400重量百分比、鎳氧化物占1〇〜400重量百分比、碳納 米管占2〜40重量百分比、碳素占〇.5〜40重量百分比、 201035382 氧化鉬占10〜100重量百分比、鎳占10〜100重量百分比 、脫羧基鈉複合物占10〜100重量百分比、矽占2〜40重 量百分比、錳占5〜50重量百分比、氧化鋁占2.5〜60重 量百分比、鉻占5〜50重量百分比、陶瓷催化劑占2〜1〇〇 重量百分比。 根據本發明的氫氧氣體產生用電極板及其製造方法， 相對投入的電能可以提升所產生氫氧氣的量，即使沒有添 加丙院氣等輔助燃料也能達到燃燒，從而可以確保經濟性 〇 進一步經由衝壓及燒成過程可定制形態，因此可依據 用途及容量以不同的多種形態製成實現。 且’本發明製造的電極板在電解進行中其電極板表面 不會分解’相對過去電極板可以延長使用壽命，即便經過 數千小時也無需更換。 【實施方式】 下面詳細說明本發明即氫氧氣體產生用電極板及其製 造方法。 本發明氫氧氣體產生用電極板經由對水進行電解產生 S氣和氧氣，此時爲了相對投入電能進一步加大氫氣和氧 氣產生量’本發明具有以下組成比。 即氫氧氣體產生用電極板包括二氧化鈦（Ti〇2)、鈷氧 化物（C〇2〇3)、鉻氧化物（Cr203)、鎳氧化物（NiO)、碳納 #管 '鎳（Ni)或鉻（Cr)以及陶瓷催化劑。此時本發明的電 201035382 極板最好在碳（c)、氧化鉬（Mo〇3)、脫竣基鈉複合物 (NaTa03-La)、矽（Si)、錳（Μη)和氧化鋁（Al2〇3)形成的群體 中包括所選任何一項以上組成。且陶瓷催化劑爲托瑪琳 、伯姆石。 本發明氫氧氣體產生用電極板對粉末狀組成物施加 5〇0-15〇0噸/cm2壓力、再於500-2000°C溫度中燒成實現 〇 〇 所述組成物質的組成比例以1 0 0重量百分比二氧化鈦 作爲基準進行說明，此時二氧化鈦粒度在0.1〜100微米 範圍。 鈷氧化物組成比以1 〇〇重量百分比二氧化鈦作爲基準 時將占10-400重量百分比，最好占20-30重量百分比，此 時鈷氧化物粒度在0.1〜100微米範圍。 鉻氧化物組成比以1 00重量百分比二氧化鈦作爲基準 時將占1〇_4〇〇重量百分比，最好占20-30重量百分比，此 〇 時鉻氧化物粒度在0.1〜100微米範圍。 鎳氧化物組成比以1 00重量百分比二氧化鈦作爲基準 時將占10-400重量百分比，最好占20-30重量百分比，此 時鎳氧化物粒度在0.1〜1〇〇微米範圍。 在本發明電極板作爲1 〇 〇重量百分比時上述二氧化鈦 、鈷氧化物、鉻氧化物、鎳氧化物的總組成比例最好爲6 0 〜8 0重量百分比。 碳納米管組成比以1 〇 〇重量百分比二氧化鈦作爲基準 時將占2_4〇重量百分比，最好占5-20重量百分比，此時 201035382 碳納米管粒度在1〜60微米範圍。 如果碳納米管的組成比低於2重量百分比，則因導電 性相對較低的碳導致所製造的電極板表面導電率降低；如 果大於4 0重量百分比則無法期待本身混合性較低的碳納 米管的分散效果，所製造電極板密度及強度變弱。 且，碳納米管爲了提高與其它組成物質粉末的分散力 ，應具備1-60微米粒度，最好粒度在20-30微米左右。與 此同時本發明使用的碳納米管在單層壁、多重壁、碳納米 纖維中至少包括一個選擇。 碳納米管是一個碳素與其它碳素原子以六角形蜂巢紋 結合形成管狀的物質，各向異性很大，具有單層壁、多重 壁、多發等多種結構，管徑在納米級的極小領域物質。碳 納米管與活性碳或黑鉛、鑽石等其它碳基物質不同，具有 導電性超強、電場釋放特性良好的特點。這一特點來自根 據結構其碳素電子結構不同。即導電性良好的黑給中碳素 具有sp2結合結構，而絕緣體鑽石擁有sp3結合結構。碳 納米管形成相對體積擁有高出1 〇〇〇倍以上表面積的多孔 性狀態，在應用電化學裝置上提供給氧化還原反應的表面 積極大，可大幅提升總反應量。 碳素組成比以1 〇〇重量百分比二氧化鈦作爲基準時將 占0.5-40重量百分比，最好占5-20重量百分比，此時碳 素粒度在0.1〜100微米範圍。 碳素作爲碳納米管和其它組成物質結合的結合體使用 ，即碳素用於結合本身結合性很小的碳納米管和其它組成 -10- 201035382 物質粉末目的。 氧化鉬組成比以1 〇〇重量百分比二氧化鈦作爲基準時 將占10-100重量百分比，最好占3 0-5 0重量百分比，此時 氧化鉬粒度在0.1〜1〇〇微米範圍。 鎳組成比以1 〇〇重量百分比二氧化鈦作爲基準時將占 10-100重量百分比，最好占15-30重量百分比，此時鎳粒 度在0.1〜100微米範圍。 〇 脫羧基鈉複合物組成比以1 〇〇重量百分比二氧化鈦作 爲基準時將占10-100重量百分比，最好占30-50重量百分 比，此時脫羧基鈉複合物粒度在10〜60微米範圍。這類 脫羧基鈉複合物（NaTa03)的目的在於加大所製造電極板的 氫氣產生量。 矽組成比以1 00重量百分比二氧化鈦作爲基準時將占 2-40重量百分比，最好占5-20重量百分比，此時砂粒度 在0.1-100微米範圍。 〇 錳組成比以100重量百分比二氧化鈦作爲基準時將占 5-50重量百分比，最好占10-20重量百分比，此時錳粒度 在0.1-100微米範圍。 氧化鋁組成比以1 00重量百分比二氧化鈦作爲基準時 將占2.5-60重量百分比，最好占15_4〇重量百分比，此時 氧化鋁粒度在0.1-100微米範圍。 鉻組成比以1 00重量百分比二氧化鈦作爲基準時將占 5-50重量百分比，最好占10-20重量百分比，此時鉻粒度 在0.1-100微米範圍。 -11 - 201035382 陶瓷催化劑組成比以1 〇 〇重量百分比二氧化鈦作爲基 準時將占2-100重量百分比，最好占5-30重量百分比，此 時陶瓷催化劑粒度在1 0-60微米範圍。 上述二氧化鈦、鈷氧化物、鉻氧化物、鎳氧化物、碳 納米管、鎳或鉻以及陶瓷催化劑以粉末狀衝壓成型固態後 經真空燒成爐燒成製造。 上述二氧化鈦、鈷氧化物、鉻氧化物、鎳氧化物、陶 瓷催化劑、碳納米管、碳素、氧化鉬、鎳、脫羧基鈉複合 物、矽、錳、氧化鋁以粉末狀形成，這類組成物質粉末經 衝壓及真空燒成爐中燒成後製成本發明的氫氧氣體產生用 電極板。 下面敍述本發明氫氧氣體產生用電極板的製造方法。 且形成攪拌混合物階段（S1)，在粉末狀碳納米管、碳 素、氧化鉬、鎳、脫羧基鈉複合物、矽、錳、氧化鋁以及 鉻組成的群體中還可以包括選擇的任何一個以上。 所述組成物質應均勻、高分散度分散，爲此利用已知 的超臨界流體法或反膠束法。 之後’把攪拌混合物投入模具施加5 00- 1 5 00噸/cm2 壓力’完成衝壓成型形成衝壓成型物的階段（S2)。粉末狀 上述衝壓成型物經由壓制過程後形成堅固的固體狀。 此時模具經由應用特定形態成型槽實現多種形態電極 板的製造。例如複雜幾何狀形態、或邊緣突出或凹陷的形 成多個槽的形態。 最後完成衝壓成型物在真空燒成爐中在500-2000°C、 -12- 201035382 20-4 00分鐘範圍內進行燒成的階段（S3)。此時衝壓成型物 製造中爲了徹底阻斷氧氣流入必須使用真空燒成爐，如果 有氧氣流入，燒成過程產生氧化從而降低電極板的氫氧氣 體發生效率。 這裏，鎳或鉻等金屬在燒成階段起到牢固把持金屬氧 化物、非金屬及碳素基組成物的作用，因此燒成溫度應在 鎳或鉻的熔點進行。 〇 所述組成物質經由上述燒成階段後結合成堅固的組合 體。 這裏，上述陶瓷催化劑促進水的電解同時防止上述組 成物質中的金屬物質變成大塊。即在高溫燒成過程中，金 屬物質在陶瓷催化劑作用下不會相互凝結從而不會變成大 塊狀。且陶瓷催化劑爲製成的電極板形成電解水的無數電 解空間，從而可以產生更多量的氫氣和氧氣。且陶瓷催化 劑在水進行電解過程中也不會被消耗掉，可以保持本發明 Ο 電極板的形態，從而可以延長電極板的使用壽命。進一步 因陶瓷催化劑還可加大電解空間，不僅可以增強催化作用 的活性，還可具備較高的化學穩定性。 下面經由實施例進一步具體說明本發明。該實施例僅 僅是爲了例示本發明’並不代表本發明申請專利範圍局限 在該保護範圍內。 <實施例> 首先用攪拌機把粉末狀二氧化鈦、鈷氧化物、鉻氧化 -13- 201035382 物、鎳氧化物、陶瓷催化劑、碳納米管、碳素、氧化鉬、 鎳、脫羧基鈉複合物、矽、錳、氧化鋁進行攪拌混合形成 攪拌混合物。此時爲形成所述攪拌混合物把二氧化鈦1 〇〇g 、鈷氧化物25g、鉻氧化物25g、鎳氧化物25g、陶瓷催化 劑20g、碳納米管15g、碳素15g、氧化鉬40g、鎳25g、 脫羧基鈉複合物40g、矽20g、錳15g、氧化鋁30g、鉻 1 5 g混合後以高分散度攪拌形成攪拌混合物。之後把攪拌 混合物投入板材狀有孔模具上以2000噸/cm2壓力總成形 成衝壓成型物。再把衝壓成型物在真空燒成爐中以890 °C 溫度燒成400分鐘，最終完成了電極板的製造。 根據所述實施例製造的電極板表面形成有微米單位的 多個孔，且以高密度形成有微細脈紋和槽溝。即電極板上 形成微米單位脈紋和槽溝，以增加與水接觸的表面積。例 如水在槽溝部分氧化發生氧氣同時還發生氫離子，氫離子 聚集脈紋頂部並由催化劑促進氫離子還原反應，從而發生 大量氫氧混合氣體。 <對比例> 準備一個通常用於電解水的不鏽鋼電極板，經對比後 記錄了其數據。 項目 實施例 對比例(不鏽鋼） 電極板(長X寬X厚） 15cmx 15cmx 1cm 15cmx 15cmx 1cm 消耗功率(W) 300W 23000W 單位時間內氫氣和氧氣的總發生量(L) 62000L/小時 6000L/小時 -14- 201035382 據上表對比結果表明，本發明實施例製造的電極板與 對比例中使用的電極板比較來看，相對投入的電能可以發 生更多氫氣和氧氣。 綜上所述，本發明就以上圖紙示意的一個實施例作爲 參考進行了說明，但在不超越發明要旨與範圍的情況下， 凡擁有本發明技術領域通常知識的人士均能瞭解到本發明 〇 可進行多種修改或變形，這些變形均屬於本發明範圍。

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Claims (1)

1. 201035382 七、申請專利範圍： 產 物 碳 成 氧 錳 瓷 在 化 分 40 複 猛 鉻 比 極 1·一種經由對水進行電解產生氫氧氣體的氫氧氣體 生用電極板，其特徵在於包括二氧化鈦（Ti〇2)、鈷氧化 (C〇203)、鉻氧化物（Cr2〇3)、鎳氧化物（Ni〇)、碳納米管 鎳（Ni)或鉻（Cr)以及陶瓷催化劑；且上述二氧化鈦（Ti02) 鈷氧化物（C〇203)、鉻氧化物（Cr203)、鎳氧化物（NiO)、 納米管、鎳（Ni)或鉻（Cr)以及陶瓷催化劑以粉末狀衝壓 型固體狀態後經真空燒成爐燒成製造。 2.如申請專利範圍第1項，其特徵在於包括碳（C)、 化鉬（Mo〇3)、脫羧基鈉複合物（NaTa03-La)、矽（Si)、 (Μη)和氧化鋁（Al2〇3)形成的群體中所選任何一者以上。 3 ·如申請專利範圍第1項之電極板，其特徵在於陶 催化劑爲托瑪琳、伯姆石。 4. 如申請專利範圍第1項至3項之電極板，其特徵 於以100重量百分比的二氧化鈦作爲基準時，所述鈷氧 物占10〜400重量百分比、鉻氧化物占10〜400重量百 比 '鎳氧化物占1〇〜400重量百分比、碳納米管占2〜 重量百分比、碳素占0.5〜40重量百分比、氧化錯占10 100重量百分比、鎳占10〜100重量百分比、脫羧基鈉 合物占10〜100重量百分比、矽占2〜40重量百分比、 占5〜50重量百分比、氧化鋁占2.5〜60重量百分比、 占5〜50重量百分比、陶瓷催化劑占2〜100重量百分 〇 5. —種製造可經由對水進行電解產生氫氧氣體的電 -16- 201035382 板之方法’其特徵在於包括均句攪拌粉末狀二氧化鈦、鈷 氧化物、鉻氧化物、鎳氧化物、碳納米管、鎳（Ni)或鉻 (Cr)以及陶瓷催化劑形成高分散度的攪拌混合物的階段 (S 1)'攪拌混合物投入模具並加壓成型固態衝壓成型物階 段（S 2)、以及在真空燒成爐燒成階段（s 3 );階段（s 2)特徵 在於所述攪拌混合物上施加5 00- 1 5 00噸/cm2壓力；階段 (S3)特徵在於所述衝壓成型物在6〇〇_2〇〇〇°c、2〇_4〇〇分鐘 〇 範圍內進行燒成，且所述燒成在阻斷氧氣流入的真空燒成 爐內進行。 6.如申請專利範圍第5項之方法，其特徵在於階段 (S1)中碳（C)、氧化鉬（Mo03)、脫羧基鈉複合物（NaTa03-La)、 砂（Si)、錳（Μη)和氧化鋁（A1203)形成的群體中包括所選任 何一項以上組成。 7 .如申請專利範圍第5項之方法，其特徵在於托瑪琳 或伯姆石以10〜60微米規格粉碎後在1 000〜200CTC溫度中 © 加熱燒成1小時以上，再將燒成物粉碎製成粒度在10-60 微米的粉末。 8.如申請專利範圍第5、6或7項之方法，其特徵在 於以1 00重量百分比的二氧化鈦作爲基準時，所述鈷氧化 物占10〜4 00重量百分比、鉻氧化物占1〇〜400重量百分 比、鎳氧化物占10〜400重量百分比、碳納米管占2〜40 重量百分比、碳素占0.5〜40重量百分比、氧化鉬占10〜 1〇〇重量百分比、鎳占10〜100重量百分比、脫羧基鈉複 合物占10〜100重量百分比、矽占2〜40重量百分比、錳 -17- 201035382 占5〜50重量百分比、氧化銘占2.5〜60重量百分比、鉻 占5〜50重量百分比、陶瓷催化劑占2〜1 00重量百分比 -18- 201035382 四、指定代表圖： (一） 本案指定代表圖為：無 (二） 本代表圖之元件符號簡單說明：無

   -3- 201035382 五、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學 式：無