Iridium Tantal Titanium Anode Producent og leverandør i Kina

MMO Iridium-Tantal-Titanium-anode, også kendt som en blandet metaloxid-iridium-tantal-belagt titaniumanode eller størrelsesstabil anode (DSA®), er et avanceret kerneelektrodemateriale til industriel elektrolyse. Det bruger Gr1/Gr2-titanium af høj renhed, der overholder ASTM B265-standarderne, som substrat og sintrer en nanoskala IrO₂-Ta₂O₅ (iridiumdioxid - tantalpentoxid) kompositkatalytisk belægning på titansubstratoverfladen ved hjælp af højtemperatur termisk nedbrydningsteknologi. Det er globalt anerkendt som benchmark-anodematerialet til stærkt sure iltudviklingsforhold med høj strømdensitet. Kerneteknologien stammer fra patentsystemet fra De Nora, den globale leder inden for elektrokemi og opfinderen af ​​DSA-anoden.

DSA står for dimensionsstabil anode. Opfundet i 1965 af det italienske firma De Nora, refererer det specifikt til en uopløselig anode med et titansubstrat og en overfladebelægning af ædelmetaloxider til katalytisk virkning. Dens kerneegenskaber er, at den ikke deformeres under elektrolyse, opretholder stabil katalytisk aktivitet og udviser ekstremt høj korrosionsbestandighed.

Iridium-tantal-titanium-anoder repræsenterer kernekategorien af ​​DSA-anoder og kan prale af de højeste teknologiske barrierer og tilpasningsevne til de mest ekstreme driftsforhold. Specifikt optimeret til iltudviklingsreaktionen (OER) er det et vigtigt opgraderingsprodukt inden for DSA-anoder, der erstatter traditionelle bly- og grafitanoder.

Kerneprincippet er den synergistiske effekt af iridium og tantal.

Katalytisk effekt: IrO₂ er en af ​​de optimale katalysatorer til iltudviklingsreaktionen (OER) i sure miljøer. Ved en strømtæthed på 1 A/dm² er dens iltudviklingsoverpotentiale kun 0.22 V, hvilket er langt lavere end for traditionelle bly- og grafitanoder, hvilket reducerer den elektrolytiske cellespænding og energiforbruget betydeligt.

Stabilitet: Ta₂O₅ besidder ekstremt stærk kemisk inertitet og korrosionsbestandighed og danner en stabil fast opløsningsstruktur med IrO₂, hvilket hæmmer opløsningen af ​​den aktive iridiumkomponent i sure miljøer.

Kernegrundlaget er ASTM B265-22, “Standardspecifikation for titan- og titanlegeringsplader, -plader og -strimler,” og kinesisk GB/T 3620.1-2016, “Titan- og titanlegeringer: Kvaliteter og kemiske sammensætninger”:

Korrosionsbestandighed: Gr1/Gr2 rent titanium kan danne en stabil titandioxidpassiveringsfilm i sure og oxiderende elektrolytter, der udviser en korrosionsbestandighed, der er langt bedre end titanlegeringer som Gr5, og forhindrer anodisk svigt forårsaget af elektrolytterosion af substratet.

Belægningsadhæsion: Efter sandblæsning og syrebejdsning udviser det rene titansubstrat en stærkere adhæsion til iridium-tantaloxidbelægningen og når ≥25 MPa. Legeringselementer i titanlegeringer kan forårsage porøsitet og revner under sintring af belægningen, hvilket reducerer adhæsionen betydeligt.

Ledningsevne: Gr1/Gr2 rent titanium har lavere resistivitet og mere stabil ledningsevne, hvilket reducerer det ohmske spændingsfald under elektrolyse og yderligere sænker energiforbruget.

Under standard testbetingelser (1 A/dm², 1 mol/L H₂SO₄, vs. SHE) er iltudviklingspotentialet for W-titanium-iridium-tantalum-titanium-anoden 1.45 V, med et iltudviklingsoverpotentiale på kun 0.22 V.

Den har betydelige fordele sammenlignet med andre almindelige anoder:

Overpotentialet er 0.2-0.3 V lavere end for blyanoder, hvilket resulterer i en reduktion på 15%-20% i elektrolytcellens spænding og en direkte reduktion af energiforbruget.

Overpotentialet er 0.25 V lavere end for blydioxid-titanium-anoder, hvilket reducerer energiforbruget med mere end 20 %.

Overpotentialet er mere end 0.25 V lavere end for grafitanoder, samtidig med at man undgår de opløsnings- og tabsproblemer, der er forbundet med grafitanoder.

Iridium-tantal-titanium-anoder er stabilt kompatible med elektrolytmiljøer i hele pH-området fra 0-14. De er blandt de meget få industrielle anoder, der i øjeblikket er tilgængelige, og som samtidig kan modstå stærke syrer, stærke baser og neutrale medier.

Stærkt syremiljø: De kan fungere stabilt i længere perioder i stærke oxiderende syrer såsom kromsyre, svovlsyre og salpetersyre ved pH 0-3 uden opløsning af belægningen eller korrosion af substratet.

Alkalisk miljø: De kan fungere stabilt i stærkt alkaliske elektrolytter ved pH 12-14, mens blydioxidanoder hurtigt vil svigte i miljøer med pH > 6.

Neutralt miljø: De udviser også fremragende stabilitet i havvand og neutrale saltopløsninger, hvilket gør dem velegnede til katodisk beskyttelse, afsaltning af havvand og andre anvendelser.

Det nominelle driftsstrømtæthedsområde for iridium-tantal-titanium-anoder er 0.5-50 A/dm². Dette er et af de bredeste tilpasningsområder for strømtæthed blandt industrielle anoder, der i øjeblikket er tilgængelige.

Blyanoder har en nominel strømtæthed på kun 1-10 A/dm²; overskridelse af denne grænse vil forårsage hurtig deformation og opløsning.

Grafitanoder har en nominel strømtæthed på kun 1-5 A/dm²; høje strømme vil forårsage hurtig slaggedannelse og slid.

Ruthenium-iridium-titanium-anoder har en nominel strømtæthed på 0.5-30 A/dm²; høje strømme øger belægningens slidhastighed betydeligt.

Under specielt tilpassede forhold kan iridium-tantal-titanium-anoder modstå strømstød på op til 100 A/dm² i korte perioder.

Accelereret levetidstest (også kaldet accelereret levetidstest) er den centrale standardmetode i branchen til evaluering af levetiden og belægningsstabiliteten af ​​iridium-tantal-titanium-anoder. Den i øjeblikket globalt accepterede autoritative standard er ISO 19097-2:2018, “Accelereret levetidstestmetode for blandede metaloxidanoder til katodisk beskyttelse”.

De branchestandardiserede testbetingelser er:

Elektrolyt: 1 mol/L H₂SO₄ svovlsyreopløsning;

Teststrømtæthed: 2 A/dm² (10 A/dm² for nogle strenge tests);

Testtemperatur: Stuetemperatur (25±2℃);

Fejlbestemmelse: Når cellespændingen stiger med 1.5 V fra den oprindelige værdi, anses anoden for at være defekt. Den kumulative elektrolysetid er den accelererede levetid.

Under standard testforhold er den accelererede levetid for iridium-tantal-titanium-anoder ≥1500 timer, hvilket svarer til en levetid på 15,000-30,000 timer under faktiske driftsforhold.

Under nominelle driftsforhold kan den faktiske levetid for en iridium-tantal-titanium-anode nå op på 15,000-30,000 timer, hvilket er 5-10 gange levetiden for en blyanode og 15-30 gange levetiden for en grafitanode.

Kernefaktorer, der påvirker anodens levetid (rangeret efter påvirkningsgrad):

Fluoridioner i elektrolytten: Fluoridioner beskadiger passiveringsfilmen på titansubstratet, hvilket fører til hurtig substratkorrosion og afskalning af belægningen, hvilket gør det til den mest kritiske faktor, der påvirker levetiden.

Driftsstrømtæthed: For hver fordobling af strømtætheden øges belægningens slidhastighed med 3-5 gange. Drift over den nominelle strøm vil forkorte levetiden betydeligt.

Elektrolyttemperatur: For hver 10°C stigning i elektrolyttemperaturen øges belægningens korrosionshastighed med cirka 2 gange. Langvarig drift over temperaturen vil fremskynde svigt.

Omvendt strøm: Hyppig omvendt strømforsyning og manglende afbrydelse af strømmen under nedlukning vil reducere oxiderne i belægningen, hvilket resulterer i afskalning og svigt af belægningen.

Mekanisk skade: Stød og friktion under installation og brug kan beskadige overfladebelægningen, hvilket fører til hurtig lokal svigt.

Fluoridioner vil forårsage alvorlig og uoprettelig skade på iridium-tantal-titanium-anoden. Denne konklusion er blevet bekræftet af den autoritative artikel “Degradation of Iridium-Tantalum Oxide-Coated Titanium Anodes in Fluorinated Sulfuric Acid Solution” fra University of Arizona.

Korrosionsmekanisme for fluoridioner: Fluoridioner trænger ind i belægningens porer og reagerer med passiveringsfilmen (TiO₂) på titansubstratets overflade for at danne opløselige fluorid-titankomplekser, hvilket ødelægger passiveringsfilmen. Dette fører til hurtig korrosion af titansubstratet og blæredannelse og afskalning af belægningen. Samtidig reagerer fluoridioner også med IrO₂ og Ta₂O₅ for at danne opløselige produkter, hvilket fremskynder tabet af aktive komponenter.

Maksimalt tilladt indhold: Under normale driftsforhold anbefales det, at fluoridionindholdet i elektrolytten er ≤5 ppm. Overskridelse af denne koncentration vil fremskynde anodefejl betydeligt.

Når fluoridionkoncentrationen når 1 ppm, kan den accelererede levetid for iridium-tantal-titanium-anoden reduceres med 82%.

Hvis fluoridionindholdet under driftsforholdene overstiger 50 ppm, skal en speciel anti-fluoridbelægningsanode tilpasses, da almindelige iridium-tantal-titaniumanoder ikke kan fungere stabilt i lang tid.

Industristandarden for vedhæftning mellem belægningen og substratet for iridium-tantal-titanium-anoder er ≥20 MPa, mens vedhæftningen for W-titanium-iridium-tantal-titanium-anoder konsekvent er over 25 MPa.

Forbehandling af substrat: Titansubstratet gøres først ru ved brun korundblæsning, efterfulgt af højtemperaturætsning med oxalsyre for at danne en ensartet mikroru overflade, hvilket øger kontaktarealet mellem belægningen og substratet og giver mekanisk forankring af belægningen.

Optimering af belægningsformulering: Det optimale iridium-tantal-forhold på 7:3, som er industristandard, anvendes. Belægningen udføres ved hjælp af en nanoskala-forløberopløsning for at sikre ensartet belægningssammensætning og en metallurgisk binding med titansubstratet i stedet for simpel fysisk vedhæftning.

Højtemperatursintring: Der anvendes gradvis højtemperatursintring ved 480-520 ℃. Hvert belægningslag sintres én gang, gentaget 10-20 gange, for at sikre en stærk kemisk binding mellem belægningen og titansubstratet, samtidig med at intern spænding i belægningen elimineres og revner og afskalning under brug forhindres.

Nej, et højere iridiumindhold er ikke nødvendigvis bedre.

Det industrielt anerkendte optimale molforhold for iridium-tantal-belægninger er Ir:Ta = 7:3. Ved dette forhold danner IrO₂ og Ta₂O₅ en stabil rutil fast opløsningsstruktur, der balancerer katalytisk aktivitet og levetid.

Hvis iridiumindholdet er for højt, vil den stabiliserende effekt af Ta₂O₅ i belægningen være utilstrækkelig. Belægningen vil opløses hurtigt i sure miljøer, hvilket reducerer levetiden og øger omkostningerne betydeligt.

Hvis iridiumindholdet er for lavt, vil belægningens katalytiske aktivitet være utilstrækkelig, hvilket fører til et øget overpotentiale for iltudvikling, en betydelig stigning i elektrolyseenergiforbruget og et fald i strømeffektiviteten.

Wstitanium kan tilpasse det optimale iridiumindhold og belægningstykkelsen i henhold til de faktiske driftsforhold, hvilket sikrer levetiden og samtidig kontrollerer omkostningerne for dig.

Iridium-tantal-titanium-anoden har en moderat modstand i modstrøm. Denne ydeevne opfylder specifikationerne i de tekniske hvidbøger fra brancheledere som DeNora og Taijin New Energy.

Skademekanismen ved omvendt strøm til anoden: Når en omvendt strøm flyder gennem anoden, vendes elektrodens polaritet. Iridium-tantal-titan-anoden bliver katoden. IrO₂- og Ta₂O₅-oxiderne på overfladen reduceres til metalliske elementer, hvilket ødelægger belægningens faste opløsningsstruktur, hvilket fører til revner, blæredannelse og afskalning af belægningen. Samtidig absorberer titansubstratets overflade hydrogen, hvilket forårsager hydrogenskørhed og fører til revner i substratet.

Anbefaling: Langvarig omvendt strøm er strengt forbudt. Omvendt strømtæthed må ikke overstige 10 % af den nominelle driftsstrøm.

Når elektrolytcellen slukkes, skal strømforsyningen først afbrydes, og derefter skal elektrolytcirkulationen stoppes for at undgå modstrømsgenerering.

Hvis der forekommer hyppig modstrøm under driftsforholdene, kan anoder med en speciel modstrømsresistent belægning tilpasses.

Iridium-tantal-titanium-anoder, med deres kernefordele ved fuld pH-kompatibilitet, lav iltudviklingspotentiale, ultralang levetid og stærk korrosionsbestandighed, er blevet et af de foretrukne materialer til avancerede elektrolyseapplikationer verden over.

Elektropletteringsindustri: Hårdforkromning, dekorativ forkromning, dannelse af aluminiumsfolie, ædelmetalplettering, præcisionselektroplettering af elektroniske komponenter osv.

Miljøbeskyttelsesindustri: Industriel behandling af organisk spildevand, behandling af tungmetaller, behandling af perkolat fra lossepladser, avancerede elektrokemiske oxidationsprocesser (AOP'er).

Elektrometallurgisk industri: Elektrolytisk udvinding af ikke-jernholdige metaller såsom kobber, nikkel, kobolt og zink, elektrolytisk raffinering, hydrometallurgi, genvinding af ædelmetaller.

Ny energiindustri: PEM-protonbytningsmembran-vandelektrolyse til brintproduktion, vandelektrolyse til iltproduktion, udstyr til understøttelse af brintenergi.

Korrosionsbeskyttelsesindustri: Katodisk beskyttelse med påtrykt strøm til havvand, jord og ferskvandsmiljøer; korrosionsbeskyttelse til skibe, dokker, rørledninger og lagertanke.

Andre industrier: elektrolytisk syntese, genbrug af PCB-ætsningsopløsning, produktionslinje til farvebelagte plader, elektrolytisk polering osv.

5 kernedimensioner til hurtig vurdering af anodekvalitet:

1. Belægningens udseende: Anoder af høj kvalitet har en ensartet belægningsfarve, der fremstår dyb sort eller gråsort. Overfladen er fri for små huller, buler, revner, eksponeret titanium og tydelige farveforskelle. Anoder af ringere kvalitet har ujævn belægningsfarve, små huller, buler og lokalt eksponeret titanium.

2. Testrapport for forlænget levetid: Producenter skal fremlægge en testrapport for forlænget levetid fra en tredjeparts autoritativ institution eller deres eget laboratorium. Under standard testforhold er den forlængede levetid for en anode af høj kvalitet ≥1000 timer; anoder under 500 timer betragtes som produkter af ringere kvalitet.

3. Titansubstrat: Anoder af høj kvalitet bruger TA1/TA2-titanium med høj renhed, der overholder ASTM B265-standarderne. Anoder af ringere kvalitet bruger genbrugt titanium eller titanlegeringer, som har et højt indhold af urenheder, dårlig korrosionsbestandighed og er tilbøjelige til passiveringsfejl.

4. Belægningsadhæsion: Belægningsadhæsionen for anoder af høj kvalitet er ≥20 MPa, hvilket let kan verificeres ved hjælp af tværsnitsadhæsionstest og bøjningstest. En kvalificeret anode vil ikke skalle af eller revne efter bøjning. Anoder af ringere kvalitet vil have store områder med belægning, der skaller af efter bøjning.

5. Fokuser ikke kun på lave priser: Kerneomkostningerne ved iridium-tantal-titanium-anoder er ædelmetallet iridium. Produkter, der er prissat langt under markedsgennemsnittet, har uundgåeligt utilstrækkeligt iridiumindhold og belægningsmaterialer af underlødig kvalitet, hvilket resulterer i en betydeligt forkortet levetid.