Specialfremstillet titaniumanode til elektrolysevand
Titananoder har vist mange fordele inden for vandelektrolyse på grund af deres fremragende ydeevne, høje korrosionsbestandighed, høje elektrokatalytiske aktivitet, lange levetid og lave energiforbrug, og er blevet en af nøglerne til at fremme teknologisk udvikling.
- Iridium-titanium anode
- Ir-Ta-Ti titaniumanode
- Ru-Ir-Ti titaniumanode
- Ruthenium-titanium anode (RuO₂-TiO₂)
- Grafit titanium anode
- Tilpasset titanium anode
- Overgangsmetal titanium anode
- Titaniumanode af sjældne jordarter
Titananoder til elektrolysevand
Som en bæredygtig måde at producere brint på har vandelektrolyse tiltrukket sig udbredt opmærksomhed. I vandelektrolysesystemer spiller elektrodematerialernes ydeevne en nøglerolle i elektrolyseeffektivitet, energiforbrug, stabilitet og levetid. Titananode, som et avanceret elektrodemateriale, har vist et stort anvendelsespotentiale inden for vandelektrolyse på grund af dets unikke ydeevnefordele.
Rutheniumoxidbelægning kan effektivt reducere overpotentialet for klorudvikling. Selvom ilt og brint primært udvikles ved vandelektrolyse, har det en vis effekt på at reducere overpotentialet for den samlede anodereaktion, hvilket gør det muligt at udføre elektrolysen ved en relativt lav spænding og derved spare elektricitet.
Iridiumbelagte titananoder er specielt designet til iltudviklingsreaktioner, hvilket reducerer iltudviklingens overpotentiale betydeligt på omkring 0.2-0.3 V. Iridiumbelægningen tilpasser sig komplekse elektrokemiske miljøer og er et højtydende anodemateriale, der almindeligvis anvendes i vandelektrolyse med hydrogenproduktion.
Platinbelagt titananode er velegnet til præcisionsproduktion af hydrogen ved vandelektrolyse med ekstremt høje krav til elektrodens ydeevne, såsom laboratorieforskning. Der skal præcist styres reaktionsprocessen for at opnå hydrogen af høj kvalitet. Platins høje pris begrænser dog dens anvendelse i stor skala.
Working Princip
Titanium anode er baseret på titanium og belagt med et lag elektrokatalytisk aktiv metaloxidbelægning (såsom platin, ruthenium, iridium osv.) på overfladen. Titansubstratet har god mekanisk styrke for at sikre elektrodens strukturelle stabilitet. Samtidig er titanium i sig selv korrosionsbestandigt og forbliver relativt stabilt i en række forskellige elektrolytmiljøer. Metaloxidbelægningen er nøglen til titananodens elektrokatalytiske effekt, hvilket giver titananoden god ledningsevne og fremragende elektrokatalytisk ydeevne.
I elektrolyse af vand, oxidationsreaktionen finder sted ved anoden, og reduktionsreaktionen finder sted ved katoden. For titananoden, hvis vi tager oxygenudviklingsreaktionen som et eksempel, vil vandmolekylerne (H₂O) undergå en oxidationsreaktion, når strømmen passerer gennem den elektrolytiske celle: 2H₂O – 4e⁻ = O₂↑ + 4H⁺. De aktive komponenter i belægningen kan adsorbere vandmolekyler, ændre elektronskyfordelingen af vandmolekyler, reducere reaktionens aktiveringsenergi og dermed accelerere reaktionshastigheden. Samtidig kan strømmen på grund af belægningens gode ledningsevne fordeles jævnt på anodeoverfladen, hvilket undgår lokal overophedning og for høj strømtæthed, hvilket sikrer, at reaktionen udføres under relativt stabile forhold, og forbedrer elektrolyseeffektiviteten og elektrodens levetid.
Fordele
- Høj korrosionsbestandighed
Titananoder opretholder relativt stabil ydeevne i sure, alkaliske og elektrolytiske miljøer, der indeholder stærke oxidanter og stærke ætsende ioner (såsom kloridioner).
- Høj elektrokatalytisk aktivitet
Titananoder reducerer overpotentialet i elektrodereaktioner, såsom iltudvikling og brintudvikling, betydeligt. Med den samme elektriske energitilførsel produceres der mere brint og ilt.
- Reducer energiforbruget
Da titaniumanoder kan reducere overpotentialet i elektrodereaktioner, reducerer dette ikke kun omkostningerne ved hydrogenproduktion ved elektrolyse af vand, men gør det også mere konkurrencedygtigt på energimarkedet.
- Høj produktrenhed
Titananoder kan overvinde problemet med opløsning af nogle traditionelle anoder (såsom grafitanoder og blyanoder) og derved forbedre renheden af hydrogen og ilt.
De forskellige typer titananoder, såsom rutheniumbelægning, iridiumbelægning og platinbelagt titananode, kan opfylde kravene til elektrodens ydeevne til forskellige anvendelsesscenarier og behov. Med hensyn til arbejdsprincippet kan den synergistiske effekt af titanmatrix og metaloxidbelægning effektivt katalysere elektrolysen af vand. Dens fordele, såsom høj korrosionsbestandighed, høj elektrokatalytisk aktivitet, lang levetid, lavt energiforbrug og evne til at forbedre produktets renhed, forbedrer ikke kun ydeevnen og de økonomiske fordele ved elektrolysevandsystemet, men yder også stærk støtte til den bæredygtige udvikling af den rene energiindustri.