Ruthenium Iridium Titanium Anode

Når strøm flyder gennem en elektrolytopløsning og udløser en redoxreaktion, bestemmer anodens ydeevne direkte reaktionseffektiviteten, produktets renhed og den økonomiske levedygtighed. I den elektrokemiske industri har elektrodematerialer udviklet sig fra grafit og blybaserede legeringer, hvilket i sidste ende har ført til udviklingen af ​​den "fremragende" ruthenium-iridium-titanium-anode.

Denne kompositelektrode, baseret på industrielt rent titanium og belagt med ruthenium-iridiumoxid, balancerer perfekt katalytisk aktivitet, korrosionsbestandighed og mekanisk stabilitet og omformer dermed produktionsmetoder i kerneområder som klor-alkaliindustrien, ny energiudvikling og miljøforvaltning.

1. Fremragende elektrokemisk ydeevne

Den centrale konkurrenceevne for ruthenium-iridium-titanium anode ligger i dets ekstremt lave overpotentialer for klor- og iltudvikling. Rutheniumoxid fungerer som en accelerator for klorudviklingsreaktionen. Det reducerer reaktionsspændingen betydeligt i saltlageelektrolyse, hvilket reducerer strømforbruget pr. ton kaustisk soda med 10%-20%. Iridiumoxid optimerer aktiviteten af ​​iltudviklingsreaktionen, reducerer overpotentialet til 0.25 V i vandelektrolyse til brintproduktion, øger brintproduktionseffektiviteten med 40%-60% og opnår en brintrenhed på 99.99%. Denne høje katalytiske effektivitet resulterer i betydelige fordele med hensyn til strømeffektivitet, der overstiger 95% i klor-alkaliindustrien. Ved galvanisering kan metalionaflejringshastigheden kontrolleres inden for ±1%.

2. Ekstremt korrosionsbestandig

Titansubstratet er konstrueret af industrielt rent TA1/TA2 titanium, som tilbyder korrosionsbestandighed, der langt overstiger rustfrit ståls, og har en densitet på kun 60% af stål. Det kan fungere stabilt og langvarigt i ekstreme sure og alkaliske miljøer med et pH-område på 0-14. Efter sintring ved 500-600°C danner ruthenium-iridiumoxidbelægningen en tæt binding med substratet og opnår vedhæftningsniveauer i henhold til ASTM D3359 Klasse B. I korrosive miljøer med kloridionkoncentrationer på op til 5% udviser belægningen en årlig slidhastighed på kun 0.07 μm. Ved at forbedre belægningsformlen med tilsætning af elementer som tantal og tin forsinkes oxidopløsning og passivering yderligere, hvilket gør det muligt for anoden at fungere stabilt i over 4,000 timer under normale driftsforhold, med en levetid på tre til fem gange så lang som traditionelle blyanoder. Med ekstrem optimering kan dette forlænges til over seks år.

3. Fremragende dimensionsstabilitet

Titansubstratets høje styrke sikrer, at elektroden ikke deformeres eller opløses under elektrolyse, med en gabændringshastighed på mindre end 0.1% om året, hvilket giver et stabilt miljø med millimeterpræcision for reaktionen. Sammenlignet med traditionelle blybaserede anoder eliminerer ruthenium-iridium-titaniumanoder risikoen for kontaminering med tungmetalopløsning og eliminerer dermed fuldstændigt risikoen for overdreven bly i produkter eller vand i applikationer som galvanisering og drikkevandsbehandling. Desuden muliggør det modulære design tilpasning i en række forskellige former og tilpasning til forskellige elektrolytiske cellekonfigurationer. Genvindingsgraden for ædelmetaller fra brugte elektroder når 98%.

4. Betydelig omkostningseffektivitet

Trods brugen af ​​ædelmetalbelægninger som ruthenium og iridium er den samlede pris for ruthenium-iridium-titanium-anoder betydeligt lavere end for rene platinanoder og traditionelle elektroder. Materialeomkostningerne er kun en tredjedel til halvdelen af ​​rene platinanoders, mens levetiden er flere gange så høj som blyanoders. Den lave modstand reducerer jævnstrømsforbruget med 10%-20%. For eksempel forbruger et desinfektionssystem til en swimmingpool på 2,000 m³ kun 3,800 kW·t årligt, hvilket er en energibesparelse på 70% sammenlignet med ozondesinfektion. Desuden kan genbrugsværdien af ​​brugte elektroder nå op på 300-3,000 yuan pr. kilogram, hvilket reducerer de samlede livscyklusomkostninger med over 58% sammenlignet med traditionelle løsninger og dermed opnår en balance mellem kortsigtede investeringer og langsigtede fordele.

Fremstilling af ruthenium-iridium-titanium-anoder

Substratet er en nøglekomponent i anodens levetid og påvirker direkte bindingsstyrken mellem belægningen og titansubstratet. Sandblæsning begynder med højhastighedssprøjtning af diamantslibemiddel for at skabe en ru overflade, hvilket øger det specifikke overfladeareal. Dette efterfølges af bejdsning og passivering, hvor titansubstratet nedsænkes i en blanding af oxalsyre eller flussyre for at fjerne overfladeoxidlaget og olieforurening, samtidig med at der skabes en mikroskopisk porøs struktur, hvilket øger belægningens vedhæftning med mere end tre gange. Wtitanium anvender også mikrobueoxidationsteknologi, der bruger en høj spænding på 20,000 V til at skabe en nanoskala bikagestruktur på titanoverfladen, hvilket yderligere forbedrer belægningens vedhæftning. Elektrolyseeffektiviteten øges til 95.2%.

1. Kernebelægning

I øjeblikket er den mest almindelige metode i industrien til fremstilling af ruthenium-iridiumoxidbelægninger termisk nedbrydning. Denne teknik kontrollerer præcist temperatur og atmosfære, hvilket muliggør præcis kontrol af belægningens sammensætning og struktur. Først fremstilles en belægningsstamopløsning ved at opløse ædelmetalforløbere såsom chlorruthensyre og chloriridinsyre i en blanding af alkohol og saltsyre. Metalsalte såsom tantal og tin kan tilsættes som modifikatorer baseret på anvendelseskravene. Moderluden påføres derefter jævnt på titansubstratets overflade ved hjælp af pensling eller sprøjtning. Efter tørring ved 120 °C for at fjerne opløsningsmidlet sintres forløberen i en muffelovn ved 500-600 °C i 10-15 minutter, hvorved forløberen nedbrydes til oxider, der kemisk binder sig til titansubstratet.

For at opnå ideel ydeevne gennemgår belægningen flere belægningssintringscyklusser, hvilket i sidste ende danner en ensartet belægning med en tykkelse på 0.5-20 μm. Atomlagsaflejringsteknologi (ALD) er blevet introduceret i avanceret produktion, hvilket muliggør kontrol af belægningstykkelsen på nanoskala og danner en tredimensionel netværksstruktur, der effektivt forhindrer elektrolytpenetration og reducerer belægningstab til blot en femtedel af det, der opnås med traditionelle teknologier. I nogle anvendelser anvendes et gradientbelægningsdesign, der skaber en trelagsstruktur bestående af et tantalbasislag, et tantaloxidovergangslag og et iridium-rutheniumoxid-toplag. Dette mindsker termiske udvidelsesforskelle og reducerer belægningens afskalningshastigheder til mindre end 0.5%.

2. Kvalitetsinspektion

Den sintrede anode gennemgår efterbehandling, herunder afkøling, rengøring og ydeevnetest. Belægningen afkøles først langsomt i en inert atmosfære for at forhindre mikrorevner forårsaget af termisk stress. Deioniseret vand bruges derefter til at rense eventuelle resterende urenheder fra overfladen, og aktiveringsbehandling udføres om nødvendigt for at forbedre den katalytiske aktivitet. Kvalitetsinspektioner dækker flere nøgleindikatorer: belægningstykkelsen måles ved hjælp af en hvirvelstrømstykkelsesmåler, hvilket sikrer en nøjagtighed inden for ±0.1 μm; vedhæftning testes ved hjælp af krydsskraveringsmetoden, der opfylder ASTM D3359 Klasse B eller højere; elektrokemisk ydeevne måles ved hjælp af lineær sweep voltammetri med et klorudviklingsoverpotentiale under 0.1 V og et iltudviklingsoverpotentiale på ikke mere end 0.25 V. Derudover kræves accelereret levetidstest, der kræver kontinuerlig drift ved en høj strømtæthed på 3000 A/m² i 1000 timer med en belægningstabsrate under 0.1 g/kA·h for levering.

1. Kloralkaliindustrien

Klor-alkaliindustrien er det største anvendelsesområde for ruthenium-iridium-titanium-anoder. I ionbytningsmembranprocessen for kaustisk soda katalyserer ruthenium-iridium-titanium-anoder elektrolysen af ​​saltlage for at producere kaustisk soda, klor og brint. Deres lave cellespænding øger den årlige produktionskapacitet pr. linje med 10 %, hvilket svarer til en reduktion af standardkulforbruget på 3,000 tons om året. Data fra en stor klor-alkalivirksomhed viser, at indførelsen af ​​ruthenium-iridium-titanium-anoder har reduceret elforbruget pr. ton kaustisk soda fra 2,400 kWh til under 2,000 kWh, hvilket sparer over 10 millioner yuan i årlige elomkostninger. Anodens levetid overstiger også tre år.

2. Ny energisektor

Inden for brintproduktion gennem vandelektrolyse er ruthenium-iridium-titanium-anoder med deres lave iltudviklingsoverpotentiale blevet kernekomponenter i PEM-elektrolysører, hvilket øger brintproduktionseffektiviteten til over 85%. Ved lithiumekstraktion fra lepidolit anvendes ruthenium-iridium-titanium-anoder til elektrokemisk udvaskning, hvilket øger lithiumudvaskningsraterne fra 60% i traditionelle processer til over 90% uden kemisk kontaminering.

3. Vandbehandling og -rensning

I vandbehandling kan ruthenium-iridium-titanium-anoder udføre dobbeltfunktioner: desinfektion og nedbrydning af forurenende stoffer. I desinfektion af swimmingpools og drikkevand elektrolyserer de lavkoncentreret saltlage for at producere hypochlorsyrling, som er 80 gange mere effektiv end traditionelle klormidler. De kan dræbe 99.99 % af E. coli inden for 30 sekunder uden at producere kræftfremkaldende biprodukter såsom chloroform. I industriel spildevandsbehandling producerer ruthenium-iridium-titanium-anoder hydroxylradikal (・OH)-koncentrationer, der er tre gange højere end traditionelle elektroder, og opnår COD-fjernelsesrater på over 95 % for vanskeligt nedbrydelige forurenende stoffer såsom phenol og cyanid, hvilket gør det muligt for behandlet antibiotisk spildevand at opfylde klasse IV-standarder for overfladevand.

4. Galvanisering og metallurgi

I galvanisering I industrien eliminerer ruthenium-iridium-titanium-anoder, som uopløselige anoder, fuldstændigt problemet med opløsningsforurening forbundet med traditionelle blyanoder. I forkromings- og nikkelbelægningsprocesser holder deres ensartede strømfordeling tolerancerne for belægningstykkelse inden for ±0.5 mikron, hvilket reducerer gratdefekter med 60 %. Ved elektroplettering af ædle metaller som guld og platin giver de en stabil anodereaktionsgrænseflade, hvilket øger belægningens renhed til over 99.99 %. I hydrometallurgi erstatter de blybaserede anoder i elektrolytisk raffinering af kobber og zink, hvilket forhindrer blyionforurening af elektrolytten og øger katodens kobberrenhed fra 99.5 % til 99.99 %. Anoden kan også prale af en anodelevetid på over to år.

5. Præcisionsfremstilling

Inden for elektronikproduktion anvendes ruthenium-iridium-titanium-anoder til elektroplettering af kobber til 5G højfrekvente kobberbeklædte laminater. Deres ensartede strømtæthed holder kobberlagets tykkelsestolerancer inden for ±0.5 mikron, hvilket opfylder kravene til millimeterbølgesignaltransmission. I gennemgående huller til printkort (PCB) kan ensartet kobberplettering opnås til gennemgående huller med et dybde-til-diameter-forhold på 5:1, med en gennemløbsrate på over 99%.