Το ηλεκτρόδιο τιτανίου είναι ένα είδος ηλεκτροδίου που βασίζεται σε μέταλλο τιτανίου και τελικά σχηματίζει ένα στρώμα επικάλυψης ηλεκτροκαταλυτικού οξειδίου στο υπόστρωμα τιτανίου μέσω πυροσυσσωμάτωσης και οξείδωσης. Ονομάζεται επίσης Dimensionally Stable Anode (DSA για συντομία) λόγω της σταθερότητας της φυσικής διάστασής του κατά τη χρήση.
Ταξινόμηση ηλεκτροδίων τιτανίου
Σύμφωνα με τη χημική σύνθεση και τις κύριες ηλεκτροχημικές ιδιότητες της επικάλυψης, τα ηλεκτρόδια τιτανίου μπορούν να χωριστούν χονδρικά στις ακόλουθες τρεις κατηγορίες:
Ηλεκτρόδιο τιτανίου με επικάλυψη ρουθηνίου
Αυτά τα ηλεκτρόδια έχουν χαμηλό δυναμικό έκλυσης χλωρίου και υψηλό δυναμικό έκλυσης οξυγόνου και χρησιμοποιούνται κυρίως σε διάφορες περιπτώσεις εξέλιξης χλωρίου, όπως η βιομηχανία αλκαλίων χλωρίου, η καθοδική προστασία κ.λπ. Αυτός ο τύπος επίστρωσης ηλεκτροδίων περιλαμβάνει την αρχική επίστρωση τιτανίου ρουθηνίου (Ru Ti) και οι Ru Ir Ti, Ru Co Ti, Ru Co Sn Ti, Ru Sn Ti, Ru Si Ti, Ru Ti Zr, Ru Ti La, Ru Ti Ce και άλλες επικαλύψεις που αναπτύχθηκαν σε αυτή τη βάση.
Μη επικαλυμμένο με ρουθήνιο ηλεκτρόδιο τιτανίου
Το ρουθήνιο είναι ένα πολύτιμο μέταλλο με υψηλές τιμές και περιορισμένα αποθέματα στη φύση. Προκειμένου να μειωθεί η ποσότητα του Ru και ακόμη και να αντικατασταθεί πλήρως το Ru, αναπτύχθηκε ένα ηλεκτρόδιο τιτανίου επικαλυμμένο με μη Ru. Αυτά τα ηλεκτρόδια έχουν γενικά υψηλό δυναμικό έκλυσης οξυγόνου. Τα πιο επιτυχημένα ηλεκτρόδια περιλαμβάνουν ηλεκτρόδια τιτανίου επικαλυμμένα με κασσίτερο αντιμόνιο, ηλεκτρόδια τιτανίου επικαλυμμένα με σπινέλιο Co3O4 και ηλεκτρόδια τιτανίου επικαλυμμένα με οξείδιο του παλλαδίου.
Ηλεκτρόδιο τιτανίου επικαλυμμένο με ιρίδιο
Σε ορισμένες ηλεκτρολυτικές διεργασίες, όπως η ηλεκτρολυτική εξαγωγή μη σιδηρούχων μετάλλων, η ηλεκτρολυτική βιομηχανία και η ηλεκτροχημική αναγωγή για την παραγωγή οργανικών ουσιών, η αντίδραση σχεδιασμού της ανόδου είναι η αντίδραση έκλυσης οξυγόνου. Ως εκ τούτου, ελπίζεται να αναπτυχθεί ένα υλικό ανόδου με υπερβολικό δυναμικό χαμηλής έκλυσης οξυγόνου. Κάτω από αυτό το υπόβαθρο αναπτύχθηκε ηλεκτρόδιο τιτανίου επικαλυμμένο με ιρίδιο. Ir Co, Ir Ta, Ir Sn, Ir Ta Co, Ir Ru Pd Ti και άλλες επικαλύψεις είναι παραδείγματα τέτοιων επικαλύψεων ηλεκτροδίων. Το ηλεκτρόδιο τιτανίου με επίστρωση Ir Ta είναι το πιο επιτυχημένο ηλεκτρόδιο έκλυσης οξυγόνου.
Οι μέθοδοι παρασκευής ηλεκτροδίων τιτανίου είναι οι εξής:
Μέθοδος θερμικής αποσύνθεσης
Η μέθοδος θερμικής αποσύνθεσης συνήθως περιλαμβάνει τη διάλυση ενώσεων μεταλλικών αλάτων σε έναν οργανικό διαλύτη ή υδατικό διάλυμα, την επίστρωση του διαλύματος σε υπόστρωμα τιτανίου, τη θέρμανση για την εξάτμιση του διαλύτη και στη συνέχεια τη σύντηξη σε υψηλή θερμοκρασία για την αποσύνθεση και την οξείδωση των αλάτων για τη λήψη επικάλυψης οξειδίου. Οι μέθοδοι επίστρωσης περιλαμβάνουν ψεκασμό, επίστρωση με ρολό ή επίστρωση με βούρτσα. Ο ψεκασμός και η επίστρωση κυλίνδρων είναι εξαιρετικά μηχανοποιημένοι και κατάλληλοι για βιομηχανική παραγωγή. Το εργασιακό περιβάλλον είναι καλό και η επίστρωση είναι σχετικά ομοιόμορφη, αλλά τα απόβλητα του υγρού επικάλυψης είναι σχετικά μεγάλα. Η επίστρωση με βούρτσα εφαρμόζεται γενικά σε μικρής κλίμακας παραγωγή. Αυτή η μέθοδος απαιτεί απλό εξοπλισμό και λιγότερη απώλεια διαλύματος επίστρωσης, αλλά η ένταση εργασίας είναι υψηλή, το εργασιακό περιβάλλον είναι φτωχό και η επίστρωση συχνά δεν είναι ομοιόμορφη. Είναι εύκολο να παρασκευαστούν ηλεκτρόδια οξειδίου πολλαπλών συστατικών με εξαιρετική απόδοση ελέγχοντας τη σύνθεση επικάλυψης με τη μέθοδο θερμικής αποσύνθεσης.
Μέθοδος Sol-gel
Η μέθοδος sol-gel είναι μια νέα μέθοδος παρασκευής επικαλύψεων που βασίζεται στην αρχή της κολλοειδούς χημείας. Μπορεί να προετοιμάσει επιστρώσεις ηλεκτροδίων εξαιρετικά λεπτών κόκκων, οι οποίες μπορούν να αυξήσουν σημαντικά την ειδική επιφάνεια της επιφάνειας του ηλεκτροδίου. Η γενική διαδικασία παρασκευής ηλεκτροδίων τιτανίου με αυτή τη μέθοδο είναι η διασπορά μεταλλικών-οργανικών ενώσεων (όπως αλκοξείδια μετάλλων) ή ανόργανων ενώσεων στο διαλύτη, η παραγωγή ενεργού μονομερούς μέσω αντίδρασης υδρόλυσης, ο πολυμερισμός του ενεργού μονομερούς για τη δημιουργία διαλύματος, η επικάλυψη του διαλύματος στο υπόστρωμα τιτανίου, στεγνώστε τη μεμβράνη κολλοειδούς διαλύματος για να λάβετε μεμβράνη γέλης, και στη συνέχεια πυροσυσσωματώστε σε μια ορισμένη θερμοκρασία για να ληφθεί η επικάλυψη. Σε σύγκριση με την παραδοσιακή μέθοδο θερμικής αποσύνθεσης, η επίστρωση ηλεκτροδίων που παρασκευάζεται με αυτή τη μέθοδο είναι ομοιόμορφη, με λεπτότερους κόκκους και σχεδόν καθόλου ρωγμές, κάτι που έχει προσελκύσει μεγάλη προσοχή τα τελευταία χρόνια.
Ηλεκτροαπόθεση
Το επικαλυμμένο ηλεκτρόδιο τιτανίου παρασκευάζεται με ηλεκτροαπόθεση, γενικά χρησιμοποιώντας ένα αδιάλυτο ηλεκτρόδιο ως άνοδο, προεπεξεργασμένο μεταλλικό τιτάνιο ως κάθοδο, ηλεκτρόλυση σε διάλυμα που περιέχει αντίστοιχα μεταλλικά ιόντα, ιόντα μετάλλων εναποτίθενται σε κάθοδο μετάλλου τιτανίου, ξηραίνονται και στη συνέχεια πυροσυσσωματώνονται σε υψηλή θερμοκρασία για να αποκτήστε επικαλυμμένο ηλεκτρόδιο τιτανίου. Η επίστρωση που λαμβάνεται με αυτή τη μέθοδο είναι γενικά ομοιόμορφη και πυκνή. Το μειονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι ότι η διαδικασία είναι πολύπλοκη και δεν είναι εύκολο να κατασκευαστούν ομοιόμορφα ηλεκτρόδια μεγάλης επιφάνειας.
Μέθοδος Sputter
Οι μεμβράνες που παρασκευάζονται με ψεκασμό είναι συμπαγείς και έχουν ισχυρή πρόσφυση στο υπόστρωμα. Ωστόσο, αυτή η μέθοδος απαιτεί ειδικό εξοπλισμό, η διαδικασία παρασκευής είναι σχετικά πολύπλοκη και τα απόβλητα του μητρικού υγρού είναι σχετικά μεγάλα, τα οποία δεν είναι κατάλληλα για μεγάλης κλίμακας βιομηχανική παραγωγή.
