Elektrode se uglavnom odnose na pozitivne i negativne elektrode u sistemu primarnog akumulatora i na materijale katode i anode u sistemu elektrolitičkih ćelija. Razlikuje se prema smjeru toka struje: jedan kraj ulazne struje naziva se anoda, a kraj izlazne struje naziva se katoda.
Ako se razlikuje po vrsti reakcije na anodi: anoda na kojoj se javlja reakcija oksidacije i katoda na kojoj se javlja reakcija redukcije. Kao glavna komponenta u sistemu elektrohemijske reakcije, anodni materijal ima važan uticaj na brzinu reakcije, mehanizam reakcije i potrošnju energije tokom procesa reakcije. Stoga, u kontekstu nestašice energije i teškog tretmana otpadnih voda, razvoj novih anodnih materijala visokih performansi ima važan teorijski značaj i ekonomsku vrijednost za industrijsku proizvodnju.
U elektrohemijskom reakcionom sistemu, reakcija redukcije se uglavnom odvija na katodi, tako da zahtevi za katodne materijale nisu prestrogi. Anodni materijal uglavnom prolazi kroz reakciju oksidacije tokom procesa reakcije, zbog čega se materijal anode lako gubi i zamjenjuje češće nego katodni materijal. Anodni materijali sa odličnim performansama moraju ispuniti zahtjeve kao što su dobra električna provodljivost, visoka katalitička aktivnost, dobra stabilnost i određena mehanička čvrstoća. Kako razviti anodne materijale sa gore navedenim karakteristikama, postala je vruća tema istraživanja domaćih i stranih naučnika.
Kontinuirani razvoj industrije elektrolize potaknuo je napredak i razvoj anodnih materijala. EG Acheson je 1896. godine uspješno proizveo umjetni grafit metodom elektrotermalne kristalizacije i realizovao industrijsku proizvodnju u industriji elektrolitičke soli.
Utvrđeno je da kao anodni materijal grafitna anoda ima sljedeće nedostatke tokom svoje dugotrajne industrijske primjene: kada je elektrolit kiseo, proces elektrokatalitičke degradacije je praćen reakcijom evolucije kisika, a ugljični materijal se lako oksidira, što rezultira u grafitu Anodni materijal se širi, deformiše, otpada i šljaka; drugi nedostatak je što karbonski materijal ima slabu otpornost na visoke temperature i slabu mehaničku čvrstoću, te se može slomiti tokom obrade i transporta. Stoga ljudi traže metalne anode koje bi zamijenile grafitne anode kako bi zadovoljile potrebe industrijskog razvoja. Najveći problem sa metalnim anodama je pasivizacija anode. Pasivacijski filmovi se lako formiraju na površini, uzrokujući da se katalitička aktivnost metalnih anoda smanji ili čak izgubi aktivnost, kao što su anode željeza i bakrene anode. Anode od platine imaju visoku elektrokatalitičku aktivnost i visoku strujnu efikasnost, ali metal platine je skup, što ograničava opseg njegove primjene. Godine 1948. napravljen je veliki iskorak u pripremi metala titanijuma i ostvarena je industrijska proizvodnja. Ovo se uglavnom pripisuje pronalasku dr. W. Claurea iz Sjedinjenih Država metodom termalne redukcije magnezija i uspješnoj pripremi titanijumskog sunđera. Moguće je koristiti titanijum kao osnovni materijal anode za pripremu novih anoda. 1959. istraživači su predložili novi koncept: korištenje metala titanijuma kao osnovnog materijala i metalnog oksida kao aktivnog sloja za razvoj nove metalne anode. Godine 1968. italijanska kompanija DeNora preuzela je vodeću ulogu u industrijalizaciji H.Beerovih rutenijum-titanijumskih anoda, a razvoj titanijumskih anoda ušao je u novo poglavlje.
1. Metoda pripreme titanijumske anode
(1) Metoda termičke razgradnje
Metoda termičke razgradnje je ravnomjerno nanošenje organske otopine ili vodene otopine metalnog oksida na površinu prethodno obrađene podloge, a zatim podvrgavanje niskotemperaturnom sušenju, visokotemperaturnoj oksidaciji i drugim procesima kako bi se dobio potreban oksidni film. Prednosti ove metode su jednostavna oprema i proces, kontrolirana debljina premaza, te stvaranje velikog broja pukotina na površini anode, čime se povećava specifična površina premaza i poboljšava katalitička aktivnost anode. Nedostatak je što se na površini premaza lako stvaraju duboke pukotine poput pukotina od blata, a premaz lako otpada.
(2) Sol-gel metoda
Sol-gel metoda je da se hidrolizom i polimerizacijom spojeva pripremi sol s česticama metalnog oksida ili hidroksida otopljenih u otopini metalnih organskih jedinjenja, a zatim se nizom fizičkih ili kemijskih reakcija stvori gel s određenom prostornom strukturom. . , potrebni nanofilm od metalnog oksida može se dobiti sušenjem na niskoj temperaturi i visokotemperaturnim sinterovanjem. Prednost je što se nanočestice talože iz prevlake, zrna su sitna, a premaz je gust. Nedostatak je što je proces pripreme komplikovan i dugotrajan.
(3) Metoda elektrodepozicije
Metoda elektrodepozicije je postavljanje prethodno obrađene podloge kao anode u otopinu za galvanizaciju soli metala i korištenje nehrđajućeg čelika kao katode. Nakon elektrodepozicije u određenom vremenskom periodu pod dejstvom konstantne struje, na površini podloge se dobija film metalnog oksida.
Metoda elektrodepozicije ima blage uslove pripreme, jaču silu vezivanja između podloge i premaza i najperspektivnija je za industrijsku proizvodnju. Međutim, proces pripreme je složen, ima mnogo uticajnih faktora i troši velike količine energije.
(4) Metoda raspršivanja magneta
Metoda magnetronskog raspršivanja je u atmosferi argona, pod dejstvom visokofrekventnog i visokonaponskog električnog polja, formirani tok iona gasa visoke energije bombarduje površinu cilja, a atomi na površini mete se raspršuju i talože na površini podloge.
Metoda pripreme tankoslojnog materijala. Prednost ove metode je što rezultirajući premaz ima veću gustoću, jaču silu vezivanja između podloge i premaza, a život anode je znatno poboljšan. Međutim, oprema koja se koristi je skupa i teška za primjenu u velikim količinama.
Pored gore navedene četiri glavne metode pripreme, metode pripreme metalnih oksidnih anoda na bazi titanijuma takođe uključuju CVD, PVD, termičku razgradnju raspršivanjem, itd. Metoda termičke dekompozicije je najčešća metoda za pripremu kalaj-antimon anoda na bazi titana. Proces je jednostavan, oprema je laka za rukovanje, a komponente premaza su precizne i kontrolisane. Posebno je pogodan za opšta laboratorijska istraživanja.
2. Nekoliko uobičajenih klasifikacija titanijumskih anoda
Izbor prevlake u titanijumskoj anodi određuje proces elektrohemijske reakcije, odnosno da li je tip elektrohemijske reakcije reakcija oslobađanja kiseonika ili reakcija evolucije hlora, a princip razgradnje je direktna degradacija ili indirektna degradacija. Struktura i hemijski sastav premaza imaju odlučujući uticaj na elektrohemijsku reakciju. Trenutno, istraživanja na nekoliko najčešće korištenih titanijskih anoda uglavnom uključuju Ir02/Ti seriju, Ru02/Ti seriju, Pb02/Ti seriju, Sn02/Ti seriju, itd.
Ir02/Ti anoda je anoda za evoluciju kiseonika. Aktivni sloj titanijumske anode obložene lr02 lako se odlepi tokom upotrebe, a anoda ima kratak vek trajanja. Obično je potrebno dodati neke druge komponente za istraživanje modifikacija. Iridijum je plemeniti metal i relativno je skup.
Ru02-Ti02/Ti anoda je anoda za evoluciju hlora. Poput iridijuma, rutenijum je takođe element plemenitog metala i skup je. Trenutno se anode serije Ru02/Ti uglavnom koriste u hlor-alkalnoj industriji.
Pb02/Ti anoda ima snažnu sposobnost da razgradi organsku materiju u otpadnim vodama, kao što su neke organske otpadne vode koje je teško biorazgraditi. Konačni produkti razgradnje organske materije su C02 i H20]. Pb02/Ti anoda se uglavnom koristi za hromiranje u jakoj kiseloj otopini, elektrolitičko taljenje cinka i bakra, tretman otpadnih voda, odvajanje ulja i vode itd.
Sn02/Ti anoda se odnosi na anodni materijal sa kalajnim oksidom kao aktivnom komponentom na titanijumskoj matrici. To je obećavajuća metalna oksidna anoda na bazi titanijuma koji nije plemeniti metal. SnO2 ima visoku otpornost na sobnoj temperaturi, tako da se ne može koristiti direktno kao anodni materijal. Doping Sb može efikasno poboljšati provodljiva svojstva Sn02. Kontinuirana čvrsta otopina će se formirati između Sb oksida i SnO2. Sb igra ulogu u podršci i poboljšanju stabilnosti Sn02. Stoga se SnO2 modificiran dopiranjem Sb može koristiti kao anodni premaz. Istraživanja su dokazala da Sn02 dopiran Sb. Sb/Ti anoda pokazuje visok potencijal evolucije kiseonika i jaku sposobnost stvaranja ·OH, tako da pokazuje dobru elektrokatalitičku oksidacionu aktivnost za organske materije i široko se koristi u oblasti tretmana otpadnih voda.
3.Srodni proizvodi u ehisenu
