Elektroden hebben voornamelijk betrekking op de positieve en negatieve elektroden in het primaire batterijsysteem en de kathode- en anodematerialen in het elektrolytische celsysteem. Onderscheiden volgens de richting van de stroom: het ene uiteinde van de ingangsstroom wordt de anode genoemd en het uiteinde van de uitgangsstroom wordt de kathode genoemd.
Indien onderscheiden door het type reactie op de anode: de anode waar de oxidatiereactie plaatsvindt en de kathode waar de reductiereactie plaatsvindt. Als kerncomponent in het elektrochemische reactiesysteem heeft het anodemateriaal een belangrijke invloed op de reactiesnelheid, het reactiemechanisme en het energieverbruik tijdens het reactieproces. Daarom heeft de ontwikkeling van nieuwe hoogwaardige anodematerialen, in de context van energietekort en moeilijke afvalwaterbehandeling, een belangrijke theoretische betekenis en economische waarde voor de industriële productie.
In het elektrochemische reactiesysteem vindt de reductiereactie voornamelijk plaats aan de kathode, dus de eisen aan kathodematerialen zijn niet al te streng. Het anodemateriaal ondergaat tijdens het reactieproces voornamelijk een oxidatiereactie, waardoor het anodemateriaal gemakkelijk verloren gaat en vaker wordt vervangen dan het kathodemateriaal. Anodematerialen met uitstekende prestaties moeten voldoen aan eisen zoals een goede elektrische geleidbaarheid, hoge katalytische activiteit, goede stabiliteit en een bepaalde mechanische sterkte. Het ontwikkelen van anodematerialen met de bovengenoemde kenmerken is een hot topic geworden van onderzoek door binnen- en buitenlandse wetenschappers.
De voortdurende ontwikkeling van de elektrolyse-industrie heeft de vooruitgang en ontwikkeling van anodematerialen bevorderd. EG Acheson produceerde in 1896 met succes kunstmatig grafiet met behulp van de elektrothermische kristallisatiemethode en realiseerde industriële productie in de elektrolytische zoutindustrie.
Als anodemateriaal blijkt de grafietanode de volgende tekortkomingen te hebben tijdens zijn industriële toepassing op de lange termijn: wanneer de elektrolyt zuur is, gaat het elektrokatalytische afbraakproces gepaard met een zuurstofontwikkelingsreactie en wordt het koolstofmateriaal gemakkelijk geoxideerd, wat resulteert in grafiet Het anodemateriaal zet uit, vervormt, valt eraf en slak; een ander nadeel is dat het koolstofmateriaal een slechte weerstand tegen hoge temperaturen en een slechte mechanische sterkte heeft, en kan breken tijdens verwerking en transport. Daarom zijn mensen op zoek naar metalen anodes ter vervanging van grafietanodes om aan de behoeften van de industriële ontwikkeling te voldoen. Het grootste probleem met metalen anodes is de passivatie van de anode. Passiveringsfilms vormen zich gemakkelijk op het oppervlak, waardoor de katalytische activiteit van metaalanodes afneemt of zelfs activiteit verliest, zoals ijzeranodes en koperanodes. Platina-anodes hebben een hoge elektrokatalytische activiteit en een hoge stroomefficiëntie, maar platinametaal is duur, wat de toepassingsmogelijkheden ervan beperkt. In 1948 werd een grote doorbraak bereikt in de bereiding van titaniummetaal en werd industriële productie bereikt. Dit werd voornamelijk toegeschreven aan de uitvinding van Dr. W. Claure uit de Verenigde Staten door de thermische magnesiumreductiemethode en de succesvolle bereiding van titaniumspons. Het is mogelijk om titanium als anodebasismateriaal te gebruiken om nieuwe anodes te vervaardigen. In 1959 stelden onderzoekers een nieuw concept voor: het gebruik van titaniummetaal als basismateriaal en metaaloxide als de actieve laag om een nieuwe metaalanode te ontwikkelen. In 1968 nam het Italiaanse bedrijf DeNora het voortouw bij de industrialisatie van de met ruthenium-titanium gecoate anoden van H.Beer, en de ontwikkeling van titaniumanodes ging een nieuw hoofdstuk in.
1. Bereidingswijze van titaniumanode
(1)Thermische ontledingsmethode
De thermische ontledingsmethode is om de organische oplossing of waterige oplossing van metaaloxide gelijkmatig op het oppervlak van het voorbehandelde substraat aan te brengen en vervolgens droging bij lage temperatuur, oxidatie bij hoge temperatuur en andere processen te ondergaan om de vereiste oxidefilm te verkrijgen. De voordelen van deze methode zijn een eenvoudige uitrusting en proces, een regelbare laagdikte en de vorming van veel scheuren op het anodeoppervlak, waardoor het specifieke oppervlak van de coating toeneemt en de katalytische activiteit van de anode verbetert. Het nadeel is dat er gemakkelijk diepe scheuren, zoals modderscheuren, op het oppervlak van de coating kunnen ontstaan en dat de coating er gemakkelijk vanaf kan vallen.
(2) Sol-gel-methode
De sol-gel-methode is het bereiden van een sol met metaaloxide- of hydroxidedeeltjes opgelost in een oplossing van metaalorganische verbindingen door hydrolyse en polymerisatie van de verbindingen, en vervolgens het genereren van een gel met een bepaalde ruimtelijke structuur door een reeks fysische of chemische reacties . kan de vereiste metaaloxide-nanofilm worden verkregen door drogen bij lage temperatuur en sinteren bij hoge temperatuur. Het voordeel is dat nanodeeltjes uit de coating neerslaan, de korrels klein zijn en de coating compact is. Het nadeel is dat het bereidingsproces ingewikkeld en tijdrovend is.
(3) Elektrodepositiemethode
Bij de elektrolysemethode wordt het voorbehandelde substraat als anode in een metaalzout-galvaniseeroplossing geplaatst en wordt roestvrij staal als kathode gebruikt. Na elektrolytische afzetting gedurende een bepaalde tijd onder invloed van een constante stroom wordt een metaaloxidefilm op het oppervlak van het substraat verkregen.
De elektrodepositiemethode kent milde voorbereidingsomstandigheden, een sterkere hechtkracht tussen het substraat en de coating en is het meest veelbelovend voor industriële productie. Het bereidingsproces is echter complex, heeft veel beïnvloedende factoren en verbruikt veel energie.
(4) Magnetronsputtermethode
De magnetronsputtermethode vindt plaats in een argonatmosfeer, onder invloed van een hoogfrequent en hoogspannings elektrisch veld, de gevormde hoogenergetische gasionenstroom bombardeert het doeloppervlak en de atomen op het doeloppervlak worden uitgesputterd en afgezet op het substraatoppervlak.
Bereidingswijze van dun filmmateriaal. Het voordeel van deze methode is dat de resulterende coating een hogere dichtheid heeft, een sterkere hechtkracht tussen het substraat en de coating en de levensduur van de anode aanzienlijk wordt verbeterd. De gebruikte apparatuur is echter duur en moeilijk op grote schaal toe te passen.
Naast de bovengenoemde vier belangrijkste bereidingsmethoden omvatten de bereidingsmethoden van op titanium gebaseerde metaaloxide-anodes ook CVD, PVD, thermische sproei-ontleding, enz. De thermische ontledingsmethode is de meest gebruikelijke methode voor het bereiden van op titanium gebaseerde tin-antimoon-anodes. Het proces is eenvoudig, de apparatuur is eenvoudig te bedienen en de coatingcomponenten zijn nauwkeurig en controleerbaar. Het is vooral geschikt voor algemeen laboratoriumonderzoek.
2. Verschillende veelgebruikte titaniumanodeclassificaties
De keuze van de coating in de titaniumanode bepaalt het elektrochemische reactieproces, dat wil zeggen of het elektrochemische reactietype een zuurstofevolutiereactie of een chloorevolutiereactie is, en het degradatieprincipe directe degradatie of indirecte degradatie is. De structuur en chemische samenstelling van de coating hebben een beslissende invloed op de elektrochemische reactie. Momenteel omvat het onderzoek naar verschillende veelgebruikte titaniumanodes voornamelijk de Ir02/Ti-serie, Ru02/Ti-serie, Pb02/Ti-serie, Sn02/Ti-serie, enz.
Ir02 /Ti-anode is een anode voor zuurstofontwikkeling. De actieve laag van de met lr02 gecoate titaniumanode kan tijdens gebruik gemakkelijk worden losgemaakt en de anode heeft een korte levensduur. Voor modificatieonderzoek is het meestal nodig om nog enkele andere componenten toe te voegen. Iridium is een edelmetaalelement en is relatief duur.
Ru02-Ti02/Ti-anode is een anode voor chloorevolutie. Net als iridium is ruthenium ook een edelmetaalelement en duur. Momenteel worden anodes uit de Ru02/Ti-serie voornamelijk gebruikt in de chloor-alkali-industrie.
De Pb02/Ti-anode heeft een sterk vermogen om organisch materiaal in afvalwater af te breken, zoals organisch afvalwater dat moeilijk biologisch afbreekbaar is. De uiteindelijke afbraakproducten van organisch materiaal zijn C02 en H20. Pb02/Ti-anode wordt voornamelijk gebruikt bij het verchromen in een sterk zure oplossing, het elektrolytisch smelten van zink en koper, afvalwaterbehandeling, olie-waterscheiding, enz.
Sn02/Ti-anode verwijst naar een anodemateriaal met tinoxide als actieve component op een titaniummatrix. Het is een veelbelovende niet-edelmetaal-metaaloxide-anode op titaniumbasis. SnO2 heeft een hoge soortelijke weerstand bij kamertemperatuur en kan daarom niet direct als anodemateriaal worden gebruikt. Doping van Sb kan de geleidende eigenschappen van Sn02 effectief verbeteren. Tussen Sb-oxide en Sn02 zal een continue vaste oplossing worden gevormd. Sb speelt een rol bij het ondersteunen en verbeteren van de stabiliteit van Sn02. Daarom kan SnO2, gemodificeerd door Sb-dotering, als anodecoating worden gebruikt. Uit onderzoek is gebleken dat Sb-gedoteerd Sn02. De Sb/Ti-anode heeft een hoog zuurstofontwikkelingspotentieel en een sterk vermogen om OH te genereren, waardoor hij een goede elektrokatalytische oxidatieactiviteit voor organisch materiaal vertoont en op grote schaal wordt gebruikt op het gebied van de afvalwaterzuivering.
3. Gerelateerde producten in ehisen
