Platina{0}}bevonatú titán anódok: hordozó kiválasztása, bevonat vastagsága és élettartama

Hogyan működik a platina{0}}titán anód

A platina titán anód egy kompozit elektróda: a titán szubsztrát viseli a mechanikai és elektromos feladatokat, és egy vékony platinaréteg biztosítja az elektrokémiai felületet. A kombináció azért létezik, mert egyik fém sem működik egyedül. A platina kimagasló katalitikus aktivitással és korrózióállósággal rendelkezik, de túl sokba kerül szilárd lemezként való használata. A titán olcsó, könnyű és mechanikailag erős, de anódként azonnal passziválódik, és nem vezet.

A bevonat megfordítja ezt a viselkedést. A platina magas oxigénfejlődési potenciálja és alacsony hidrogénfejlődési potenciálja kiváló katódanyaggá teszi a hidrogénfejlődéshez, és magas oxigéntúlpotenciálja egyaránt hasznos az alacsony feszültségű cellák anódoldalán, ahol az oxigéntermelés nem kívánatos. A gyakorlatban az elektródát a cella azon oldalára választják ki, amelyet a folyamat megkövetel, és ugyanaz a konstrukció szolgálja mindkét szerepet.

A titán hordozó többet számít, mint azt a legtöbb vásárló elvárná. Az ipari felhasználók négy széles bevonatcsaládba tartozó bevonatos titán anódokat rendelnek: ruténium-iridium kevert fém-oxid, irídium-tantál-oxid, ruténium-iridium-platina keverékek és tiszta platina bevonat. A platina titán anód fényes ezüst{6}}fehér megjelenésű, fémes fényű, ami különbözik az oxid{7}}bevonatú típusok sötét matt felületétől.

Aljzatigény: 1. és 2. osztályú titán

A szubsztrátum ötvözetlen titán, általában 1. vagy 2. osztályú ASTM B265 lemezek és lemezek esetén, vagy ASTM B338 cső- és hálóanyag, a GB/T 3620.1 alatt egyenértékű TA1 és TA2 jelöléssel. Az 1-es fokozatot részesítik előnyben a legigényesebb bevonatoknál, mivel alacsonyabb vas- és oxigéntartalma csökkenti a bevonat határfelületén intermetallikus képződés, valamint a platinaréteg alatti lokális korrózió kockázatát.

Miért csökken a bevonat élettartama, és hogyan lehet lassítani?

Az anód élettartama nem fix szám; ez az elektróda működtetésének függvénye. A domináns összefüggés az áramsűrűség és az élettartam közötti fordított arányosság. Az áramsűrűség megkétszerezése több mint felére csökkenti a bevonat hasznos élettartamát, mivel a platina oldódási sebessége a bevonat felületén alkalmazott potenciállal nő, és a kitett titán passziválása felgyorsul, ha egy lyuk képződik.

Az aljzat minősége a második tényező. Ha a titán nem kellően tiszta, vagy ha a felület előkészítése oxid- vagy szennyeződést hagy maga után, a platinaréteg elveszíti adhézióját, és az alapfém korrodálódik a bevonat alatt. Amint egy hiba kinyílik, a szabaddá vált titán azonnal passziválódik, és az egész elektróda ezen a ponton meghibásodhat, nem pedig fokozatosan a felületen.

Az elektrolitkémia a harmadik és legkevésbé megbocsátó tényező. A titánt megtámadja a fluor, és a fluoridionok kis koncentrációban is tönkreteszik a bevonatos anódot a platinaréteg alól. A cianid és szulfid fajtákat szintén ki kell zárni. Ahol az eljárás nem tudja elkerülni ezeket az ionokat, az anód nem megfelelő elektródtechnológia, és helyette nióbium vagy tantál szubsztrátot kell fontolóra venni, mivel mindkettő sokkal jobban ellenáll a fluoridnak, mint a titán.

A működési fegyelem a többire kiterjed. A polaritás megfordítását időnként szándékosan alkalmazzák a passzivált bevonat eltávolítására a felújítás során, éppen ezért soha nem szabad a használatban lévő anódokra felvinni. Ha egy elektródát elektrolitba merítve hagyunk áram nélkül, az szintén rontja a bevonatot, ezért a cellákat feszültségmentesíteni kell, és együtt kell leereszteni, nem pedig nedvesen hagyni.

Kezelés, tárolás és{0}}szolgáltatási védelem

A platinaréteg vékony, és az azt eltávolító karcolás tartós meghibásodási pontot hoz létre. A bevonattal ellátott anódokat tiszta kesztyűben kell kezelni, és úgy kell tárolni, hogy a felületek ne súrolódhassanak egymáshoz, és soha ne tisztítsák súrolóanyaggal vagy fémeszközökkel. Egy milliméternél kisebb bevonathiba a klorid-elektrolitban kifelé korrodálódik, és elég gyorsan passziválódik ahhoz, hogy napokon belül megemelje a cellafeszültséget.

A tárolási feltételek is számítanak. Az elektródákat szárazon és savas gőzöktől védve kell tartani, a cellából eltávolított anódokat pedig ioncserélt vízzel le kell öblíteni és meg kell szárítani a tárolás előtt. A felületen maradt maradék elektrolit a száradás során koncentrálódik, és megtámadja a bevonat szélét.

Ahol az alkalmazás vízelektrolízist, ionizált víz előállítását vagy sterilizáló víz előállítását foglalja magában, a gyakorlati specifikáció általában az aljzat minősége, az aljzat formája, a platina vastagsága, a bevonat lefedettsége és az áramsűrűség határértéke köré íródik, nem pedig a bevonat kémiájára. A vásárlóknak ragaszkodniuk kell ahhoz, hogy a platinaréteget egységnyi területre vagy vastagságra vonatkoztatva adják meg, mivel a csak jelenlétként feltüntetett bevonat semmit sem mond el a várható élettartamról.

Alkalmazások, ahol a platina titán anódok szabványosak

A hidrogéngeneráló cellák katódként platina{0}}bevonatú titánt használnak, ahol az alacsony hidrogén túlpotenciál alacsonyan tartja a cellafeszültséget. A sterilizáláshoz használt vízionizátorok és elektrolizált vízgenerátorok ugyanazt a konstrukciót használják, gyakran hálóként vagy perforált lemezként, hogy nagy munkaterületet biztosítsanak egy kompakt cellában. Az elektrolizált víz és a hipoklorit előállítása előnyös a platina felületnek, mert elviseli az erősen oxidáló körülményeket az anódnál anélkül, hogy a vegyes fémoxid bevonatoknál tapasztalható gyors ruténiumveszteség jelentkezne.

Ezeken kívül a platina-titán anódok megjelennek a tengervízben lévő acélszerkezetek katódos védelmében, a nemesfém-elektrolitokat használó galvanizáló és fémmegmunkáló cellákban, valamint az ipari szennyvízkezelés elektrokémiai oxidációs celláiban, ahol a szerves terhelést nagy áramsűrűség mellett kell lebontani. Minden alkalmazás más egyensúlyt alakít ki a platina terhelése és az üzemi áramsűrűség között, és ezt az egyensúlyt az anód szállítójával a cella megépítése előtt kell egyeztetni, nem pedig az első üzembe helyezés után.

Gyakran Ismételt Kérdések

Q:Milyen minőségű titánt használnak platina bevonatú anód hordozójaként?
V: 1. vagy 2. fokozatú ötvözetlen titán az ASTM B265 szerint, vagy TA1 és TA2 a GB/T 3620.1 szabvány szerint. Az 1. fokozatot részesítik előnyben a kritikus bevonatoknál, mivel alacsonyabb intersticiális tartalma stabilabb kötést biztosít a platinaréteggel.

Q:Milyen vastag a platinaréteg egy titán anódon?
V: A legtöbb ipari elektróda 1,5 és 5 mikron közötti platinát használ. A pontos terhelést úgy választjuk meg, hogy az megfeleljen a szükséges élettartamnak és a megengedett áramsűrűségnek, és vastagságban vagy területegységenkénti platina tömegben kell megadni.

Q:Milyen ionokat kell kerülni az elektrolitban?
V: Fluorid, cianid és szulfid. A fluor a legkárosabb, mert megtámadja a bevonat alatti titán szubsztrátot, és nem csökkenthető a platina vastagságának növelésével.

Q:Használható-e katódként platina titán anód?
V: Igen. A platina az alacsony hidrogénfejlődési túlpotenciált és a magas oxigénfejlődési túlpotenciált ötvözi, így hatékony katódanyag a hidrogéntermeléshez. Az adott feladathoz gyakran ugyanazt az elektródát választják ki.

Q:Mi csökkenti leginkább az anód élettartamát normál üzemben?
V: Túl nagy áramsűrűség. A bevonat élettartama fordítottan arányos az áramsűrűséggel, ezért a platinaréteg fogyasztásának leggyorsabb módja egy elektróda névleges sűrűsége feletti működtetése.

Q:Elfogadható-e a polaritás felcserélése a szolgáltatásban?
V: Nem. A megfordítást a felújítás során a passzivált bevonat eltávolítására használják, és normál működés közben soha nem szabad anódra felvinni, mert felgyorsítja a platinaréteg feloldódását.