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无机颜料,新能源材料—首选科勒颜料

陶瓷颜料,新能源材料,亚氧化钛(Ti4O7),钛酸铜钙(CCTO),铜铬

 
 
 

日志

 
 

亚氧化钛(Ti4O7)导电陶瓷电极材料  

2010-11-16 22:33:25|  分类: 技术研发 |  标签: |举报 |字号 订阅

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亚氧化钛导电陶瓷电极材料

化学电源与电极材料

作为一种将化学能转化为电能的装置,化学电源是解决当前全球能源短缺的途径之一提高化学电源的能量转化效率和充放电性能,增加必能,延长使用寿命,降低生产成本和贵重金属催化剂的使用量,减少环境污染等,是化学电源领域的首要任务。

电极是化学电源的核心部分之一,电极材料的优劣直接关系到化学电源的综合性能。

亚氧化钛是一种全新的节能高效环保型电极材料。

 对电极材料的基本要求

·优良的导电性能;

·高的耐酸碱腐蚀性和耐磨损性;

·电极反应特性的稳定性和耐久性;

·良好的催化活性或与催化剂的相容性;

·适当的体积密度和机械强度;

·活化物及原料的可回收性;

·无毒或低毒性及环境相容性;

·原料来源充分;

·生产成本低廉;

 亚氧化钛(Ti4O7)陶瓷电极材料

亚氧化钛陶瓷电极材料是由称作Magneli相的不同价态的氧化钛所组成的多晶无机材料。Magneli相是一系列非化学计量氧化钛的通称,其通式可表述为TinO2n-1(4≤n≤10),包括Ti4O7,Ti5O9等亚氧化钛相。

Magneli相不是二氧化钛的掺杂物或者TiOx(X<2)的混合物,而是晶体结构稳定的非化学计量氧化物。

其晶体结构可以看做是以金红石型二氧化钛为母体,每n层为一个氧缺失层所构成。如Ti4O7,其每3层TiO2后为一个TiO层。

自上世纪八十年代以来,对以Ti4O7为主晶相的陶瓷电极材料的物理化学和电化学性能已进行了广泛的研究,对其生产制造工艺和应用也进行了深入的探索。现在国外已有工业规模的生产和实际的应用。国内目前只有科勒颜料有限公司独家生产。

 Magneli相氧化钛

亚氧化钛(Ti4O7)导电陶瓷电极材料 - 科勒颜料CEO - 陶瓷颜料—首选科勒颜料

 

  亚氧化钛导电陶瓷电极材料(Ti4O7)亚氧化钛(Ti4O7)导电陶瓷电极材料 - 科勒颜料CEO - 陶瓷颜料—首选科勒颜料

1.亚氧化钛陶瓷电极材料由高纯二氧化钛粉末在1200°以上的高温下由氢气还原生成。

2.其主晶相为Ti4O7.

3.产品外观为蓝黑色流动态粉末

4.类金属的高导电性

5.优秀的抗酸碱化学稳定性

6.独特的电化学性能

7.机械强度高,可以方便的成型为板、管和棒等电极形状。

 

 亚氧化钛陶瓷电极材料的物理化学性能

物理化学性能

数据

密度(g/cm­­­­3­)

3.6-4.3

比热容(J/Kg.k)

750

导热系数(W/M.k)

10-20

线性膨胀系数(10-6//k)

6

抗弯强度(MPa)

60-180

威氏硬度(Hv)

230

导电率(S/M)

3,000~30,000

氧过电位(V/SHE)

H2SO4(1 M/L)

NaOH (1 M/L)

 

+1.75

+1.65

氢过电位(V/SHE)

 

H2SO4(1 M/L)

-0.75

NaOH (1 M/L)

-0.60

亚氧化钛(Ti4O7)导电陶瓷电极材料 - 科勒颜料CEO - 陶瓷颜料—首选科勒颜料


 亚氧化钛陶瓷电极材料的物理性能

 1.亚氧化钛的突出物理性能是在室温下具有很好的导电性能,尤其是其中的Ti4O7相,其单晶导电率可达1500s/cm,几乎具有金属的导电性。实际的亚氧化钛由于是多晶相构成,导电率因Ti4O7的含量和粉体颗粒大小不同而有所差异,但是完全可以满足作为电极材料的要求。

2.亚氧化钛的比重较小,有利于产品的轻量化,提高必能。

3.耐磨损性很强,抗冲刷,电极尺寸稳定。机械强度高,可加工。

4.亚氧化钛没有磁性,不易团聚,在水中的分散性很好,作为导电添加剂时,便于与其他电池活性物均匀混合,有利于电流的均匀分布。

5.亚氧化钛与有机聚合物的相容性很高,可以与各种塑料混合成型,以克服陶瓷材料韧性差的确定,便于做成柔性好的各种形状的电极。

 亚氧化钛陶瓷电极材料的化学性能

 1.亚氧化钛具有特别优秀的化学稳定性和抗腐蚀能力,在铅酸强碱环境下都非常稳定,超过绝大多数工业常用的电极材料,包括其母体钛金属。

2.在能腐蚀钛金属的一些强蚀刻液(包括氟化物,盐酸等)中稳定,如40%的硫酸或草酸能严重腐蚀钛金属,但是亚氧化钛却几乎是惰性的。

样品

电解质

150小时失重

3500小时失重

金属钛

1000PPM F

22%

100%

亚氧化钛

0.017%

0.29%

金属钛

4000PPM F

52%

100%

亚氧化钛

0.66%

2.4%

金属钛

FH/HNO3H2O

160,000单位

100%

100%

 亚氧化钛

0.56%

12.7%

与钛金属的耐腐蚀性对比

亚氧化钛(Ti4O7)导电陶瓷电极材料 - 科勒颜料CEO - 陶瓷颜料—首选科勒颜料

 亚氧化钛陶瓷电极材料的电化学性

1.亚氧化钛陶瓷电极的室温工作电流约为5-20mA

2.既可作为正极,也可作为负极进行析氢析氧反应,并且析氢析氧过电位都很高。

       3.作为电极支撑材料,可以电镀,化学沉积或涂敷各种金属氧化物或贵金属催化剂,并且与这些催化剂的化学结合性很好,催化活性几乎不变,效果好。

  亚氧化钛陶瓷电极材料的突出特点

 1.高导电:亚氧化钛具有高于石墨的导电率,可被电镀;

2.高耐化学腐蚀:在包括氟离子,氯离子的强酸和强碱环境下非常稳定,超过绝大部分现有的电极材料。

3.析氢析氧过电势很高:高的析氧过电势有利于抑制氧气的溢出,提高氧化性能。

4.耐机械磨损:抗液体冲刷,使用寿命长。

5.安全环保:原料资源丰富,无毒安全。

 亚氧化钛陶瓷电极材料的应用

 以Magneli相中的Ti4O7为主晶相的亚氧化钛陶瓷电极材料因其优异的物理化学和电化学性能而自上世纪八十年代问世以来备受世界各国科学家和企业的重视,对其性能和应用进行了广泛的研究和探索。以Ebonex为商品名的亚氧化钛陶瓷电极和相关产品已经在国外实现了商业化生产,并在铅酸电池。环境净化,阴极保护等领域得到了实际应用,效果十分优越,前景广阔。

 亚氧化钛陶瓷电极材料的应用举例

1.铅酸蓄电池:板栅材料,活性物添加剂,双极板材料;(已产品化)

2.锂电池、镍氢电池和碱锰电池:正极导电添加剂;

3.全钒液流电池:电极和双极板材料;

4.燃料电池:电极材料;

5.锌-空气电池:电极材料;

6.阴极保护电池:储油罐、桥梁码头、房屋建筑的防腐;(已产业化)

7.废水和工业污水处理:电极材料。(已产业化)

 产业化应用实例:铅酸蓄电池双极板

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 亚氧化钛陶瓷电极材料最突出的革命性应用是被成功地做成了双极板,并由此诞生了世界上第一种实用性双极式阀控铅酸蓄电池。(英国,Atraverda公司,2009)

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 与传统蓄电池相比,双极式蓄电池取消了栅板、联结物和中间隔,而以双极板取代,是的蓄电池的重量大大减轻,体积缩小,电流分布更加均匀,有效的提高了重能比和体能比,这是铅酸蓄电池的革命性改进。

 在铅酸蓄电池领域的应用:双极式阀控电池

 

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在铅酸蓄电池领域的应用:双极式电池双极板

双极板在铅酸蓄电池中的应用概念和优势早已为业界所知,但是一直没有找到合适的极板材料。铅板是可以作为双极板,但是其比重很大,一者增加电池的重量和体积,二者铅片易被电解液蚀穿,缩短电池的寿命。

经过多年的实验和开发,亚氧化钛证明完全能够满足对双极板材料的要求。由其做成的双极蓄电池体积可减小原体积的40%,重量下降20%。减少了铅的用量,既提高了电池的生产效率,又大大减少了铅的污染。

亚氧化钛双极板的特点

1.良好的导电性;

2.在硫酸环境下抗腐蚀性强;

3.可以很好的防止电解液渗漏;

4.适用于各种形状的电池设计制造;

5.与活性物的相容性好;

6.比重较轻;

7.有足够的机械强度,柔韧度强;

8.资源丰富,可大量生产;

9.价格具有竞争性。

双极式阀控蓄电池与传统电池的比较

 

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 在铅酸蓄电池领域的应用:双极式阀控电池

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 亚氧化钛的其他应用

 电池领域:

1.铅酸蓄电池:与塑料结合的符合材料可以做成板栅,提高了电池的寿命和比能。作为正极导电添加物可以提高正极活性物的成型性和利用率以及电流分布的均匀性。容量增加15%;

2.锂电池:作为阴极替代石墨可减少充放电循环带来的电容衰减;

3.燃料电池、锌-空气电池和液流电池:由于其高导电性和耐腐性,是非常有前景的电极和双极材料;

化工领域:

4.因其优异的化学稳定性和导电性,可用于氯碱工业,氯酸盐制造,重铬酸制备以及有机电合成;

电冶金领域:

5.在高电流密度,高酸条件下不钝化不腐蚀而优于石墨和钛金属,作为电极用于电积锌,金属回收,电解氧化锰,金属箔生产以及印刷线路板蚀刻液的回用处理;

电镀领域:

6.由于电解液中含有氟离子等强腐蚀性物质,常用阳极很易恶化,而亚氧化钛电极析氧过电位高,耐腐蚀性强,抗磨损,电极尺寸稳定;

环保行业和水处理领域:

7.由于亚氧化钛电极的析氧电势高,有利于阳极氧化,可广泛应用于电催化降解有机污染物和垃圾渗滤液,电催化处理苯酚废水,印染废水处理,油田废水处理,医院污水处理以及电解海水制氢,海水淡化,电解水消毒和臭氧的制造;

阴极保护领域:

8.现已实际应用于储油罐,船舶,码头,桥梁和钢筋混凝土的防腐、土壤的阴极保护;

携手合作 共创未来

科勒颜料新能源研发中心经过多年研究,已开发出具有独立知识产权的Magneli相(Ti4O7)亚氧化钛新型电极材料的生产技术,并已投入生产,欢迎合作并开发相关产品和开拓市场。我们将竭诚为您提供高质量的产品和服务。 WWW.COLOR-PIGMENT.COM

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