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具有双层涂层的 电极、其使用和制备方法

阅读：64发布：2020-05-08

专利汇可以提供具有双层涂层的电极、其使用和制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提供了用于制造和使用双层涂覆的电极的系统和方法。双层涂覆的电极可以包括基底、第一涂层和第二涂层。第一涂层可以包含氧化铱和氧化锡的混合物，并且第二涂层可以包含氧化铱和氧化钽的混合物。电极可以被用于例如电解池中。，下面是具有双层涂层的电极、其使用和制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种电极，包括：
导电基底；
第一涂层，其覆盖所述导电基底的表面的至少一部分，所述第一涂层由氧化铱和氧化锡的混合物组成且具有45wt.％至65wt.％的氧化铱；以及
第二涂层，其覆盖所述第一涂层的至少一部分，所述第二涂层由氧化铱和氧化钽的混合物组成，其中在所述第一涂层中的氧化铱与在所述第二涂层中的氧化铱的摩尔比是在1:
2至2:1之间。
2.如权利要求1所述的电极，其中所述导电基底包括阀金属。
3.如权利要求2所述的电极，其中所述阀金属选自由以下组成的组：钛、锆、铌和钽。
4.如权利要求3所述的电极，其中所述阀金属是钛。
5.如权利要求1所述的电极，其中所述第二涂层包含40wt.％至75wt.％的氧化铱。
6.如权利要求5所述的电极，其中所述第二涂层包含约65wt.％的氧化铱。
7.如权利要求1所述的电极，其中在所述第一涂层中的氧化铱与在所述第二涂层中的氧化铱的摩尔比选自由以下组成的组：1:2、1:1和2:1。
8.如权利要求7所述的电极，其中在所述第一涂层中的氧化铱与在所述第二涂层中的氧化铱的摩尔比是1:1。
9.如权利要求8所述的电极，其中所述电极提供比包含由所述第二涂层的组合物组成的单层涂层的电极长约175％的归一化寿命。
10.如权利要求8所述的电极，其中所述电极提供比包含由所述第一涂层的组合物组成的单层涂层的电极长约110％的归一化寿命。
11.如权利要求1所述的电极，其中所述电极是阳极。
12.一种制备电极的方法，包括：
将由氧化铱和氧化锡组成且具有45wt.％至65wt.％的氧化铱的第一涂层应用于导电基底的表面的至少一部分；以及
将由氧化铱和氧化钽组成的第二涂层应用于所述第一涂层的至少一部分，其中在所述第一涂层中的氧化铱与在所述第二涂层中的氧化铱的摩尔比是在1:2至2:1之间。
13.如权利要求12所述的方法，还包括在应用所述第一涂层之前，制备所述导电基底以除去污染物并且显露所述表面。
14.如权利要求12所述的方法，还包括在应用所述第一涂层之后，将所述第一涂层干燥。
15.如权利要求12所述的方法，还包括在应用所述第二涂层之后，将所述第二涂层干燥。
16.一种制造电化学装置的方法，包括：
制备电极，所述电极包括：
导电基底；
第一涂层，其覆盖所述导电基底的表面的至少一部分，所述第一涂层由氧化铱和氧化锡的混合物组成且具有45wt.％至65wt.％的氧化铱；以及
第二涂层，其覆盖所述第一涂层的至少一部分，所述第二涂层由氧化铱和氧化钽的混合物组成，其中在所述第一涂层中的氧化铱与在所述第二涂层中的氧化铱的摩尔比是在1:
2至2:1之间；以及
将所述电极安装在电解池中。
17.一种包括电解池的系统，包括：
电极，所述电极包括：
导电基底；
第一涂层，其覆盖所述导电基底的表面的至少一部分，所述第一涂层由氧化铱和氧化锡的混合物组成且具有45wt.％至65wt.％的氧化铱；以及
第二涂层，其覆盖所述第一涂层的至少一部分，所述第二涂层由氧化铱和氧化钽的混合物组成，其中在所述第一涂层中的氧化铱与在所述第二涂层中的氧化铱的摩尔比是在1:
2至2:1之间；和
电源，其用于向所述电极供应电流。
18.如权利要求17所述的系统，其中所述电极被浸入电解质中。

说明书全文

具有双层涂层的电极、其使用和制备方法

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2014年10月21日提交的名称为“Two Layer Electrode with Improved Durability”的美国临时专利申请序号62/066,431的优先权，其全部公开内容为了所有目的通过引用以其整体据此并入。

[0003] 公开内容的领域

[0004] 各方面总体上涉及电极涂层，并且更特定地涉及双层电极涂层(two layered electrode coating)、其制备方法和用途。

[0005] 概述

[0006] 在某些实施方案中，提供电极。该电极包括导电基底；第一涂层，其覆盖导电基底的表面的至少一部分，包含氧化铱和氧化锡的混合物；以及第二涂层，其覆盖第一涂层的至少一部分，包含氧化铱和氧化钽的混合物。

[0007] 在某些方面中，导电基底包括阀金属(valve metal)。在某些方面中，阀金属选自由以下组成的组：钛、锆、铌和钽。在某些方面中，阀金属是钛。

[0008] 在某些方面中，第一涂层包含约30wt.％至约85wt.％氧化铱。在某些方面中，第一涂层包含约45wt.％至约65wt.％氧化铱。在某些方面中，第二涂层包含约40wt.％至约75wt.％氧化铱。

[0009] 在某些方面中，第二涂层包含约40wt.％至约75wt.％氧化铱。在某些方面中，第二涂层包含约65wt.％氧化铱。

[0010] 在某些方面中，在第一涂层中的氧化铱与在第二涂层中的氧化铱的摩尔比选自由以下组成的组：1:2、1:1和2:1。在某些方面中，在第一涂层中的氧化铱与在第二涂层中的氧化铱的摩尔比是1:1。在某些方面中，电极提供比包含由第二涂层的组合物组成的单层涂层的电极长约175％的归一化寿命(normalized life)。在某些方面中，电极提供比包含由第一涂层的组合物组成的单层涂层的电极长约110％的归一化寿命。

[0011] 在某些方面中，电极是阳极。

[0012] 在某些实施方案中，提供制备电极的方法。该方法包括将包含氧化铱和氧化锡的第一涂层应用于导电基底的表面的至少一部分，以及将包含氧化铱和氧化钽的第二涂层应用于第一涂层的至少一部分。

[0013] 在某些方面中，该方法还包括在应用第一涂层之前，制备导电基底以除去污染物并显露(develop)该表面。

[0014] 在某些方面中，该方法还包括在应用第一涂层之后，将第一涂层干燥。

[0015] 在某些方面中，该方法还包括在应用第二涂层之后，将第二涂层干燥。

[0016] 在某些方面中，在第一涂层中的氧化铱与在第二涂层中的氧化铱的摩尔比是约1:2至2:1。

[0017] 在某些实施方案中，提供制造电化学装置的方法。该方法包括制备包括以下的电极：导电基底；第一涂层，其覆盖导电基底的表面的至少一部分，包含氧化铱和氧化锡的混合物；以及第二涂层，其覆盖第一涂层的至少一部分，包含氧化铱和氧化钽的混合物，以及将该电极安装在电解池中。

[0018] 在某些实施方案中，提供包括电解池的系统。该系统包括导电基底；第一涂层，其覆盖导电基底的表面的至少一部分，包含氧化铱和氧化锡的混合物；以及第二涂层，其覆盖第一涂层的至少一部分，包含氧化铱和氧化钽的混合物；以及电源，其用于向电极提供电流。

[0019] 在某些方面中，电极被浸入电解质中。

[0020] 附图简述

[0021] 下文参考附图讨论了至少一个实施方案的多个方面，这些附图不意图按比例绘制。该附图被包括在内，以便提供对于各种方面和实施方案的说明以及进一步的理解，并且该附图被并入本说明书中且构成本说明书的一部份，但是并不意图作为本公开内容的限制的定义。在附图、详述或任一项权利要求中的技术特征后跟参考标号的情况下，包括这些参考标号的唯一目的是提高附图和说明书的可理解性。在附图中，在各图中图示的每个相同的或近似相同的部件用相同的数字来表示。为了清楚起见，并非在每张附图中把每个部件都标注出来。在附图中：

[0022] 图1A是根据本公开内容的一个实施方案的电极的侧视图；

[0023] 图1B是根据本公开内容的一个实施方案的电极的透视图；

[0024] 图2是根据本公开内容的一个实施方案的电化学装置的示意图；以及

[0025] 图3是在电极涂层的测试时间段期间的电池电压相对天数的曲线图。

[0026] 详述

[0027] 电极是电流进入或离开电解池或其它介质的固体电导体。电极可以被用于需要电导体的任何电化学工艺。例如，电极可以被用于电镀锌、电镀、电镀锡(electro-tinning)、电铸、电解提取(例如金属例如铜、镍和锌的电解提取)以及其它电化学工艺。电极可以被用于任何卤素形成工艺(halogen-evolving process)，例如次氯酸盐、氯酸盐和氯碱(chlor alkali)产生，或用于氯有机合成。电极还可以被用于电解氯化系统和工艺。电解氯化系统和工艺可以通过电解盐水溶液产生次氯酸钠。例如，可购自Evoqua Water Technologies(Warrendale，PA)的 B系列现场电解氯化系统(on-site electrolytic chlorination system)通过电解盐水溶液根据需要并且现场产生次氯酸钠。

[0028] 电极可以被用于电解池。电解池是电化学电池，其可以被用于克服正自由能(positive free energy)(其指示非自发反应)，并在期望方向上推动化学反应。电解池将电能转化成化学能，或通过化学反应产生化学产物。

[0029] 在电解池中的电极可以被称为阳极或阴极，取决于通过电解池的电流的方向。阳极是电子离开电解池并且在电解池内发生离子的氧化的电极，而阴极是电子进入电解池的电极并且在电解池内发生离子的还原的电极。在这些条件下，通过电解池的电流方向是从阳极到阴极。每个电极可以成为阳极或阴极，取决于工艺和电流通过电解池的方向。

[0030] 电解池及其电极的设计可能取决于一种或更多种因素。一种或更多种因素可以包括例如构造和操作成本；期望的产物；电性质、化学性质和传递性质(transport property)；电极材料、形状和表面性质；系统的pH(例如，电解质pH)和系统的温度(例如，电解质温度)；竞争性不合意的反应以及不合意的副产物。

[0031] 取决于电化学工艺，该工艺的一种或更多种性质，例如在电解池中的电流密度、系统的pH(例如，电解质pH)或系统的温度(例如，电解质温度)中的一种或更多种，可能影响系统和工艺的效力，例如电极的使用寿命。例如，暴露于高电流密度、低pH或高温中的一种或更多种可能降低电极的使用寿命。在某些实施方案中，暴露于高电流密度、低pH或高温中的一种或更多种可能引起电极的钝化。

[0032] 钝化是由不溶解的膜的形成引起的溶解反应的抑制。溶解反应是溶剂的原始状态变成溶质的过程。阳极和/或阴极钝化可能导致损失的生产能力、增加的功率成本(power cost)以及降低的阳极和/或阴极品质中的一种或更多种。当钛被用作基底时，阳极钝化是在涂层和基底中的绝缘二氧化钛层的生长，这增加在阳极中的电势，并引起阳极的失活。在某些实施方案中，暴露于高电流密度、低pH或高温中的一种或更多种可能引起电极的损耗(wear of the electrode)。电极的损耗或“电极损耗(electrode wear)”是材料从电极中的去除。在某些实施方案中，暴露于高电流密度、低pH或高温中的一种或更多种可能引起电极的钝化和损耗两者。

[0033] 如上文所述的，电解池可以包含电解质。电解质是当溶解在极性溶剂例如水中时产生导电溶液的物质。溶液是电中性的。溶解的电解质分成均匀分散遍及溶质的阳离子和阴离子。当向电解质溶液应用电势或电压时，阳离子被吸引到具有许多电子的电极，而阴离子被吸引到具有电子缺乏的电极。阴离子和阳离子在溶液中相反方向的运动相当于电流。电解质可以被称为强的或弱的，取决于溶质的离解。如果高比例，例如大于50％的溶质离解形成自由离子，那么电解质是强的。如果高比例，例如小于50％的溶质不离解，那么电解质是弱的。在某些实施方案中，电解质可以是被HCl 酸化的NaCl。在其它实施方案中，电解质可以是铂盐。

[0034] 在某些实施方案中，电极可以被暴露于具有低pH的电解质。具有低pH的电解质可以指的是具有酸性pH，例如小于7的pH的电解质。例如，电解质可以是强酸电解质。在某些方面中，强酸电解质可以是硫酸。

[0035] 在某些实施方案中，低pH可以指的是具有低于约3的pH的电解质。在某些实施方案中，低pH可以指的是具有低于约2的pH的电解质。在某些实施方案中，低pH可以指的是具有低于约1的pH的电解质。在某些实施方案中，低pH可以指的是低于约0.8的pH。在某些实施方案中，低pH可以指的是低于约0.6的pH。在某些实施方案中，低pH可以指的是低于约0.4的pH。在某些实施方案中，低pH可以指的是低于约0.2的pH。

[0036] 在某些实施例中，电极可以被暴露于具有高温的电解质。高温可以是电极的电池电压不合意地降低所处的温度。高温可以是高于约50℃的温度。在某些实施方案中，高温是高于约55℃。在某些实施方案中，高温是高于约60℃。在某些实施方案中，高温是高于约65℃。在某些实施方案中，高温是高于约70℃。

[0037] 在某些实施方案中，电极可以被暴露于高电流密度。电流密度是电流的密度的量度。它被定义为其量值是每横截面积的电流的矢量，并且可以以例如安培每平方米(A/m2)来测量。高电流密度可能具有不合意的后果。例如，高电流密度可能对涂层、电极、电解池和电化学装置中的一种或更多种具有不合意的后果。电极具有有限的正电阻，这引起它们使功率以热的形式耗散。电流密度必须被保持足够低以保护电极免受钝化或损耗。

[0038] 在某些实施方案中，高电流密度是引起电极的钝化和损耗中的至少一种的电流密度。在某些实施方案中，高电流密度可以是高于约0.5kA/m2。例如，高电流密度可以是高于约1.0kA/m2。高电流密度可以是高于约1.5kA/m2。在某些实施方案中，高电流密度可以是高于约2.0kA/m2。例如，高电流密度可以是高于约2.5kA/m2。在某些实施方案中，高电流密度可以是高于约3.0kA/m2。例如，高电流密度可以是高于约3.5kA/m2。在某些实施方案中，高电流密度可以是高于约4.0kA/m2。例如，高电流密度可以是高于约4.5kA/m2。在某些实施方案中，高电流密度可以是约5.0kA/m2。在某些实施方案中，高电流密度可以是多达约15kA/m2。

[0039] 电极可以涂覆有两层涂层，两层涂层的组合在特定的电化学应用中限制钝化和损耗。涂层可以指的是一次应用或多于一次应用的涂层。通过使用具有两个涂层的电极，可能产生协同效应。与具有第一涂层的电极的性能和具有第二涂层的电极的性能的总和相比，协同效应可以提供电极的最优的(例如，增加的)性能。例如，该应用可以具有以下特征中的一种或更多种：低pH、高电解质温度和高电流密度。第一涂层可以包含氧化铱和氧化锡的混合物，并且第二层可以包含氧化铱和氧化钽的混合物。组合的第一涂层和第二涂层呈现高的催化活性、稳定性、较长的寿命、较好的性能、在操作中由于较不频繁更换电极而较少的停机时间，和成本效益。在某些实施方案中，用于第一涂层和第二涂层应用的溶液中的至少一种还可以包含溶剂。在某些实施方案中，用于第一涂层的溶液还可以包含醇。例如，用于第一涂层的溶液还可以包含2-丙醇。在某些实施方案中，用于第二涂层的溶液还可以包含酸。例如，用于第二涂层的溶液还可以包含盐酸。

[0040] 可以将第一涂层直接应用于电极基底，并且可以将第二涂层直接应用于第一涂层。第一涂层和第二涂层可以减少电极的钝化和损耗中的至少一种。在某些实施方案中，第一涂层可以减少电极的钝化。在某些实施方案中，第二涂层可以减少电极的损耗。

[0041] 如本文所使用的，“单涂层电极”指的是在其表面的至少一个上被涂覆有包含混合物的单涂层的电极。单涂层可以是减少电极的钝化和损耗中的至少一种的混合物。

[0042] 在某些实施方案中，单涂层可以是包含氧化铱和氧化锡的混合物。在某些实施方案中，单涂层可以是基本上由氧化铱和氧化锡钽组成的混合物。在某些实施方案中，单涂层可以是由氧化铱和氧化锡组成的混合物。在某些实施方案中，单涂层可以是包含氧化铱和氧化钽的混合物。在某些实施方案中，单涂层可以是基本上由氧化铱和氧化钽组成的混合物。在某些实施方案中，单涂层可以是由氧化铱和氧化钽组成的混合物。作为涂层提供的混合物可以是呈固溶体(solid solution)，例如固态溶液(solid-state solution)。在此固溶体中，混合物可以是呈单一的匀相。

[0043] 如本文所使用的，“双涂层电极”指的是下述的电极：所述电极在其表面的至少一个上被涂覆有包含混合物的第一涂层(first coating)以提供第一涂层(first coating layer)和至少部分地涂覆第一涂层的第二涂层以提供第二涂层。可以进行第一涂层的多于一次应用以实现期望的涂层负载。可以进行第二涂层的多于一次应用以实现期望的涂层负载。两个涂层中的至少一个可以是减少电极的钝化和损耗中的至少一种的混合物。在某些实施方案中，第一涂层可以减少电极的钝化。在某些实施方案中，第二涂层可以减少电极的损耗。在某些实施方案中，电极基底表面可以至少部分地覆盖有包含混合物的第一涂层。第一涂层可以是包含氧化铱和氧化锡的混合物。在某些实施方案中，第一涂层可以是基本上由氧化铱和氧化锡组成的混合物。在某些实施方案中，第一涂层可以是由氧化铱和氧化锡组成的混合物。第一涂层可以至少部分地被包含混合物的第二涂层覆盖。在某些实施方案中，第二涂层可以是包含氧化铱和氧化钽的混合物。在某些实施方案中，第二涂层可以是基本上由氧化铱和氧化钽组成的混合物。在某些实施方案中，第二涂层可以是由氧化铱和氧化钽组成的混合物。

[0044] 在某些实施方案中，双涂层电极可以包括导电基底；第一涂层，其覆盖导电基底的表面的至少一部分，包含氧化铱和氧化锡的混合物；以及第二涂层，其覆盖第一涂层的至少一部分，包含氧化铱和氧化钽的混合物。在某些实施方案中，双涂层电极可以基本上由以下组成：导电基底；第一涂层，其覆盖导电基底的表面的至少一部分，包含氧化铱和氧化锡的混合物；以及第二涂层，其覆盖第一涂层的至少一部分，包含氧化铱和氧化钽的混合物。在某些实施方案中，双涂层电极可以由以下组成：导电基底；第一涂层，其覆盖导电基底的表面的至少一部分，包含氧化铱和氧化锡的混合物；以及第二涂层，其覆盖第一涂层的至少一部分，包含氧化铱和氧化钽的混合物。

[0045] 电极基底可以是具有导电性的任何基底。电极基底可以是具有足以用作涂层的支撑体的机械强度的任何基底。电极基底可以是当暴露于电解池的内部环境时具有耐腐蚀性的任何基底。电极基底可以是金属。在某些实施方案中，电极基底可以是阀金属或其合金。阀金属是周期表第IV族和第V族中的任何过渡金属，包括钛、钒、锆、铌、铪和钽。在某些实施方案中，合适的阀金属包括钛、锆、铌和钽。在某些实施方案中，电极基底优选地包括钛。由于钛的可用性、化学性质和低成本，钛可以是优选的。

[0046] 第一涂层可以包含氧化铱(IrO2)和氧化锡(SnO2)的混合物。在某些实施方案中，第一涂层可以基本上由IrO2和(SnO2)的混合物组成。在某些实施方案中，第一涂层可以由IrO2和SnO2的混合物组成。在涂层中的氧化铱可以是以使得实现期望的性质的任何重量浓度，所述期望的性质例如电极的钝化或损耗的减少，或涂层的寿命的增加。氧化铱的重量浓度是相比于第一涂层在被干燥后(例如，在溶剂已经蒸发之后)的重量的氧化铱的重量。在某些实施方案中，氧化铱的重量浓度在30wt.％至85wt.％的范围内。在某些方面中，氧化铱的重量浓度在45wt.％至65wt.％的范围内。

[0047] 第二涂层可以包含氧化铱和氧化钽(Ta2O5)的混合物。在某些实施方案中，第二涂层可以基本上由IrO2和Ta2O5的混合物组成。在某些实施方案中，第二涂层可以由氧化铱IrO2和Ta2O5组成。氧化铱可以是以使得实现期望的性质的任何重量浓度，所述期望的性质例如电极的钝化或损耗的减少。氧化铱的重量浓度是相比于第二涂层在被干燥后的重量的氧化铱的重量。在某些实施方案中，氧化铱的重量浓度在40wt.％至75wt.％的范围内。在某些方面中，氧化铱的重量浓度是约65wt.％。

[0048] 电极基底可以根据可以提供材料到期望的表面的均匀或大体上均匀的分散的任何应用工艺，被应用有例如被涂覆有第一涂层和第二涂层。例如，第一涂层和第二涂层可以通过刷涂(brushing)、轧制(rolling)、浸渍、喷涂或通过原子或分子层沉积或类似方法被应用于电极基底。电极基底可以根据热分解方法被涂覆有第一涂层混合物和第二涂层混合物。

[0049] 可以首先制备电极基底用于涂层的应用。例如，电极基底可以被处理或清洗以便接受涂层，或以便提供可以易于涂层的粘附的表面。电极基底的清洗可以通过化学脱脂、电解脱脂或用氧化酸处理来进行。电极基底可以通过适于去除或最小化污染物并展现高的表面粗糙度的任何方法来制备，这可能妨碍涂层适当粘附到基底的表面并降低涂覆的金属表面的有效电流密度，从而还降低电极操作电势。较长寿命的阳极转化成较少的停机时间和电池维护，从而降低操作成本。例如，电极基底可以通过清洗、喷沙(sandblasting)、蚀刻和/或预氧化工艺(pre-oxidation process)来制备。制备电极基底的其它方法可以包括等离子体喷涂、用陶瓷氧化物颗粒熔喷(melt spraying)、将金属层熔喷到电极基底上、用角砾石(sharp grit)的喷砂(grit blasting)、和退火。电极基底的清洗之后可以机械粗糙化(mechanical roughening)以制备用于涂覆的表面。在某些实施方案中，当清洗通过喷沙进行时，其可以后面是蚀刻处理。在某些实施方案中，机械粗糙化工艺可以是金属粉末的细颗粒混合物的火焰喷涂应用。

[0050] 在某些实施方案中，多孔氧化物层可以被应用于电极基底以将涂层锚定到基底。例如，在应用电化学活性物质之前，电极基底可以被火焰喷涂或等离子体喷涂到电极基底上。在某些实施方案中，热喷涂材料可以由已经预应用(pre-apply)电催化活性颗粒的金属氧化物或金属氮化物组成。

[0051] 第一涂层和第二涂层可以通过热分解法的方式以适于向产生的电极提供期望的性质或效果的摩尔比来应用。例如，期望的效果或性质可以是通过减少损耗和避免钝化中的一种或两种的方式的延长的使用寿命。在某些实施方案中，在第一层中的氧化铱与在第二层中的氧化铱的摩尔比可以在约1:5至约5:1之间。在某些实施方案中，在第一层中的氧化铱与在第二层中的氧化铱的摩尔比可以在约1:2至约2:1之间。例如，在第一层中的氧化铱与在第二层中的氧化铱的摩尔比可以是约1:1。

[0052] 在应用第一涂层之后且在应用第二涂层之前，第一涂层可以被干燥。第一涂层可以被风干，并且随后在第一炉中在升高的温度和足以干燥第一涂层的时间下干燥。炉可以包含氧气源。例如，氧气源可以是空气。第一涂层可以在第一炉中在第一温度下被干燥并持续第一持续时间，并且随后在第一炉或第二炉中在第二温度下被干燥并持续第二持续时间。第一温度和第二温度中的一个或两个可以是升高的温度。升高的温度可以是大于环境温度的温度。环境温度可以是室内的温度，或围绕正在讨论的物体周围的温度。正常环境温度可以在从约20℃至约25℃的范围内；因此，在某些实施方案中，升高的温度是至少大于20℃。在某些实施方案中，第一涂层可以在第一炉中从约80℃至约120℃之间被干燥。例如，第一涂层可以在第一炉中在约90℃下被干燥。在某些实施方案中，第一涂层可以在第一炉中被干燥持续约5分钟至约3小时。例如，第一涂层可以在第一炉中被干燥持续约5分钟至60分钟。在某些实施方案中，第一涂层可以在第一炉中被干燥持续约10分钟。

[0053] 然后第一涂层可以在第二炉中被干燥。第二炉可以包含氧气源。例如，氧气源可以是空气。在某些实施方案中，第一涂层可以在第二炉中从约250℃至约750℃之间被干燥。例如，第一涂层可以在第二炉中在约500℃下被干燥。在某些实施方案中，第一涂层可以在第一炉中被干燥持续约5分钟至约3小时。例如，第一涂层可以在第二炉中被干燥持续约1小时。第一涂层的多于一次应用可以被应用以实现期望的涂层负载。

[0054] 第二涂层可以在第一炉中在第一温度下被干燥并持续第一持续时间，并且随后在第一炉或第二炉中在第二温度下被干燥并持续第二持续时间。第一温度和第二温度中的一个或两个可以是升高的温度。在某些实施方案中，第二涂层可以在第一炉中从约80℃至约120℃之间被干燥。例如，第二涂层可以在第一炉中在约90℃下被干燥。在某些实施方案中，第二涂层可以在第一炉中被干燥持续约5分钟至约3小时。例如，第二涂层可以在第一炉中被干燥持续约5分钟至约60分钟。在某些实施方案中，第二涂层可以在第一炉中被干燥持续约10分钟。

[0055] 然后第二涂层可以在第二炉中被干燥。第二炉可以包含氧气源。例如，氧气源可以是空气。在某些实施方案中，第二涂层可以在第二炉中从约250℃至约750℃之间被干燥。例如，第二涂层可以在第二炉中在约500℃下被干燥。在某些实施方案中，第二涂层可以在第一炉中被干燥持续约5分钟至约3小时。例如，第二涂层可以在第二炉中被干燥持续约1小时。第二涂层的多于一次应用可以被应用以实现期望的涂层负载。

[0056] 在某些实施方案中，涂层可以具有从约0.2g/m2至约3.5g/m2的厚度。涂层的厚度可以独立于电极的尺寸。

[0057] 电极可以被安装在电解池中。在实施方案中，电解池还具有用于向电解池的电极供应电流的电源。在某些实施方案中，电流源可以是直流电源。在电流方向上，一个电极通常充当阳极，而其对应物通常充当阴极。

[0058] 电解池可以是系统的一部分。例如，电解槽可以被用于废水处理系统。在某些实施方案中，电解池可被用于市政废水处理系统或工业废水处理系统。在某些实施方案中，电解池可被用于化学处理系统。在某些实施方案中，电解池可被用于工业工艺水系统(industrial process water system)。例如，电解池可以被用于电解氯生成系统。该系统可以包括盐水源。例如，该系统可以包括压载水(ballast water)源。在某些实施方案中，该系统还可以包括水出口。例如，该系统可以包括饮用水出口。在某些实施方案中，该系统还可以包括流体地连接至出水口的储水单元(water storage unit)。在某些实施方案中，该系统还可以包括污染物出口。例如，该系统可以包括氯溶液出口。在某些实施方案中，包括氯溶液出口的系统可以包括次氯酸钠溶液出口。在某些实施方案中，该系统可以包括流体地连接至污染物出口的污染物储存单元。

[0059] 参考图1A和1B，提供双涂层电极。电极100包括基底101。基底101可以是具有导电性质的任何基底。基底101可以是金属。在某些实施方案中，基底101可以是阀金属。例如，基底101可以包括钛、钒、锆、铌、铪或钽。在某些实施方案中，基底101优选地包括钛。基底101可以被制备用于涂层的应用。例如，基底101可以被处理或清洗以便接受涂层，或以便提供可以对涂层的粘附是敏感的表面。基底101的清洗可以通过化学脱脂、电解脱脂或用氧化酸处理来进行。基底101可以通过适于去除或最小化污染物并显露高的表面粗糙度的任何方法来制备，这可能妨碍涂层适当地粘附到基底101的表面并降低涂覆的金属表面的有效电流密度，从而还降低电极操作电势。例如，基底101可以通过清洗、喷沙、蚀刻和/或预氧化工艺来制备。制备基底101的其它方法可以包括等离子体喷涂、用陶瓷氧化物颗粒熔喷、将阀金属层熔喷到电极基底上、用角砾石喷砂、和退火。基底101的清洗之后可以机械粗糙化以制备用于涂覆的表面。在某些实施方案中，当清洗通过喷沙进行时，其可以后面是蚀刻处理。在某些实施方案中，机械粗糙化工艺可以是金属粉末的细颗粒混合物的火焰喷涂应用。

[0060] 基底101可以涂覆有第一涂层102。第一涂层102可以覆盖基底101的表面的至少一部分。第一涂层102可以包含氧化铱(IrO2)和氧化锡(SnO2)的混合物。第一涂层102可以包含使得实现期望的性质的任何重量浓度的IrO2，所述期望的性质例如电极的钝化或损耗的减少中的至少一种。在某些实施方案中，在第一涂层102中的IrO2的重量浓度在30wt.％至85wt.％的范围内。在某些方面中，在第一涂层102中的IrO2的重量浓度在45wt.％至
65wt.％的范围内。第一涂层102可以通过任何已知的应用工艺被应用于基底101的表面。例如，第一涂层102可以通过刷涂、轧制或喷涂被应用于基底101的表面。第一涂层102可以根据热分解方法被应用于基底101的表面。

[0061] 第一涂层102可以涂覆有第二涂层103。第二涂层103可以覆盖第一涂层102的至少一部分。第二涂层103可以包含氧化铱(IrO2)和氧化钽(Ta2O5)的混合物。第二涂层103可以包含使得实现期望的性质的任何重量浓度的IrO2，所述期望的性质例如电极的钝化或损耗的减少。在某些实施方案中，在第二涂层103中的IrO2的重量浓度在40wt.％至75wt.％的范围内。在某些方面中，在第二涂层103中的IrO2的重量浓度是约65wt.％。第二涂层103可以通过刷涂、轧制或喷涂被应用于第一涂层102。第二涂层103可以根据热分解方法被应用于第一涂层102。第一涂层和第二涂层可以以在约1:5至约5:1之间的摩尔比被应用。例如，第一涂层和第二涂层可以以在约1:2至约2:1之间的摩尔比被应用。

[0062] 现在参考图2，提供电化学系统。系统200可以包括电解池210。电解池210可以包括如上文所述描的至少一个电极100。电极100可以是阳极和阴极中的至少一种。在某些实施方案中，电极100是阳极。系统200还可以包括可操作地连接至电解池210的电源230。电源230可以向电解池210供应直流电。

[0063] 一个或更多个传感器240可以被定位在电解池210内。传感器240可以被配置成测量系统200的品质。在某些实施方案中，传感器240可以被配置成测量系统的pH(例如，电解质的pH)、系统的温度(例如，电解质的温度)、电解质的电导率和系统的电流中的一种或更多种。传感器240可以与控制器250电连通或以其他方式连通以为控制器提供指示系统的测量的性质的信号。控制器250可以控制系统的一种或更多种性质。例如，控制器250可以控制从电源230进入系统的安培数。

[0064] 从以下非限制性实施例中，这些和其它实施方案的功能和优点将得到更充分的理解。实施例本质上意图是例证性的，并且不应当被视为限制本文所讨论的实施方案的范围。实施例

[0065] 实施例1：

[0066] 制备第一单涂层电极。电极通过用包含IrO2和SnO2的涂层涂覆商业钛2级的基底的表面来制备。将钛基底在可商购的碱浴中在60℃的温度下清洗持续20分钟，并且然后用去离子水冲洗。在风干持续约5分钟至约60分钟之后，将基底用氧化铝喷沙，在85℃下在10％草酸中蚀刻持续约四小时，并在550℃下预氧化持续两小时。

[0067] 铱和锡的盐的混合物通过将4.57g的六氯铱酸水合物(H2IrCl6x4H2O)、3.58g的氯化锡(SnCl4x 5H2O)溶解在54.8ml水中并且添加8.7ml的2-丙醇来制备。将此混合物应用于清洗过的基底，以实现在干燥的基础上每涂层的1.5g/m2的负载。允许湿式涂覆的基底(wet coated substrate)风干持续约20分钟，之后放入炉中，在其中将基底在90℃的温度下加热持续10分钟并且在460℃的温度下加热持续15分钟。将混合物如上文所描述地再应用、风干、并加热若干次，以获得至少5g/m2的总涂层负载。获得了具有包含IrO2和SnO2的第一单涂层的电极。

[0068] 实施例2：

[0069] 制备第二单层涂层电极。电极通过用包含IrO2和Ta2O5的涂层涂覆商业钛2级的基底的表面来制备。将钛基底在可商购的碱浴中在60℃的温度下清洗持续20分钟，并且然后用去离子水冲洗。在风干持续约5分钟至约60分钟之后，将基底用氧化铝喷沙，在85℃下在10％草酸中蚀刻持续约四小时，并在550℃下预氧化持续两小时。

[0070] 铱和钽的盐的混合物通过将6.47g的六氯铱酸水合物(H2IrCl6×4H2O)、2.86g的氯化钽(TaCl5)溶解在61.9ml丁醇中并且添加3.5ml的浓盐酸来制备。将此混合物应用于清洗过的基底，以实现在干燥的基础上每涂层的0.5g/m2-4.0g/m2的负载。允许湿式涂覆的基底风干持续约15分钟，之后放入炉中，在其中将基底在515℃的温度下加热持续20分钟。将混合物如上文所描述地再应用、风干、并加热若干次，以获得至少5g/m2的总涂层负载。获得了具有包含IrO2和Ta2O5的第二单涂层的电极。

[0071] 实施例3：

[0072] 根据实施例1和2制备的第一单涂层电极和第二单涂层电极在具有1的pH、包含180g/l硫酸钠的电化学电池中，在加速阳极老化测试(accelerated anode aging test)中
2
在20kA/m的电流密度下，在60℃的温度下作为阳极被评估。电解质以1.5gph(5.67lph)循环通过电池。每一小时记录电池电压。

[0073] 第一单涂层电极和第二单涂层电极在加速老化测试中呈现不同的行为。氧化铱-氧化锡涂覆的电极和氧化铱-氧化钽涂覆的阳极的失效机制不同。在寿命结束时，在氧化铱-氧化钽涂覆的电极中，电池电压急剧上升，而在氧化铱-氧化锡涂覆的电极中，电池电压逐渐增加，如在图3中所示出的。

[0074] 然后，在阳极寿命结束时，测量涂层损失(coating loss)。涂层损失作为在初始涂层负载和在加速老化测试中阳极失效之后的涂层负载之差被测量。用X射线荧光(XRF)合金分析仪测量涂层负载。如可以在表1中看出，在电极失效时的涂层损失对于氧化铱-氧化锡涂层是约44％，而对于氧化铱-氧化钽涂层是约16％。在氧化铱-氧化锡涂层中的涂层损失量大于在氧化铱-氧化钽涂层中的约3倍。

[0075] 急剧的电压增大和低的机械损耗率指示氧化铱-氧化钽涂覆的阳极的失效机制是通过钝化。关于氧化铱-氧化锡涂覆的阳极的电压逐渐增大和很大的涂层损失(约44％)指示该阳极是由于机械损耗和钝化而失效。基于这些结果，可以得出结论，氧化铱-氧化锡涂层对钝化是更有抗性的，并且当应用在基底上时可以被用作保护层。具有较低机械损耗率的氧化铱-氧化钽层将用作通过氧化铱-氧化锡层被保护免受钝化的第二层。

[0076]涂层涂层损失(％)
氧化铱-氧化锡 44
氧化铱-氧化钽 16

[0077] 表1.涂层损失。

[0078] 实施例4：

[0079] 具有钛基底的单涂层电极被制备，并涂覆有氧化铱-氧化锡涂层的层、氧化铱-氧化钽涂层的层或两者。氧化铱在氧化铱-氧化锡涂层中的重量浓度是58％，而氧化铱在氧化铱-氧化钽涂层中的重量浓度是63％。涂层通过热分解工艺从对应的金属盐前体的溶液来应用，如实施例1和2中所描述的。

[0080] 制备包括两个涂层的双涂层电极。在第一层中的氧化铱与在第二层中的氧化铱的2
摩尔比是1:2、1:1和2:1。电极全部具有包含33g/m的Ir的涂层。使电极经历在具有1的pH、包含180g/l的硫酸钠的电化学电池中，在60℃的温度下，在20kA/m2的电流密度下的加速老化测试。电解质以1.5gph((5.67lph)循环通过电池。

[0081] 测试单涂层电极的归一化寿命。氧化铱-氧化钽单涂层电极具有343kA*hr/g Ir的归一化寿命(即，原始涂层的寿命)，而氧化铱-氧化锡单涂层电极具有454kA*hr/g Ir的归一化寿命，如在表2中所示出的。电极的寿命通过监测电池的电阻来确定。被应用于电极的电流可以是恒定的，并且电压的上升可能指示电极的失效。在某些实施方案中，因为电压增加，电压的上升可能是突然的。

[0082] 还测试了双涂层电极的归一化寿命。以1:2的在第一涂层中的氧化铱与在第二涂*层中的氧化铱的摩尔比的双涂层电极具有610kAhr/g Ir的归一化寿命，这相对于氧化铱-氧化钽的单涂层增加了77％，并且相对于氧化铱-氧化锡的单涂层增加了34％。

[0083] 增加值通过以下等式来计算：((x-y)/y)*100，其中x是双涂层电极的归一化寿命，并且y是单层电极归一化寿命。以1:1的在第一层中的氧化铱与在第二层中的氧化铱的摩尔*比的双涂层电极具有955kAhr/g Ir的归一化寿命，这相对于氧化铱-氧化钽的单涂层增加了178％，并且相对于氧化铱-氧化锡涂层的单涂层增加了110％。以2:1的氧化铱-氧化锡:
氧化铱-氧化钽摩尔比的双涂层电极具有664kA*hr/g Ir的归一化寿命，这相对于氧化铱-氧化钽的单涂层增加了93％，并且相对于氧化铱-氧化锡的单涂层增加了46％。

[0084] 结果指示，具有1:2、1:1和2:1的在第一涂层中的氧化铱与在第二涂层中的氧化铱的摩尔比的双涂层电极比具有氧化铱-氧化锡和氧化铱-氧化钽的单涂层的电极具有更高的归一化寿命。相对于氧化铱-氧化锡和氧化铱-氧化钽两者的单涂层，具有1:1的在第一涂层中的氧化铱与在第二涂层中的氧化铱的摩尔比的电极示出归一化寿命的最大的增加。双涂层电极可以呈现较长的寿命、较好的性能、用于更换电极的较少的停机时间以及较低的成本。通过使用具有两个涂层的电极，产生协同效应。相信，与具有第一涂层的电极的性能和具有第二涂层的电极的性能的总和相比，协同效应可以提供电极的最优的(例如，增加的)性能。在某些实施方案中，多于两个涂层可以被应用于电极基底。

[0085]

[0086] 表2.寿命比较

[0087] 现在已经描述了本公开内容的某些例证性实施方案，对于本领域技术人员应当明显的是，已经通过仅实施例的方式呈现的前述仅仅是例证性的而不是限制性的。许多修改和其他实施方案在本领域普通技术人员的范围内，并且被预期落入本公开内容的范围内。特别地，虽然本文中呈现的实施例中的许多包括方法动作或系统元件的特定的组合，但是应当理解，那些动作和那些元件可以以其他方式组合以实现相同的目的。

[0088] 本领域的技术人员应当理解，本文所描述的参数和构造是示例性的，并且实际的参数和/或构造将取决于使用本发明的系统和技术的具体应用。本领域的技术人员还应当认识到或能够仅仅使用常规实验确定本公开内容的具体实施方案的等效物。因此，应当理解，本文所描述的实施方案通过仅实施例的方式被呈现并且在随附的权利要求及其等效物的范围内，本发明可以除如具体描述的之外进行实践。

[0089] 此外，还应当理解，本公开内容涉及本文所描述的每种特征、系统、子系统或技术，并且本文所描述的两种或更多种特征、系统、子系统或技术的任何组合(如果此类特征、系统、子系统和技术不是相互不一致的)被认为在如权利要求中体现的公开内容的范围内。另外，仅结合一个实施方案讨论的动作、元件和特征并不意图排除在其它实施方案中的类似作用。

[0090] 如本文使用的，术语“多个(plurality)”指的是两个或更多个项目或部件。术语“包括(comprising)”、“包括(including)”、“具有(carrying)”、“具有(having)”、“包含(containing)”和“包含(involving)”无论在书面描述还是权利要求及类似物中，是开放式术语，即意指“包括但不限于”。因此，这样的术语的使用意指包括在其后列出的项目和其等效物，以及另外的项目。仅过渡措辞“由......组成”和“基本上由......组成”是分别相对于权利要求的封闭的或半封闭的过渡措辞。在权利要求中使用序数术语例如“第一”、“第二”、“第三”及类似物来修饰权利要求要素，本身并不暗示一个权利要求要素相对于另一个的任何优先、优越或顺序或方法的动作所进行的时间顺序，而是仅用作为标记以区分具有某个名称的一个权利要求要素与具有相同名称(除了使用序数术语)的另一个要素以区分权利要求要素。

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