Elektrode se v glavnem nanašajo na pozitivne in negativne elektrode v sistemu primarne baterije ter materiale katode in anode v sistemu elektrolitskih celic. Ločimo jih glede na smer toka toka: en konec vhodnega toka se imenuje anoda, konec izhodnega toka pa katoda.
Če se razlikuje po vrsti reakcije na anodi: anoda, kjer poteka reakcija oksidacije, in katoda, kjer poteka reakcija redukcije. Kot osrednja komponenta v elektrokemijskem reakcijskem sistemu ima anodni material pomemben vpliv na reakcijsko hitrost, reakcijski mehanizem in porabo energije med reakcijskim procesom. Zato ima v kontekstu pomanjkanja energije in težkega čiščenja odpadne vode razvoj novih visoko zmogljivih anodnih materialov pomemben teoretični pomen in ekonomsko vrednost za industrijsko proizvodnjo.
V elektrokemijskem reakcijskem sistemu pride do redukcijske reakcije predvsem na katodi, zato zahteve za katodne materiale niso prestroge. Anodni material je med reakcijskim procesom večinoma podvržen oksidacijski reakciji, zaradi česar se anodni material zlahka izgubi in zamenja pogosteje kot katodni material. Anodni materiali z odlično zmogljivostjo morajo izpolnjevati zahteve, kot so dobra električna prevodnost, visoka katalitična aktivnost, dobra stabilnost in določena mehanska trdnost. Kako razviti anodne materiale z zgoraj navedenimi lastnostmi, je postalo vroča tema raziskav domačih in tujih znanstvenikov.
Nenehen razvoj industrije elektrolize je spodbudil napredek in razvoj anodnih materialov. EG Acheson je leta 1896 uspešno proizvedel umetni grafit z metodo elektrotermične kristalizacije in realiziral industrijsko proizvodnjo v industriji elektrolitske soli.
Kot anodni material je bilo ugotovljeno, da ima grafitna anoda med dolgotrajno industrijsko uporabo naslednje pomanjkljivosti: ko je elektrolit kisel, proces elektrokatalitskega razkroja spremlja reakcija sproščanja kisika, ogljikov material pa zlahka oksidira, kar povzroči v grafitu Anodni material se razteza, deformira, odpada in žlindra; druga pomanjkljivost je, da ima ogljikov material slabo odpornost na visoke temperature in slabo mehansko trdnost ter se lahko zlomi med obdelavo in transportom. Zato ljudje iščejo kovinske anode za zamenjavo grafitnih anod za potrebe industrijskega razvoja. Največji problem kovinskih anod je pasivizacija anode. Pasivacijske filme je enostavno oblikovati na površini, zaradi česar se katalitična aktivnost kovinskih anod zmanjša ali celo izgubi aktivnost, kot so železove anode in bakrene anode. Platinaste anode imajo visoko elektrokatalitsko aktivnost in visoko tokovno učinkovitost, vendar je platina draga, kar omejuje njeno področje uporabe. Leta 1948 je bil narejen velik preboj pri pripravi kovinskega titana in dosežena je bila industrijska proizvodnja. To je bilo v glavnem pripisano izumu dr. W. Claureja iz Združenih držav z metodo termične redukcije magnezija in uspešni pripravi titanove gobe. Titan je mogoče uporabiti kot anodni osnovni material za pripravo novih anod. Leta 1959 so raziskovalci predlagali nov koncept: uporabo kovinskega titana kot osnovnega materiala in kovinskega oksida kot aktivne plasti za razvoj nove kovinske anode. Leta 1968 je italijansko podjetje DeNora prevzelo vodilno vlogo pri industrializaciji anod H.Beer, prevlečenih z rutenijem in titanom, in razvoj titanovih anod je vstopil v novo poglavje.
1. Metoda priprave titanove anode
(1) Metoda termične razgradnje
Metoda toplotne razgradnje je enakomerno nanašanje organske raztopine ali vodne raztopine kovinskega oksida na površino predhodno obdelanega substrata, nato pa se podvrže nizkotemperaturnemu sušenju, visokotemperaturni oksidaciji in drugim postopkom, da se pridobi zahtevani oksidni film. Prednosti te metode so enostavna oprema in postopek, nadzorovana debelina nanosa in nastanek številnih razpok na površini anode, kar poveča specifično površino nanosa in izboljša katalitično aktivnost anode. Pomanjkljivost je, da se na površini prevleke zlahka oblikujejo globoke razpoke, kot so blatne razpoke, in prevleka zlahka odpade.
(2) Sol-gel metoda
Sol-gel metoda je priprava sola z delci kovinskega oksida ali hidroksida, raztopljenimi v raztopini kovinskih organskih spojin s hidrolizo in polimerizacijo spojin, nato pa z nizom fizikalnih ali kemičnih reakcij ustvari gel z določeno prostorsko strukturo. . , je mogoče zahtevani nanofilm kovinskega oksida pridobiti z nizkotemperaturnim sušenjem in visokotemperaturnim sintranjem. Prednost je v tem, da se iz prevleke izločajo nanodelci, zrna so majhna, prevleka pa gosta. Pomanjkljivost je, da je postopek priprave zapleten in dolgotrajen.
(3) Metoda elektrodepozicije
Metoda elektrodepozicije je, da predhodno obdelan substrat postavite kot anodo v raztopino za galvanizacijo kovinske soli in uporabite nerjavno jeklo kot katodo. Po elektrodepoziciji nekaj časa pod delovanjem konstantnega toka na površini substrata nastane film kovinskega oksida.
Metoda elektrodepozicije ima blage pogoje priprave, močnejšo vezno silo med podlago in prevleko in je najbolj obetavna za industrijsko proizvodnjo. Vendar pa je postopek priprave kompleksen, ima veliko vplivnih dejavnikov in porabo velike količine energije.
(4) Metoda magnetronskega razprševanja
Metoda magnetronskega razprševanja je v atmosferi argona, pod delovanjem visokofrekvenčnega in visokonapetostnega električnega polja, visokoenergijski tok plinskih ionov, ki nastane, bombardira ciljno površino, atomi na ciljni površini pa se razpršijo in odložijo na površini substrata.
Metoda priprave tankoslojnega materiala. Prednost te metode je, da ima nastala prevleka večjo gostoto, močnejšo vezno silo med substratom in prevleko, življenjska doba anode pa se močno izboljša. Vendar je uporabljena oprema draga in jo je težko uporabljati v velikem obsegu.
Poleg zgornjih štirih glavnih metod priprave metode priprave anod iz kovinskega oksida na osnovi titana vključujejo tudi CVD, PVD, toplotno razgradnjo s pršenjem itd. Metoda termične razgradnje je najpogostejša metoda za pripravo anod iz kositra in antimona na osnovi titana. Postopek je preprost, oprema je enostavna za upravljanje, komponente premaza pa so natančne in jih je mogoče nadzorovati. Posebej primeren je za splošne laboratorijske raziskave.
2. Več pogosto uporabljenih klasifikacij titanovih anod
Izbira prevleke v titanovi anodi določa postopek elektrokemične reakcije, to je, ali je vrsta elektrokemične reakcije reakcija sproščanja kisika ali reakcija sproščanja klora, načelo razgradnje pa je neposredna razgradnja ali posredna razgradnja. Struktura in kemična sestava prevleke odločilno vplivata na elektrokemijsko reakcijo. Trenutno raziskave več pogosto uporabljenih titanovih anod vključujejo predvsem serije Ir02/Ti, serije Ru02/Ti, serije Pb02/Ti, serije Sn02/Ti itd.
Ir02/Ti anoda je anoda za sproščanje kisika. Aktivno plast titanove anode, prevlečene z enoto lr02, je med uporabo enostavno odlepiti, anoda pa ima kratko življenjsko dobo. Običajno je treba dodati še nekaj komponent za raziskave modifikacije. Iridij je element plemenite kovine in je relativno drag.
Ru02-Ti02/Ti anoda je anoda za nastajanje klora. Tako kot iridij je tudi rutenij plemenita kovina in je drag. Trenutno se anode serije Ru02/Ti uporabljajo predvsem v kloralkalni industriji.
Pb02/Ti anoda ima močno sposobnost razgradnje organskih snovi v odpadnih vodah, kot so nekatere organske odpadne vode, ki jih je težko biološko razgraditi. Končna produkta razgradnje organske snovi sta C02 in H20]. Pb02/Ti anoda se uporablja predvsem pri kromiranju v močni kislinski raztopini, elektrolitskem taljenju cinka in bakra, čiščenju odpadne vode, ločevanju olja in vode itd.
Anoda Sn02/Ti se nanaša na anodni material s kositrovim oksidom kot aktivno komponento na titanovi matrici. Je obetavna anoda kovinskega oksida na osnovi titana, ki ni plemenita kovina. SnO2 ima visoko upornost pri sobni temperaturi, zato ga ni mogoče uporabiti neposredno kot anodni material. Dopiranje Sb lahko učinkovito izboljša prevodne lastnosti Sn02. Med Sb oksidom in Sn02 bo nastala neprekinjena trdna raztopina. Sb igra vlogo pri podpiranju in izboljšanju stabilnosti Sn02. Zato lahko SnO2, modificiran z dopiranjem Sb, uporabimo kot anodno prevleko. Raziskave so dokazale, da je s Sb dopiran Sn02. Sb/Ti anoda ima velik potencial za sproščanje kisika in močno sposobnost generiranja ·OH, zato kaže dobro elektrokatalitsko oksidacijsko aktivnost organskih snovi in se pogosto uporablja na področju čiščenja odpadne vode.
3. Sorodni izdelki v ehisen
