Τα ηλεκτρόδια αναφέρονται κυρίως στα θετικά και αρνητικά ηλεκτρόδια στο πρωτεύον σύστημα μπαταρίας και στα υλικά καθόδου και ανόδου στο σύστημα ηλεκτρολυτικών στοιχείων. Διακρίνεται ανάλογα με την κατεύθυνση ροής του ρεύματος: το ένα άκρο του ρεύματος εισόδου ονομάζεται άνοδος και το άκρο του ρεύματος εξόδου ονομάζεται κάθοδος.
Εάν διακρίνεται από τον τύπο της αντίδρασης στην άνοδο: η άνοδος όπου συμβαίνει η αντίδραση οξείδωσης και η κάθοδος όπου λαμβάνει χώρα η αντίδραση αναγωγής. Ως βασικό συστατικό στο σύστημα ηλεκτροχημικής αντίδρασης, το υλικό ανόδου έχει σημαντικό αντίκτυπο στον ρυθμό αντίδρασης, τον μηχανισμό αντίδρασης και την κατανάλωση ενέργειας κατά τη διάρκεια της διαδικασίας αντίδρασης. Ως εκ τούτου, στο πλαίσιο της έλλειψης ενέργειας και της δύσκολης επεξεργασίας των λυμάτων, η ανάπτυξη νέων υλικών ανόδου υψηλής απόδοσης έχει σημαντική θεωρητική σημασία και οικονομική αξία για τη βιομηχανική παραγωγή.
Στο σύστημα ηλεκτροχημικής αντίδρασης, η αντίδραση αναγωγής συμβαίνει κυρίως στην κάθοδο, επομένως οι απαιτήσεις για τα υλικά καθόδου δεν είναι πολύ αυστηρές. Το υλικό της ανόδου υφίσταται κυρίως μια αντίδραση οξείδωσης κατά τη διάρκεια της διαδικασίας αντίδρασης, με αποτέλεσμα το υλικό της ανόδου να χάνεται εύκολα και να αντικαθίσταται πιο συχνά από το υλικό της καθόδου. Τα υλικά ανόδου με εξαιρετική απόδοση πρέπει να πληρούν απαιτήσεις όπως καλή ηλεκτρική αγωγιμότητα, υψηλή καταλυτική δραστηριότητα, καλή σταθερότητα και ορισμένη μηχανική αντοχή. Ο τρόπος ανάπτυξης υλικών ανόδου με τα παραπάνω χαρακτηριστικά έχει γίνει ένα καυτό θέμα έρευνας από εγχώριους και ξένους μελετητές.
Η συνεχής ανάπτυξη της βιομηχανίας ηλεκτρόλυσης έχει προωθήσει την πρόοδο και την ανάπτυξη των υλικών ανόδου. Ο EG Acheson παρήγαγε με επιτυχία τεχνητό γραφίτη χρησιμοποιώντας τη μέθοδο ηλεκτροθερμικής κρυστάλλωσης το 1896 και πραγματοποίησε βιομηχανική παραγωγή στη βιομηχανία ηλεκτρολυτικού αλατιού.
Ως υλικό ανόδου, η άνοδος γραφίτη έχει βρεθεί ότι έχει τα ακόλουθα μειονεκτήματα κατά τη μακροχρόνια βιομηχανική εφαρμογή της: όταν ο ηλεκτρολύτης είναι όξινος, η διαδικασία ηλεκτροκαταλυτικής αποδόμησης συνοδεύεται από αντίδραση έκλυσης οξυγόνου και το υλικό άνθρακα οξειδώνεται εύκολα, με αποτέλεσμα σε γραφίτη Το υλικό της ανόδου διαστέλλεται, παραμορφώνεται, πέφτει και σκουριάζει. Ένα άλλο μειονέκτημα είναι ότι το υλικό άνθρακα έχει κακή αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες και κακή μηχανική αντοχή και μπορεί να σπάσει κατά την επεξεργασία και τη μεταφορά. Ως εκ τούτου, οι άνθρωποι αναζητούν μεταλλικές ανόδους για να αντικαταστήσουν τις ανόδους γραφίτη για να καλύψουν τις ανάγκες της βιομηχανικής ανάπτυξης. Το μεγαλύτερο πρόβλημα με τις μεταλλικές ανόδους είναι η παθητικοποίηση της ανόδου. Οι μεμβράνες παθητικοποίησης σχηματίζονται εύκολα στην επιφάνεια, με αποτέλεσμα η καταλυτική δραστηριότητα των μεταλλικών ανοδίων να μειώνεται ή ακόμη και να χάνει τη δραστηριότητα, όπως οι ανόδους σιδήρου και οι ανόδους χαλκού. Οι άνοδοι πλατίνας έχουν υψηλή ηλεκτροκαταλυτική δραστηριότητα και υψηλή απόδοση ρεύματος, αλλά το μέταλλο πλατίνας είναι ακριβό, γεγονός που περιορίζει το πεδίο εφαρμογής του. Το 1948, έγινε μια σημαντική ανακάλυψη στην παρασκευή μετάλλου τιτανίου και επιτεύχθηκε βιομηχανική παραγωγή. Αυτό αποδόθηκε κυρίως στην εφεύρεση του Dr. W. Claure των Ηνωμένων Πολιτειών με τη μέθοδο θερμικής αναγωγής μαγνησίου και την επιτυχημένη παρασκευή σπόγγου τιτανίου. Είναι δυνατό να χρησιμοποιηθεί τιτάνιο ως υλικό βάσης ανόδου για την παρασκευή νέων ανοδίων. Το 1959, οι ερευνητές πρότειναν μια νέα ιδέα: χρησιμοποιώντας μέταλλο τιτανίου ως υλικό βάσης και οξείδιο μετάλλου ως ενεργό στρώμα για την ανάπτυξη μιας νέας μεταλλικής ανόδου. Το 1968, η ιταλική εταιρεία DeNora πρωτοστάτησε στην εκβιομηχάνιση των ανοδίων με επικάλυψη ρουθηνίου-τιτανίου της H.Beer και η ανάπτυξη των ανοδίων τιτανίου εισήλθε σε ένα νέο κεφάλαιο.
1. Μέθοδος παρασκευής ανόδου τιτανίου
(1) Μέθοδος θερμικής αποσύνθεσης
Η μέθοδος θερμικής αποσύνθεσης είναι η ομοιόμορφη εφαρμογή του οργανικού διαλύματος ή του υδατικού διαλύματος οξειδίου μετάλλου στην επιφάνεια του προεπεξεργασμένου υποστρώματος και στη συνέχεια υποβάλλεται σε ξήρανση σε χαμηλή θερμοκρασία, οξείδωση σε υψηλή θερμοκρασία και άλλες διεργασίες για να ληφθεί το απαιτούμενο φιλμ οξειδίου. Τα πλεονεκτήματα αυτής της μεθόδου είναι ο απλός εξοπλισμός και η διαδικασία, το ελεγχόμενο πάχος επίστρωσης και ο σχηματισμός πολλών ρωγμών στην επιφάνεια της ανόδου, γεγονός που αυξάνει την ειδική επιφάνεια της επικάλυψης και βελτιώνει την καταλυτική δραστηριότητα της ανόδου. Το μειονέκτημα είναι ότι οι βαθιές ρωγμές όπως οι ρωγμές λάσπης σχηματίζονται εύκολα στην επιφάνεια της επικάλυψης και η επίστρωση πέφτει εύκολα.
(2)Μέθοδος sol-gel
Η μέθοδος κολλοειδούς γέλης είναι να παρασκευαστεί ένα διάλυμα με οξείδιο μετάλλου ή σωματίδια υδροξειδίου διαλυμένα σε διάλυμα μεταλλικών οργανικών ενώσεων μέσω υδρόλυσης και πολυμερισμού των ενώσεων, και στη συνέχεια να δημιουργηθεί ένα πήκτωμα με μια ορισμένη χωρική δομή μέσω μιας σειράς φυσικών ή χημικών αντιδράσεων . , το απαιτούμενο νανοφίλμ οξειδίου μετάλλου μπορεί να ληφθεί μέσω ξήρανσης σε χαμηλή θερμοκρασία και πυροσυσσωμάτωσης σε υψηλή θερμοκρασία. Το πλεονέκτημα είναι ότι τα νανοσωματίδια κατακρημνίζονται από την επικάλυψη, οι κόκκοι είναι μικροί και η επικάλυψη είναι πυκνή. Το μειονέκτημα είναι ότι η διαδικασία προετοιμασίας είναι περίπλοκη και χρονοβόρα.
(3)Μέθοδος ηλεκτροαπόθεσης
Η μέθοδος ηλεκτροαπόθεσης είναι η τοποθέτηση του προκατεργασμένου υποστρώματος ως άνοδος σε διάλυμα ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης άλατος μετάλλου και η χρήση ανοξείδωτου χάλυβα ως κάθοδος. Μετά από ηλεκτροαπόθεση για ένα χρονικό διάστημα υπό τη δράση σταθερού ρεύματος, λαμβάνεται ένα φιλμ οξειδίου μετάλλου στην επιφάνεια του υποστρώματος.
Η μέθοδος ηλεκτροαπόθεσης έχει ήπιες συνθήκες προετοιμασίας, ισχυρότερη δύναμη συγκόλλησης μεταξύ του υποστρώματος και της επικάλυψης και είναι πολύ υποσχόμενη για βιομηχανική παραγωγή. Ωστόσο, η διαδικασία προετοιμασίας είναι πολύπλοκη, έχει πολλούς παράγοντες που επηρεάζουν και καταναλώνει μεγάλες ποσότητες ενέργειας.
(4)Μέθοδος επιμετάλλωσης μαγνητρονίων
Η μέθοδος εκτόξευσης μαγνητρονίου είναι σε ατμόσφαιρα αργού, υπό τη δράση ενός ηλεκτρικού πεδίου υψηλής συχνότητας και υψηλής τάσης, η ροή ιόντων αερίου υψηλής ενέργειας που σχηματίζεται βομβαρδίζει την επιφάνεια στόχο και τα άτομα στην επιφάνεια στόχου εκτοξεύονται και εναποτίθενται στην επιφάνεια του υποστρώματος.
Μέθοδος παρασκευής υλικού λεπτής μεμβράνης. Το πλεονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι ότι η προκύπτουσα επίστρωση έχει μεγαλύτερη πυκνότητα, ισχυρότερη δύναμη συγκόλλησης μεταξύ του υποστρώματος και της επικάλυψης και η διάρκεια ζωής της ανόδου βελτιώνεται σημαντικά. Ωστόσο, ο εξοπλισμός που χρησιμοποιείται είναι ακριβός και δύσκολο να εφαρμοστεί σε μεγάλη κλίμακα.
Εκτός από τις παραπάνω τέσσερις κύριες μεθόδους παρασκευής, οι μέθοδοι παρασκευής ανόδων οξειδίου μετάλλου με βάση το τιτάνιο περιλαμβάνουν επίσης CVD, PVD, θερμική αποσύνθεση με ψεκασμό κ.λπ. Η μέθοδος θερμικής αποσύνθεσης είναι η πιο κοινή μέθοδος για την παρασκευή ανοδίων κασσιτέρου-αντιμονίου με βάση το τιτάνιο. Η διαδικασία είναι απλή, ο εξοπλισμός είναι εύκολος στη χρήση και τα εξαρτήματα επίστρωσης είναι ακριβή και ελεγχόμενα. Είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για γενική εργαστηριακή έρευνα.
2. Αρκετές κοινώς χρησιμοποιούμενες ταξινομήσεις ανόδου τιτανίου
Η επιλογή της επικάλυψης στην άνοδο τιτανίου καθορίζει τη διαδικασία ηλεκτροχημικής αντίδρασης, δηλαδή εάν ο τύπος ηλεκτροχημικής αντίδρασης είναι αντίδραση έκλυσης οξυγόνου ή αντίδραση έκλυσης χλωρίου και η αρχή της αποδόμησης είναι άμεση ή έμμεση αποδόμηση. Η δομή και η χημική σύνθεση της επικάλυψης έχουν καθοριστική επίδραση στην ηλεκτροχημική αντίδραση. Επί του παρόντος, η έρευνα σε αρκετές κοινώς χρησιμοποιούμενες ανόδους τιτανίου περιλαμβάνει κυρίως σειρές Ir02/Ti, σειρές Ru02/Ti, σειρές Pb02/Ti, σειρές Sn02/Ti κ.λπ.
Η άνοδος Ir02/Ti είναι μια άνοδος έκλυσης οξυγόνου. Το ενεργό στρώμα της ανόδου τιτανίου με επίστρωση μονάδας lr02 αποκολλάται εύκολα κατά τη χρήση και η άνοδος έχει μικρή διάρκεια ζωής. Συνήθως είναι απαραίτητο να προστεθούν κάποια άλλα στοιχεία για την έρευνα τροποποίησης. Το ιρίδιο είναι ένα στοιχείο πολύτιμου μετάλλου και είναι σχετικά ακριβό.
Η άνοδος Ru02-Ti02/Ti είναι μια άνοδος εξέλιξης χλωρίου. Όπως το ιρίδιο, το ρουθήνιο είναι επίσης ένα στοιχείο πολύτιμου μετάλλου και είναι ακριβό. Επί του παρόντος, τα ανόδια της σειράς Ru02/Ti χρησιμοποιούνται κυρίως στη βιομηχανία χλωρίου-αλκαλίων.
Η άνοδος Pb02/Ti έχει ισχυρή ικανότητα να αποικοδομεί την οργανική ύλη στα λύματα, όπως ορισμένα οργανικά λύματα που είναι δύσκολο να βιοαποικοδομηθούν. Τα τελικά προϊόντα αποικοδόμησης της οργανικής ύλης είναι τα C02 και H20]. Η άνοδος Pb02/Ti χρησιμοποιείται κυρίως σε επιχρωμίωση σε διάλυμα ισχυρού οξέος, ηλεκτρολυτική τήξη ψευδαργύρου και χαλκού, επεξεργασία λυμάτων, διαχωρισμό λαδιού-νερού κ.λπ.
Η άνοδος Sn02/Ti αναφέρεται σε ένα υλικό ανόδου με το οξείδιο του κασσιτέρου ως το δραστικό συστατικό σε μια μήτρα τιτανίου. Είναι μια πολλά υποσχόμενη άνοδος οξειδίου μετάλλου με βάση το τιτάνιο μη ευγενούς μετάλλου. Το SnO2 έχει υψηλή ειδική αντίσταση σε θερμοκρασία δωματίου, επομένως δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί απευθείας ως υλικό ανόδου. Το Doping Sb μπορεί να βελτιώσει αποτελεσματικά τις αγώγιμες ιδιότητες του Sn02. Ένα συνεχές στερεό διάλυμα θα σχηματιστεί μεταξύ οξειδίου Sb και Sn02. Το Sb παίζει ρόλο στην υποστήριξη και τη βελτίωση της σταθερότητας του Sn02. Επομένως, το SnO2 τροποποιημένο με ντόπινγκ Sb μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως επίστρωση ανόδου. Η έρευνα έχει αποδείξει ότι το Sb-ντοπαρισμένο Sn02. Η άνοδος Sb/Ti παρουσιάζει υψηλό δυναμικό εξέλιξης οξυγόνου και ισχυρή ικανότητα παραγωγής ·ΟΗ, επομένως παρουσιάζει καλή ηλεκτροκαταλυτική δραστηριότητα οξείδωσης για την οργανική ύλη και έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως στον τομέα της επεξεργασίας λυμάτων.
3.Σχετικά προϊόντα στο ehisen
