Los electrodos se refieren principalmente a los electrodos positivos y negativos del sistema de batería primaria y a los materiales de cátodo y ánodo del sistema de celda electrolítica. Se distinguen según la dirección del flujo de corriente: un extremo de la corriente de entrada se llama ánodo y el extremo de la corriente de salida se llama cátodo.
Si se distingue por el tipo de reacción en el ánodo: el ánodo donde ocurre la reacción de oxidación y el cátodo donde ocurre la reacción de reducción. Como componente central del sistema de reacción electroquímica, el material del ánodo tiene un impacto importante en la velocidad de reacción, el mecanismo de reacción y el consumo de energía durante el proceso de reacción. Por lo tanto, en el contexto de escasez de energía y difícil tratamiento de aguas residuales, el desarrollo de nuevos materiales anódicos de alto rendimiento tiene una importancia teórica y un valor económico importantes para la producción industrial.
En el sistema de reacción electroquímica, la reacción de reducción ocurre principalmente en el cátodo, por lo que los requisitos para los materiales del cátodo no son demasiado estrictos. El material del ánodo sufre principalmente una reacción de oxidación durante el proceso de reacción, lo que hace que el material del ánodo se pierda fácilmente y se reemplace con más frecuencia que el material del cátodo. Los materiales anódicos con excelente rendimiento deben cumplir requisitos tales como buena conductividad eléctrica, alta actividad catalítica, buena estabilidad y cierta resistencia mecánica. Cómo desarrollar materiales anódicos con las características anteriores se ha convertido en un tema candente de investigación por parte de académicos nacionales y extranjeros.
El continuo desarrollo de la industria de la electrólisis ha promovido el progreso y desarrollo de materiales anódicos. EG Acheson produjo con éxito grafito artificial utilizando el método de cristalización electrotérmica en 1896 y realizó la producción industrial en la industria de la sal electrolítica.
Como material anódico, se ha descubierto que el ánodo de grafito tiene las siguientes desventajas durante su aplicación industrial a largo plazo: cuando el electrolito es ácido, el proceso de degradación electrocatalítica va acompañado de una reacción de desprendimiento de oxígeno y el material de carbono se oxida fácilmente, lo que resulta en en grafito El material del ánodo se expande, se deforma, se cae y se forma escoria; Otra desventaja es que el material de carbono tiene poca resistencia a altas temperaturas y poca resistencia mecánica, y puede romperse durante el procesamiento y el transporte. Por lo tanto, la gente busca ánodos metálicos para reemplazar los ánodos de grafito y satisfacer las necesidades del desarrollo industrial. El mayor problema con los ánodos metálicos es la pasivación de los ánodos. Las películas de pasivación son fáciles de formar en la superficie, lo que hace que la actividad catalítica de los ánodos metálicos disminuya o incluso pierda actividad, como los ánodos de hierro y los ánodos de cobre. Los ánodos de platino tienen una alta actividad electrocatalítica y una alta eficiencia de corriente, pero el metal platino es caro, lo que limita su ámbito de aplicación. En 1948 se logró un gran avance en la preparación del metal titanio y se logró la producción industrial. Esto se atribuyó principalmente a la invención del Dr. W. Claure de los Estados Unidos mediante el método de reducción térmica del magnesio y la exitosa preparación de la esponja de titanio. Es posible utilizar titanio como material base del ánodo para preparar nuevos ánodos. En 1959, los investigadores propusieron un nuevo concepto: utilizar titanio metálico como material base y óxido metálico como capa activa para desarrollar un nuevo ánodo metálico. En 1968, la empresa italiana DeNora tomó la iniciativa en la industrialización de los ánodos recubiertos de rutenio y titanio de H.Beer, y el desarrollo de ánodos de titanio entró en un nuevo capítulo.
1. Método de preparación del ánodo de titanio.
(1)Método de descomposición térmica
El método de descomposición térmica consiste en aplicar uniformemente la solución orgánica o la solución acuosa de óxido metálico sobre la superficie del sustrato pretratado y luego someterse a secado a baja temperatura, oxidación a alta temperatura y otros procesos para obtener la película de óxido requerida. Las ventajas de este método son equipos y procesos simples, espesor de recubrimiento controlable y la formación de muchas grietas en la superficie del ánodo, lo que aumenta el área de superficie específica del recubrimiento y mejora la actividad catalítica del ánodo. La desventaja es que es fácil que se formen grietas profundas, como las de barro, en la superficie del revestimiento, y que el revestimiento se caiga fácilmente.
(2)Método sol-gel
El método sol-gel consiste en preparar un sol con partículas de óxido o hidróxido metálico disueltas en una solución de compuestos organometálicos mediante hidrólisis y polimerización de los compuestos, para luego generar un gel con una determinada estructura espacial mediante una serie de reacciones físicas o químicas. . , la nanopelícula de óxido metálico requerida se puede obtener mediante secado a baja temperatura y sinterización a alta temperatura. La ventaja es que las nanopartículas precipitan del recubrimiento, los granos son pequeños y el recubrimiento es denso. La desventaja es que el proceso de preparación es complicado y requiere mucho tiempo.
(3)Método de electrodeposición
El método de electrodeposición consiste en colocar el sustrato pretratado como ánodo en una solución de galvanoplastia de sal metálica y utilizar acero inoxidable como cátodo. Después de la electrodeposición durante un período de tiempo bajo la acción de una corriente constante, se obtiene una película de óxido metálico sobre la superficie del sustrato.
El método de galvanoplastia tiene condiciones de preparación suaves, una fuerza de unión más fuerte entre el sustrato y el recubrimiento y es más prometedor para la producción industrial. Sin embargo, el proceso de preparación es complejo, influyen muchos factores y consume grandes cantidades de energía.
(4)Método de pulverización catódica con magnetrón
El método de pulverización catódica con magnetrón se realiza en una atmósfera de argón, bajo la acción de un campo eléctrico de alta frecuencia y alto voltaje, el flujo de iones de gas de alta energía formado bombardea la superficie del objetivo y los átomos en la superficie del objetivo se pulverizan y depositan. en la superficie del sustrato.
Método de preparación de material de película delgada. La ventaja de este método es que el recubrimiento resultante tiene una mayor densidad, una fuerza de unión más fuerte entre el sustrato y el recubrimiento y la vida útil del ánodo mejora considerablemente. Sin embargo, el equipo utilizado es caro y difícil de aplicar a gran escala.
Además de los cuatro métodos de preparación principales anteriores, los métodos de preparación de ánodos de óxido metálico a base de titanio también incluyen CVD, PVD, descomposición térmica por pulverización, etc. El método de descomposición térmica es el método más común para preparar ánodos de estaño-antimonio a base de titanio. El proceso es simple, el equipo es fácil de operar y los componentes del recubrimiento son precisos y controlables. Es especialmente adecuado para investigaciones de laboratorio generales.
2. Varias clasificaciones de ánodos de titanio de uso común.
La elección del recubrimiento en el ánodo de titanio determina el proceso de reacción electroquímica, es decir, si el tipo de reacción electroquímica es una reacción de desprendimiento de oxígeno o una reacción de desprendimiento de cloro, y el principio de degradación es degradación directa o degradación indirecta. La estructura y composición química del recubrimiento tienen una influencia decisiva en la reacción electroquímica. En la actualidad, la investigación sobre varios ánodos de titanio de uso común incluye principalmente las series Ir02/Ti, series Ru02/Ti, series Pb02/Ti, series Sn02/Ti, etc.
El ánodo Ir02/Ti es un ánodo de desprendimiento de oxígeno. La capa activa del ánodo de titanio recubierto de la unidad lr02 es fácil de desprender durante el uso y el ánodo tiene una vida útil corta. Generalmente es necesario agregar algunos otros componentes para la investigación de modificaciones. El iridio es un elemento de metal precioso y es relativamente caro.
El ánodo Ru02-Ti02/Ti es un ánodo de desprendimiento de cloro. Al igual que el iridio, el rutenio también es un metal precioso y caro. En la actualidad, los ánodos de la serie Ru02/Ti se utilizan principalmente en la industria cloro-álcalina.
El ánodo de Pb02/Ti tiene una gran capacidad para degradar la materia orgánica en las aguas residuales, como algunas aguas residuales orgánicas que son difíciles de biodegradar. Los productos finales de degradación de la materia orgánica son C02 y H20]. El ánodo Pb02/Ti se utiliza principalmente en cromado en solución ácida fuerte, fundición electrolítica de zinc y cobre, tratamiento de aguas residuales, separación de agua y aceite, etc.
El ánodo Sn02/Ti se refiere a un material anódico con óxido de estaño como componente activo sobre una matriz de titanio. Es un prometedor ánodo de óxido metálico a base de titanio de metal no noble. El SnO2 tiene una alta resistividad a temperatura ambiente, por lo que no se puede utilizar directamente como material anódico. El dopaje de Sb puede mejorar eficazmente las propiedades conductoras del Sn02. Se formará una solución sólida continua entre el óxido de Sb y el Sn02. Sb juega un papel en el apoyo y la mejora de la estabilidad del Sn02. Por lo tanto, el SnO2 modificado mediante dopaje con Sb se puede utilizar como recubrimiento anódico. Las investigaciones han demostrado que el Sn02 dopado con Sb. El ánodo de Sb/Ti exhibe un alto potencial de evolución de oxígeno y una fuerte capacidad de generación de ·OH, por lo que exhibe una buena actividad de oxidación electrocatalítica para la materia orgánica y ha sido ampliamente utilizado en el campo del tratamiento de aguas residuales.
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