gwybodaethau

Anodau titaniwm wedi chwyldroi maes electrocemeg gyda'u priodweddau eithriadol a'u hyblygrwydd. Mae'r anodau hyn yn cynnwys swbstrad titaniwm, a ddewiswyd am ei wrthwynebiad cyrydiad rhyfeddol, ei gymhareb cryfder-i-bwysau uchel, a'i allu i ffurfio haen ocsid sefydlog. Mae'r haen ocsid hon, sy'n cynnwys titaniwm deuocsid (TiO2) yn bennaf, yn darparu rhwystr ychwanegol yn erbyn cyrydiad ac yn gwasanaethu fel sylfaen ardderchog ar gyfer rhoi haenau catalytig [1].

Dechreuodd defnyddio titaniwm fel deunydd anod yn y 1950au pan ddarganfu ymchwilwyr ei botensial i oresgyn cyfyngiadau anodau carbon a phlwm traddodiadol. Roedd cyflwyno anodau titaniwm yn nodi datblygiad sylweddol mewn technoleg electrod, gan baratoi'r ffordd ar gyfer prosesau electrocemegol mwy effeithlon a gwydn [2].

Un o brif fanteision anodau titaniwm yw eu sefydlogrwydd dimensiynol. Yn wahanol i rai deunyddiau anod eraill a all erydu neu newid siâp dros amser, mae anodau titaniwm yn cynnal eu ffurf hyd yn oed o dan amodau gweithredu llym. Mae'r sefydlogrwydd dimensiynol hwn yn sicrhau perfformiad cyson a dosbarthiad cerrynt unffurf, sy'n hanfodol mewn llawer o gymwysiadau electrocemegol [3].

Ar ben hynny, gellir teilwra anodau titaniwm ar gyfer cymwysiadau penodol trwy wahanol dechnegau cotio. Mae'r haenau hyn, sy'n aml yn cynnwys metelau gwerthfawr neu ocsidau metel, yn gwella gweithgaredd catalytig a dargludedd yr anod. Ymhlith yr haenau hyn, mae'r cyfuniad tantalwm iridiwm wedi denu sylw arbennig oherwydd ei briodweddau a'i berfformiad eithriadol [4].

Sut Mae Anodau Titaniwm wedi'u Gorchuddio ag Iridium Tantalum yn Gwella Effeithlonrwydd?

Iridium tantalum gorchuddio anodes titaniwm yn cynrychioli cam sylweddol ymlaen mewn technoleg anod sefydlog o ran dimensiwn (DSA). Mae'r broses orchuddio yn cynnwys dyddodi cymysgedd wedi'i lunio'n ofalus o ocsidau iridiwm a thantalwm ar y swbstrad titaniwm, fel arfer trwy ddadelfennu thermol halwynau rhagflaenydd neu ddulliau electrodyddodiad [5].

Mae'r gwelliannau effeithlonrwydd a gynigir gan y cotio hwn yn amlochrog:

1. Gweithgaredd Catalytig Gwell: Mae ocsid iridiwm yn adnabyddus am ei briodweddau catalytig rhagorol, yn enwedig ar gyfer adweithiau esblygiad ocsigen (OER). Mae ychwanegu ocsid tantalwm yn sefydlogi'r ocsid iridiwm, gan atal ei ddiddymiad ac ymestyn oes yr anod. Mae'r effaith synergaidd hon yn arwain at arwyneb catalytig hynod weithredol a sefydlog sy'n lleihau'r gorbotensial sy'n ofynnol ar gyfer adweithiau electrocemegol yn sylweddol [6].

2. Dargludedd Cynyddol: Mae cydran iridiwm yr haen yn gwella dargludedd trydanol wyneb yr anod yn sylweddol. Mae'r dargludedd gwell hwn yn lleihau gwrthiant mewnol y gell electrogemegol, gan arwain at ddefnydd ynni is a gwell effeithlonrwydd cyffredinol [7].

3. Gwrthsefyll Cyrydiad: Er bod titaniwm ei hun yn gwrthsefyll cyrydiad, mae'r haen tantalwm iridiwm yn darparu haen ychwanegol o amddiffyniad. Mae hyn yn arbennig o bwysig mewn electrolytau ymosodol neu wrth ddelio â dwyseddau cerrynt uchel. Mae'r haen yn gweithredu fel rhwystr, gan atal y titaniwm oddi tano rhag dod i gysylltiad uniongyrchol â'r electrolyt ac felly'n ymestyn oes weithredol yr anod [8].

4. Effeithlonrwydd Esblygiad Ocsigen: Mewn prosesau sy'n cynnwys esblygiad ocsigen, fel electrolysis dŵr neu gynhyrchu clorin, mae anodau wedi'u gorchuddio ag iridiwm tantalwm yn dangos perfformiad uwch. Mae'r cotio yn gostwng yr egni actifadu ar gyfer esblygiad ocsigen, gan ganiatáu i'r adwaith fynd rhagddo ar botensialau is ac arwain at arbedion ynni sylweddol [9].

5. Llai o Adweithiau Sgil: Mae detholusrwydd uchel yr haen tantalwm iridiwm ar gyfer adweithiau dymunol yn helpu i leihau adweithiau sgil diangen. Mae hyn nid yn unig yn gwella effeithlonrwydd y broses sylfaenol ond hefyd yn lleihau ffurfio sgil-gynhyrchion, gan arwain at burdeb cynnyrch uwch a chynhyrchu llai o wastraff [10].

Mae cyfuniad y ffactorau hyn yn arwain at anodau sydd nid yn unig yn perfformio'n well ond sydd hefyd yn para'n hirach. Mae'r effeithlonrwydd gwell yn trosi i gostau gweithredu is, llai o ddefnydd o ynni, ac ôl troed amgylcheddol llai. Mae'r manteision hyn wedi gwneud anodau titaniwm wedi'u gorchuddio ag iridiwm tantalwm yn gynyddol boblogaidd ar draws amrywiol ddiwydiannau [11].

Cymwysiadau Anodau Titaniwm wedi'u Gorchuddio ag Iridiwm Tantalwm mewn Prosesau Electrogemegol

Amlbwrpasedd iridiwm anodau titaniwm wedi'u gorchuddio â tantalwm wedi arwain at eu mabwysiadu mewn ystod eang o brosesau electrocemegol:

1. Diwydiant Clor-Alcali: Wrth gynhyrchu clorin, sodiwm hydrocsid, a hydrogen trwy electrolysis heli, mae'r anodau hyn wedi dod yn safon. Mae eu heffeithlonrwydd uchel wrth esblygu clorin, ynghyd â'u gwrthwynebiad i'r amgylchedd clorin cyrydol, yn eu gwneud yn ddelfrydol ar gyfer y cymhwysiad hwn. Mae defnyddio'r anodau hyn wedi lleihau'r defnydd o ynni mewn gweithfeydd clor-alcali ledled y byd yn sylweddol [12].

2. Trin Dŵr: Mewn prosesau ocsideiddio uwch ar gyfer trin dŵr gwastraff, mae anodau wedi'u gorchuddio ag iridiwm tantalwm yn rhagori wrth gynhyrchu ocsidyddion pwerus fel radicalau hydroxyl ac osôn. Mae'r ocsidyddion hyn yn diraddio llygryddion organig cymhleth yn effeithiol, gan gynnwys fferyllol a phlaladdwyr, sy'n gallu gwrthsefyll dulliau trin confensiynol. Mae sefydlogrwydd yr anodau yn yr amgylcheddau ymosodol hyn yn sicrhau perfformiad cyson dros gyfnodau hir [13].

3. Electroplatio: Mae'r dosbarthiad cerrynt unffurf a ddarperir gan yr anodau hyn yn hanfodol mewn cymwysiadau electroplatio. Maent yn galluogi rheolaeth fanwl gywir dros y broses blatio, gan arwain at orchuddion unffurf o ansawdd uchel. Mae diwydiannau sy'n amrywio o fodurol i electroneg yn elwa o'r gorffeniad gwell a'r diffygion llai mewn cydrannau platiog [14].

4. Adfer Metel: Mewn prosesau hydrometelegol ar gyfer adfer metelau gwerthfawr a sylfaen o fwynau neu ddeunyddiau wedi'u hailgylchu, mae anodau wedi'u gorchuddio ag iridiwm tantalwm yn chwarae rhan hanfodol. Mae eu heffeithlonrwydd esblygiad ocsigen uchel a'u gwrthwynebiad i gyrydiad yn eu gwneud yn addas i'w defnyddio mewn toddiannau trwytholchi asidig, gan wella cyfraddau adfer metel ac economeg prosesau [15].

5. Amddiffyniad Cathodig: Defnyddir yr anodau hyn mewn systemau amddiffyn cathodig cerrynt argraffedig i atal cyrydiad strwythurau metel mawr fel piblinellau, tanciau storio a llongau morol. Mae eu cyfradd defnydd isel a'u gallu i weithredu ar ddwyseddau cerrynt uchel yn eu gwneud yn ddewis ardderchog ar gyfer amddiffyniad cyrydiad hirdymor [16].

6. Synthesis Electrogemegol: Wrth gynhyrchu cemegau a fferyllol purdeb uchel, mae anodau wedi'u gorchuddio ag iridiwm tantalwm yn galluogi adweithiau ocsideiddio dethol. Gellir addasu eu priodweddau catalytig i hyrwyddo llwybrau adwaith penodol, gan arwain at gynnyrch uwch a chynhyrchion purach [17].

7. Storio Ynni: Wrth i ymchwil i dechnolegau storio ynni uwch fynd rhagddi, mae'r anodau hyn yn cael eu defnyddio mewn batris llif a systemau storio ynni electrocemegol eraill. Mae eu sefydlogrwydd a'u heffeithlonrwydd yn cyfrannu at well oes cylchred a dwysedd ynni yn y technolegau sy'n dod i'r amlwg hyn [18].

Ai Anodau Titaniwm wedi'u Gorchuddio â Tantalwm Iridiwm yw Dyfodol Electrolysis?

Mae dyfodol electrolysis wedi'i gysylltu'n agos â datblygu deunyddiau electrod mwy effeithlon a chynaliadwy. Iridium tantalum gorchuddio anodes titaniwm mewn sefyllfa dda i chwarae rhan sylweddol yn y dyfodol hwn oherwydd sawl ffactor:

1. Cynaliadwyedd: Wrth i ddiwydiannau ledled y byd ganolbwyntio ar leihau eu heffaith amgylcheddol, mae effeithlonrwydd ynni a hirhoedledd yr anodau hyn yn cyd-fynd yn dda â nodau cynaliadwyedd. Gall eu defnydd arwain at ostyngiadau sylweddol yn y defnydd o ynni ac allyriadau nwyon tŷ gwydr cysylltiedig [19].

2. Addasrwydd: Gellir mireinio cyfansoddiad a strwythur y cotio ar gyfer cymwysiadau penodol, gan wneud yr anodau hyn yn addasadwy iawn i dechnolegau a phrosesau sy'n dod i'r amlwg. Mae'r hyblygrwydd hwn yn sicrhau eu bod yn berthnasol wrth i gymwysiadau electrocemegol newydd gael eu datblygu [20].

3. Hyfywedd Economaidd: Er y gall cost gychwynnol anodau wedi'u gorchuddio â tantalwm iridiwm fod yn uwch na rhai dewisiadau eraill, mae eu manteision economaidd hirdymor o ran costau ynni is, gofynion cynnal a chadw is, a hyd oes estynedig yn eu gwneud yn fwyfwy deniadol o safbwynt cyfanswm cost perchnogaeth [21].

4. Ymchwil Barhaus: Mae ymdrechion ymchwil parhaus yn canolbwyntio ar wella perfformiad yr anodau hyn ymhellach. Mae meysydd ymchwilio yn cynnwys:

• Haenau nanostrwythuredig i gynyddu'r arwynebedd gweithredol ac effeithlonrwydd catalytig [22].
• Cyfansoddiadau cotio amgen sy'n cynnal neu'n rhagori ar berfformiad cyfredol wrth leihau dibyniaeth ar fetelau gwerthfawr prin [23].
• Technegau gweithgynhyrchu uwch i wella glynu wrth haenau ac unffurfiaeth [24].

5. Ehangu Cymwysiadau: Wrth i ddiwydiannau fel cynhyrchu hydrogen, lleihau CO2, a thrin dŵr uwch dyfu, disgwylir i'r galw am anodau perfformiad uchel gynyddu. Mae anodau titaniwm wedi'u gorchuddio ag iridiwm tantalwm yn addas iawn i ddiwallu'r anghenion sy'n dod i'r amlwg hyn [25].

Fodd bynnag, mae heriau'n parhau. Mae prinder a chost iridiwm yn peri cyfyngiadau posibl ar fabwysiadu eang. Mae ymchwil i ddeunyddiau amgen neu ffyrdd o leihau cynnwys iridiwm wrth gynnal perfformiad yn hanfodol ar gyfer cynaliadwyedd hirdymor yr anodau hyn [26].

Casgliad

Mae anodau titaniwm, yn enwedig y rhai sydd wedi'u gorchuddio ag iridiwm a thantalwm, wedi trawsnewid tirwedd prosesau electrocemegol. Mae eu heffeithlonrwydd, eu gwydnwch a'u hyblygrwydd eithriadol yn eu gwneud yn anhepgor mewn nifer o ddiwydiannau, o gynhyrchu cemegol traddodiadol i dechnolegau amgylcheddol arloesol.

Wrth i ni edrych tua'r dyfodol, mae rôl yr anodau hyn yn debygol o ehangu ymhellach. Mae eu gallu i alluogi prosesau electrogemegol mwy effeithlon a chynaliadwy yn cyd-fynd yn berffaith ag ymdrechion byd-eang i leihau'r defnydd o ynni a lleihau'r effaith amgylcheddol. Mae ymchwil a datblygu parhaus yn addo datgloi potensial hyd yn oed yn fwy, a allai arwain at ddatblygiadau arloesol mewn storio ynni, trin dŵr, a synthesis cemegol.

Er bod angen mynd i'r afael â heriau fel prinder deunyddiau a chost, mae trywydd iridium tantalum gorchuddio anodes titaniwm yn pwyntio at ddyfodol lle mae prosesau electrogemegol yn fwy effeithlon, yn fwy cynaliadwy, ac yn fwy annatod i ddatrys heriau byd-eang. Wrth i dechnoleg fynd rhagddi, bydd yr anodau hyn yn ddiamau yn parhau i chwarae rhan allweddol wrth lunio dyfodol electrolysis a thu hwnt.

Os oes gennych ddiddordeb mewn cynhyrchion Xi'an Taijin New Energy Technology Co, Ltd, cysylltwch â yangbo@tjanode.com.

Cyfeiriadau:

[1] Trasatti, S. (2000). Electrocatalysis: deall llwyddiant DSA®. Electrochimica Acta, 45(15-16), 2377-2385.

[2] Beer, HB (1980). Dyfeisio a datblygu diwydiannol anodau metel. Cylchgrawn y Gymdeithas Electrogemegol, 127(8), 303C.

[3] Martelli, GN, Ornelas, R., a Faita, G. (1994). Mecanweithiau dadactifadu anodau sy'n esblygu ocsigen ar ddwyseddau cerrynt uchel. Electrochimica Acta, 39(11-12), 1551-1558.

[4] Xu, L., a Xiao, Y. (2015). Adolygiad o briodweddau electrocatalytig anodau sefydlog o ran dimensiwn sy'n seiliedig ar Ti ar gyfer esblygiad ocsigen. International Journal of Electrochemical Science, 10, 7684-7700.

[5] Ardizzone, S., a Trasatti, S. (1996). Priodweddau rhyngwynebol ocsidau gydag effaith dechnolegol mewn electrocemeg. Advances in Colloid and Interface Science, 64, 173-251.

[6] Xu, L., Xiao, Y., van Sandwijk, A., Xu, Q., a Yang, Y. (2015). Cynhyrchu hydrogen pur iawn drwy electrolysis sodiwm hydrocsid: Cymhariaeth o anodau IrO2-RuO2/Ti ac IrO2-Ta2O5/Ti. Energy & Fuels, 29(12), 8037-8045.

[7] Chen, R., Trieu, V., Zeradjanin, AR, a Natter, H. (2020). Anodau ocsid cymysg IrO2-TiO2 wedi'u paratoi yn y fan a'r lle gyda pherfformiad gwell yn yr adwaith esblygiad ocsigen. Electrochimica Acta, 344, 136166.

[8] Hu, JM, Zhang, JQ, a Cao, CN (2004). Adwaith esblygiad ocsigen ar electrodau math DSA® sy'n seiliedig ar IrO2: dadansoddiad cineteg o linellau Tafel ac EIS. International Journal of Hydrogen Energy, 29(8), 791-797.

[9] Reier, T., Oezaslan, M., a Strasser, P. (2012). Adwaith esblygiad ocsigen electrocatalytig (OER) ar gatalyddion Ru, Ir, a Pt: astudiaeth gymharol o nanoronynnau a deunyddiau swmp. ACS Catalysis, 2(8), 1765-1772.

[10] Xu, L., a Xiao, Y. (2015). Adolygiad o briodweddau electrocatalytig anodau sefydlog o ran dimensiwn sy'n seiliedig ar Ti ar gyfer esblygiad ocsigen. International Journal of Electrochemical Science, 10, 7684-7700.

[11] Trasatti, S. (1984). Electrocatalysis yn esblygiad anodig ocsigen a chlorin. Electrochimica Acta, 29(11), 1503-1512.

[12] O'Brien, TF, Bommaraju, Teledu, & Hine, F. (2005). Llawlyfr technoleg clor-alcali. Gwyddoniaeth a Chyfryngau Busnes Springer.

[13] Martínez-Huitle, CA, & Ferro, S. (2006). Ocsidiad electrocemegol o lygryddion organig ar gyfer trin dŵr gwastraff: prosesau uniongyrchol ac anuniongyrchol. Adolygiadau Cymdeithas Cemegol, 35(12), 1324-1340.

[14] Walsh, FC, & Ponce de León, C. (2014). Adolygiad o electrodeposition haenau cyfansawdd matrics metel trwy gynnwys gronynnau mewn haen fetel: technoleg sefydledig ac arallgyfeirio. Trafodion yr IMF, 92(2), 83-98.

[15] Moats, MS, a Free, ML (2007). Dyfodol disglair ar gyfer electro-ennill copr. JOM, 59(10), 34-36.

[16] Shreir, LL, Jarman, RA, a Burstein, GT (Golygyddion). (1994). Cyrydiad: adweithiau metel/amgylchedd (Cyfrol 1). Elsevier.

[17] Simond, O., Schaller, V., a Comninellis, C. (1997). Model damcaniaethol ar gyfer ocsidiad anodig organig ar electrodau ocsid metel. Electrochimica Acta, 42(13-14), 2009-2012.

[18] Skyllas-Kazacos, M., Chakrabarti, MH, Hajimolana, SA, Mjalli, FS, & Saleem, M. (2011). Cynnydd mewn ymchwil a datblygu batri llif. Cylchgrawn y Gymdeithas Electrocemegol, 158(8), R55.

[19] Botte, GG (2014). Gweithgynhyrchu electrogemegol yn y diwydiant cemegol. Rhyngwyneb Cymdeithas Electrogemegol, 23(3), 49-55.

[20] Trasatti, S. (2000). Electrocatalysis: deall llwyddiant DSA®. Electrochimica Acta, 45(15-16), 2377-2385.

[21] Kraft, A. (2007). Diemwnt wedi'i dopio: adolygiad cryno ar ddeunydd electrod newydd, amlbwrpas. International Journal of Electrochemical Science , 2, 355-385.

[22] Wang, Y., Zou, L., a Huang, Q. (2020). Datblygiadau mewn dylunio a chymwysiadau electrocatalyddion nanostrwythuredig ar gyfer adwaith esblygiad ocsigen. ChemElectroChem, 7(8), 1838-1866.

[23] McCrory, CC, Jung, S., Peters, JC, a Jaramillo, TF (2013). Meincnodi electrocatalyddion heterogenaidd ar gyfer yr adwaith esblygiad ocsigen. Journal of the American Chemical Society, 135(45), 16977-16987.

[24] Zhang, C., Fagan, RD, Smith, RD, Moore, SA, Berlinguette, CP, a Trudel, S. (2009). Mapio perfformiad catalyddion ocsideiddio dŵr ocsid metel teiran amorffaidd sy'n cynnwys alwminiwm. Journal of Materials Chemistry A, 3(2), 756-761.

[25] Carmo, M., Fritz, DL, Mergel, J., a Stolten, D. (2013). Adolygiad cynhwysfawr ar electrolysis dŵr PEM. International Journal of Hydrogen Energy, 38(12), 4901-4934.

[26] Vesborg, PC, a Jaramillo, TF (2012). Mynd i'r afael â her y terawat: graddadwyedd yn y cyflenwad o elfennau cemegol ar gyfer ynni adnewyddadwy. RSC Advances, 2(21), 7933-7947.