[发明专利]薄型防水气体扩散电极的制造方法

说明书

本发明属于电化学器件中，特别是电化学气体传感器和金属空气电池中使用的薄形防水气体扩散电极的制造方法。

在许多电化学器件中，需要应用防水型气体扩散电极。以往的这类电极大多由催化层、导电支持体和防水层三部分组成。一般多用催化剂粉末加以防水性高聚物作粘接剂涂复于导电支持体上，再加以多孔防水膜，共同烧结而成。通常由于催化剂粉末和高聚物粘接剂在催化层中分布不均匀而影响性能的一致。美国united    Technologies    corporation的专利和US4，043，933提出了一个改进方法，首先将催化剂粉末作成水溶液悬浮体，并和作粘接剂的高聚物乳液混合均匀，然后调节溶液PH使之絮凝。将絮凝物涂复于导电体上，烧结后作成电极。U.S.4.163，811更提出向水溶液悬浮体中加入高价金属氧化物或其盐类，由于体系中的胶体化学相互作用，避免了催化剂粒子的聚结，与高聚物粘接剂混合更为均匀，这样可以提高电极性能的一致性。对于某些电化学传感器用的气体扩散电极，固需背景电流小，多用单纯的贵金属作催化剂。要求催化剂荷载量小，催化层要薄，并且可用导电支持体。用上述方法制备的贵金属催化剂电极通常催化剂的分散度仍嫌不够，不能保证足够高的活性。特别是金，由于其极易聚结，很难得到高分散粉末，因而催化层很难作薄，催化剂荷载量很难减少。电极的烧结过程不仅工艺复杂，而且还在一定程度上影响催化剂的活性。此外絮凝物中一为带电粒子，一为乳化粒子，其间的胶体化学相互作用是极其复杂的，由于二者比重不同，在涂复于聚四氟乙烯多孔膜上时，常常会出现部分分离的趋势，即下层贵金属较多，而上层则高聚物成分较多，导致电阻很大，必需采用导电支持体，才能承受一定的电流密度，这样对于气体传感器一类的电化学器件不仅提高了催化电极的成本，装配也很不方便。

本发明的目的在于制造一种催化剂荷载量小，催化层中催化剂与防水性粘接剂分布均匀，电化学性能一致性好，不用烧结，不用导电支持体的薄型防水气体扩散电极。

本发明的特征在于首先将贵金属催化剂在水溶液中直接作成胶体形态，以保证其具有高度的分散性。例如氯金酸水溶液用柠檬酸钠作还原剂便可制得金的胶体。向溶液中加入计算量的防水性高聚物作粘接剂，例如加入聚四氟乙烯乳液其与催化剂之重量比为1∶9至4∶6混合均匀后，用H₂SO₄调节溶液PH，使产生絮凝。絮凝物中滴加少量酸，使成强酸性，以保证随后作成的电极具有良好的导电性。将所说的絮凝物涂复于多孔聚四氟乙烯薄膜（厚度0.1-0.4mm孔径0.1-60μm）上，成一均一薄层。干后用丙酮抽提，以除去由聚四氟乙烯乳液带入的表面活性剂，再加热除去丙酮，即成薄型防水气体扩散电极。其中催化剂的荷载量为5～10毫克/厘米²。

按照本发明制造的防水气体扩散电极，催化层本身即具有良好的导电性，因而可以省去导电支持体。所说的防水气体扩散电极经丙酮抽提后具有足够的防水性和很高的电化学活性，因此无需再烧结。

铂氯酸、三氯化铳、三氯化钌等贵金属盐类的水溶液经还原作成胶体铂、胶体铱、胶体钌，再按照本发明的方法就可作成以铂、铱或钌为催化剂的防水气体扩散电极。

本发明的实施例如下：

取氯金酸1克，溶于500毫升蒸馏水中，加入20毫克明胶的水溶液，加热至沸。另将1%柠檬酸钠水溶液500毫升加热至沸。二者迅速混合。在强烈搅拌下继续沸腾15分钟，即得到金的胶体。冷却至室温，向金的胶体溶液中加入60%浓度的聚四氟乙烯乳液160毫克。强烈搅拌使之混合均匀。用30%的H₂SO₄调节溶液PH为1～4。放置一夜，使之完全絮凝。倾出上层清液，取出絮凝物。向所说的絮凝物中滴加少量H₂SO₄，使成强酸性（PH＜1）。将所说的絮凝物用不锈钢刮刀在红外灯照射下涂复于多孔聚四氟乙薄膜上，成一均匀薄层。将涂好的电极在脂肪抽取器中用丙酮抽提，除去残存的表面活性剂。将电极取出，在红外灯下烘干。

按照本发明的方法制造的电极，催化层薄，催化剂荷载量小，电极活性高，不用烧结，不用导电支持体，且具有造价低和工艺简单的优点。