Hersteller und Lieferant von Iridium-Tantal-Titan-Anoden in China

Die MMO-Iridium-Tantal-Titan-Anode, auch bekannt als mit Mischmetalloxid (Iridium-Tantal) beschichtete Titananode oder größenstabile Anode (DSA®), ist ein hochwertiges Elektrodenmaterial für die industrielle Elektrolyse. Sie verwendet hochreines Titan der Güteklassen Gr1/Gr2 gemäß ASTM B265 als Substrat und spinnen mittels Hochtemperatur-Thermolyse eine nanoskalige IrO₂-Ta₂O₅-Komposit-Katalysatorbeschichtung (Iridiumdioxid-Tantalpentoxid) auf die Titanoberfläche. Sie gilt weltweit als Referenzmaterial für Anoden unter stark sauren Bedingungen mit hoher Stromdichte bei der Sauerstoffentwicklung. Die Kerntechnologie basiert auf dem Patentsystem von De Nora, dem weltweit führenden Unternehmen in der Elektrochemie und Erfinder der DSA-Anode.

DSA steht für „Dimensionsstabile Anode“. Sie wurde 1965 von der italienischen Firma De Nora erfunden und bezeichnet eine unlösliche Anode mit einem Titansubstrat und einer Oberflächenbeschichtung aus Edelmetalloxiden für die katalytische Wirkung. Ihre wichtigsten Eigenschaften sind, dass sie sich während der Elektrolyse nicht verformt, eine stabile katalytische Aktivität beibehält und eine extrem hohe Korrosionsbeständigkeit aufweist.

Iridium-Tantal-Titan-Anoden bilden die Kernkategorie der DSA-Anoden und zeichnen sich durch höchste technologische Standards und Anpassungsfähigkeit an extremste Betriebsbedingungen aus. Speziell für die Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER) optimiert, stellen sie ein wichtiges Upgrade-Produkt für DSA-Anoden dar und ersetzen herkömmliche Blei- und Graphitanoden.

Das Kernprinzip ist der Synergieeffekt von Iridium und Tantal.

Katalytische Wirkung: IrO₂ ist einer der optimalen Katalysatoren für die Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER) in sauren Umgebungen. Bei einer Stromdichte von 1 A/dm² beträgt seine Sauerstoffentwicklungsüberspannung nur 0.22 V und ist damit deutlich niedriger als die von herkömmlichen Blei- und Graphitanoden. Dies reduziert die Spannung der Elektrolysezelle und den Energieverbrauch erheblich.

Stabilität: Ta₂O₅ besitzt eine extrem hohe chemische Inertheit und Korrosionsbeständigkeit und bildet mit IrO₂ eine stabile feste Lösungsstruktur, wodurch die Auflösung der aktiven Iridiumkomponente in sauren Umgebungen gehemmt wird.

Grundlage bilden ASTM B265-22, „Standard Specification for Titanium and Titanium Alloy Sheets, Plates and Strips“, und die chinesische Norm GB/T 3620.1-2016, „Titanium and Titanium Alloys: Grades and Chemical Compositions“:

Korrosionsbeständigkeit: Reines Titan der Güteklassen Gr1/Gr2 kann in sauren und oxidierenden Elektrolyten einen stabilen Titandioxid-Passivierungsfilm bilden und weist eine deutlich höhere Korrosionsbeständigkeit auf als Titanlegierungen wie Gr5. Dadurch wird ein anodisches Versagen aufgrund von Elektrolyterosion des Substrats verhindert.

Haftung der Beschichtung: Nach dem Sandstrahlen und Beizen weist das Reintitansubstrat eine stärkere Haftung der Iridium-Tantaloxid-Beschichtung auf, die ≥25 MPa erreicht. Legierungselemente in Titanlegierungen können während des Sinterprozesses der Beschichtung zu Porosität und Rissbildung führen und die Haftung dadurch deutlich verringern.

Leitfähigkeit: Reines Titan der Größen Gr1/Gr2 weist einen geringeren spezifischen Widerstand und eine stabilere Leitfähigkeit auf, wodurch der ohmsche Spannungsabfall während der Elektrolyse reduziert und der Energieverbrauch weiter gesenkt wird.

Unter Standardtestbedingungen (1 A/dm², 1 mol/L H₂SO₄, vs. SHE) beträgt das Sauerstoffentwicklungspotential der Wstitan-Iridium-Tantal-Titan-Anode 1.45 V, mit einer Sauerstoffentwicklungsüberspannung von nur 0.22 V.

Sie bietet im Vergleich zu anderen gängigen Anoden erhebliche Vorteile:

Die Überspannung ist um 0.2-0.3 V niedriger als die von Bleianoden, was zu einer Reduzierung der Elektrolysezellenspannung um 15-20 % und damit direkt zu einer Verringerung des Energieverbrauchs führt.

Die Überspannung ist um 0.25 V niedriger als die von Bleidioxid-Titan-Anoden, wodurch der Energieverbrauch um mehr als 20 % reduziert wird.

Die Überspannung ist um mehr als 0.25 V niedriger als die von Graphitanoden, wobei gleichzeitig die mit Graphitanoden verbundenen Auflösungs- und Verlustprobleme vermieden werden.

Iridium-Tantal-Titan-Anoden sind über den gesamten pH-Bereich von 0-14 hinweg stabil mit Elektrolytumgebungen kompatibel. Sie gehören zu den wenigen derzeit erhältlichen Industrieanoden, die gleichzeitig starken Säuren, starken Laugen und neutralen Medien standhalten können.

Stark saure Umgebung: Sie können über längere Zeiträume in stark oxidierenden Säuren wie Chromsäure, Schwefelsäure und Salpetersäure bei einem pH-Wert von 0-3 stabil betrieben werden, ohne dass sich die Beschichtung auflöst oder das Substrat korrodiert.

Alkalische Umgebung: Sie können in stark alkalischen Elektrolyten bei einem pH-Wert von 12-14 stabil arbeiten, während Bleidioxid-Anoden in Umgebungen mit einem pH-Wert > 6 schnell versagen.

Neutrale Umgebung: Sie weisen auch in Meerwasser und neutralen Salzlösungen eine ausgezeichnete Stabilität auf, wodurch sie sich für den kathodischen Korrosionsschutz, die Meerwasserentsalzung und andere Anwendungen eignen.

Der Nennbetriebsstromdichtebereich von Iridium-Tantal-Titan-Anoden liegt bei 0.5–50 A/dm². Dies ist einer der größten Anpassungsbereiche für die Stromdichte unter den derzeit erhältlichen Industrieanoden.

Bleianoden haben eine Nennstromdichte von nur 1-10 A/dm²; eine Überschreitung dieser Grenze führt zu schneller Verformung und Auflösung.

Graphitanoden haben eine Nennstromdichte von nur 1-5 A/dm²; hohe Ströme führen zu schneller Verschlackung und Verschleiß.

Ruthenium-Iridium-Titan-Anoden haben eine Nennstromdichte von 0.5-30 A/dm²; hohe Ströme erhöhen die Abnutzungsrate der Beschichtung erheblich.

Unter speziell angepassten Bedingungen können Iridium-Tantal-Titan-Anoden kurzzeitig Stromspitzen von bis zu 100 A/dm² standhalten.

Beschleunigte Lebensdauerprüfungen (auch beschleunigte Lebensdauertests genannt) sind die branchenübliche Standardmethode zur Bewertung der Lebensdauer und Beschichtungsstabilität von Iridium-Tantal-Titan-Anoden. Die derzeit weltweit anerkannte Norm ist ISO 19097-2:2018, „Beschleunigtes Lebensdauerprüfverfahren für Mischmetalloxid-Anoden zum kathodischen Korrosionsschutz“.

Die branchenüblichen Testbedingungen sind:

Elektrolyt: 1 mol/L H₂SO₄ Schwefelsäurelösung;

Prüfstromdichte: 2 A/dm² (10 A/dm² für einige strenge Prüfungen);

Prüftemperatur: Raumtemperatur (25±2℃);

Fehlererkennung: Wenn die Zellspannung um 1.5 V gegenüber dem Anfangswert ansteigt, gilt die Anode als ausgefallen. Die kumulative Elektrolysezeit entspricht der beschleunigten Lebensdauer.

Unter Standardtestbedingungen beträgt die beschleunigte Lebensdauer von Iridium-Tantal-Titan-Anoden ≥1500 Stunden, was einer Nutzungsdauer von 15,000-30,000 Stunden unter realen Betriebsbedingungen entspricht.

Unter Nennbetriebsbedingungen kann die tatsächliche Lebensdauer einer Iridium-Tantal-Titan-Anode 15,000 bis 30,000 Stunden erreichen, was dem 5- bis 10-Fachen der Lebensdauer einer Bleianode und dem 15- bis 30-Fachen der Lebensdauer einer Graphitanode entspricht.

Wichtigste Faktoren, die die Lebensdauer der Anode beeinflussen (nach Schweregrad der Auswirkung geordnet):

Fluoridionengehalt im Elektrolyten: Fluoridionen schädigen die Passivierungsschicht des Titansubstrats, was zu einer schnellen Substratkorrosion und zum Abblättern der Beschichtung führt und somit den kritischsten Faktor für die Lebensdauer darstellt.

Betriebsstromdichte: Bei jeder Verdopplung der Stromdichte erhöht sich der Beschichtungsverschleiß um das 3- bis 5-Fache. Ein Betrieb oberhalb des Nennstroms verkürzt die Lebensdauer erheblich.

Elektrolyttemperatur: Mit jedem Anstieg der Elektrolyttemperatur um 10 °C verdoppelt sich die Korrosionsrate der Beschichtung. Ein dauerhafter Betrieb oberhalb dieser Temperatur beschleunigt den Ausfall.

Rückstrom: Häufige Rückstromversorgung und das Versäumnis, die Stromzufuhr beim Abschalten zu unterbrechen, führen zur Reduzierung der Oxide in der Beschichtung, was ein Abblättern und Versagen der Beschichtung zur Folge hat.

Mechanische Beschädigung: Stöße und Reibung während der Installation und des Gebrauchs können die Oberflächenbeschichtung beschädigen und zu einem schnellen lokalen Versagen führen.

Fluoridionen verursachen schwere und irreversible Schäden an der Iridium-Tantal-Titan-Anode. Diese Schlussfolgerung wurde durch die maßgebliche Veröffentlichung „Degradation of Iridium-Tantalum Oxide-Coated Titanium Anodes in Fluorinated Sulfuric Acid Solution“ der Universität von Arizona bestätigt.

Korrosionsmechanismus von Fluoridionen: Fluoridionen dringen in die Poren der Beschichtung ein und reagieren mit der Passivierungsschicht (TiO₂) auf der Oberfläche des Titansubstrats. Dabei bilden sie lösliche Fluorid-Titan-Komplexe, die die Passivierungsschicht zerstören. Dies führt zu einer raschen Korrosion des Titansubstrats sowie zu Blasenbildung und Ablösung der Beschichtung. Gleichzeitig reagieren Fluoridionen auch mit IrO₂ und Ta₂O₅ und bilden lösliche Produkte, wodurch der Verlust aktiver Komponenten beschleunigt wird.

Zulässiger Maximalgehalt: Unter normalen Betriebsbedingungen wird ein Fluoridionengehalt im Elektrolyten von ≤ 5 ppm empfohlen. Eine Überschreitung dieser Konzentration beschleunigt den Anodenausfall erheblich.

Wenn die Fluoridionenkonzentration 1 ppm erreicht, kann die beschleunigte Lebensdauer der Iridium-Tantal-Titan-Anode um 82 % reduziert werden.

Wenn der Fluoridionengehalt unter den Betriebsbedingungen 50 ppm übersteigt, muss eine spezielle Antifluorid-Beschichtungsanode angefertigt werden, da gewöhnliche Iridium-Tantal-Titan-Anoden nicht über einen längeren Zeitraum stabil arbeiten können.

Der Industriestandard für die Haftung zwischen der Beschichtung und dem Substrat von Iridium-Tantal-Titan-Anoden beträgt ≥20 MPa, während die Haftung von Wstitanium-Iridium-Tantal-Titan-Anoden konstant über 25 MPa liegt.

Substratvorbehandlung: Das Titansubstrat wird zunächst durch Braunkorundstrahlen aufgeraut, gefolgt von einer Hochtemperatur-Oxalsäureätzung, um eine gleichmäßige mikroraue Oberfläche zu erzeugen. Dadurch wird die Kontaktfläche zwischen der Beschichtung und dem Substrat vergrößert und eine mechanische Verankerung der Beschichtung gewährleistet.

Optimierung der Beschichtungsformulierung: Es wird das branchenübliche optimale Iridium-Tantal-Verhältnis von 7:3 verwendet. Die Beschichtung erfolgt mittels einer nanoskaligen Vorläuferlösung, um eine gleichmäßige Beschichtungszusammensetzung und eine metallurgische Verbindung mit dem Titansubstrat anstelle einer rein physikalischen Haftung zu gewährleisten.

Hochtemperatursintern: Es wird ein schrittweises Hochtemperatursintern bei 480–520 °C angewendet. Jede Beschichtungsschicht wird einmal gesintert, dieser Vorgang wird 10–20 Mal wiederholt, um eine starke chemische Verbindung zwischen der Beschichtung und dem Titansubstrat zu gewährleisten und gleichzeitig innere Spannungen in der Beschichtung abzubauen sowie Risse und Abplatzungen während des Gebrauchs zu verhindern.

Nein, ein höherer Iridiumgehalt ist nicht unbedingt besser.

Das in der Industrie anerkannte optimale Molverhältnis für Iridium-Tantal-Beschichtungen beträgt Ir:Ta = 7:3. Bei diesem Verhältnis bilden IrO₂ und Ta₂O₅ eine stabile Rutil-Mischkristallstruktur, die ein Gleichgewicht zwischen katalytischer Aktivität und Lebensdauer herstellt.

Ist der Iridiumgehalt zu hoch, reicht die stabilisierende Wirkung von Ta₂O₅ in der Beschichtung nicht aus. Die Beschichtung löst sich in sauren Umgebungen schnell auf, was die Lebensdauer verkürzt und die Kosten erheblich erhöht.

Ist der Iridiumgehalt zu niedrig, ist die katalytische Aktivität der Beschichtung unzureichend, was zu einer erhöhten Sauerstoffentwicklungs-Überspannung, einem signifikanten Anstieg des Elektrolyse-Energieverbrauchs und einer Verringerung der Stromausbeute führt.

Wstitanium kann den optimalen Iridiumgehalt und die Beschichtungsdicke an die tatsächlichen Betriebsbedingungen anpassen und so die Lebensdauer verlängern und gleichzeitig die Kosten für Sie kontrollieren.

Die Iridium-Tantal-Titan-Anode weist einen moderaten Sperrstromwiderstand auf. Diese Leistung erfüllt die Spezifikationen in den technischen Datenblättern führender Unternehmen wie DeNora und Taijin New Energy.

Der Schädigungsmechanismus bei Rückstrom an der Anode: Fließt ein Rückstrom durch die Anode, kehrt sich die Elektrodenpolarität um. Die Iridium-Tantal-Titan-Anode wird zur Kathode. Die IrO₂- und Ta₂O₅-Oxide an der Oberfläche werden zu metallischen Elementen reduziert, wodurch die Mischkristallstruktur der Beschichtung zerstört wird. Dies führt zu Rissen, Blasenbildung und Ablösung der Beschichtung. Gleichzeitig absorbiert die Oberfläche des Titansubstrats Wasserstoff, was zu Wasserstoffversprödung und Rissbildung im Substrat führt.

Empfehlung: Längerer Rückstrom ist strengstens untersagt. Die Rückstromdichte darf 10 % des Nennbetriebsstroms nicht überschreiten.

Beim Abschalten der Elektrolysezelle muss zuerst die Stromversorgung getrennt und anschließend die Elektrolytzirkulation gestoppt werden, um eine Rückstromerzeugung zu vermeiden.

Falls im Betrieb häufig Rückströme auftreten, können Anoden mit einer speziellen rückstrombeständigen Beschichtung angefertigt werden.

Iridium-Tantal-Titan-Anoden haben sich aufgrund ihrer zentralen Vorteile wie vollständiger pH-Kompatibilität, niedrigem Sauerstoffentwicklungs-Überspannungspotenzial, extrem langer Lebensdauer und hoher Korrosionsbeständigkeit weltweit zu einem der bevorzugten Materialien für High-End-Elektrolyseanwendungen entwickelt.

Galvanotechnik: Hartverchromung, dekorative Verchromung, Aluminiumfolienbildung, Edelmetallbeschichtung, Präzisionsgalvanisierung von elektronischen Bauteilen usw.

Umweltschutzbranche: Behandlung von industriellen organischen Abwässern, Behandlung von Schwermetallabwässern, Behandlung von Deponiesickerwasser, fortgeschrittene elektrochemische Oxidationsverfahren (AOPs).

Elektrometallurgische Industrie: Elektrogewinnung von Nichteisenmetallen wie Kupfer, Nickel, Kobalt und Zink, elektrolytische Raffination, Hydrometallurgie, Edelmetallrückgewinnung.

Neue Energiebranche: PEM-Protonenaustauschmembran-Wasserelektrolyse zur Wasserstofferzeugung, Wasserelektrolyse zur Sauerstofferzeugung, Ausrüstung zur Unterstützung der Wasserstofferzeugung.

Korrosionsschutzindustrie: Fremdstrom-Kathodenschutz für Meerwasser-, Boden- und Süßwasserumgebungen; Korrosionsschutz für Schiffe, Docks, Pipelines und Lagertanks.

Weitere Branchen: elektrolytische Synthese, Recycling von Leiterplattenätzlösung, Produktionslinie für farbbeschichtete Leiterplatten, elektrolytisches Polieren usw.

5 Kernabmessungen zur schnellen Beurteilung der Anodenqualität:

1. Beschichtungsbild: Hochwertige Anoden weisen eine gleichmäßige, tiefschwarze oder gräulich-schwarze Beschichtung auf. Die Oberfläche ist frei von Poren, Ausbeulungen, Rissen, freiliegendem Titan und deutlichen Farbunterschieden. Minderwertige Anoden weisen eine ungleichmäßige Beschichtung, Poren, Ausbeulungen und stellenweise freiliegendes Titan auf.

2. Bericht über den erweiterten Lebensdauertest: Hersteller sind verpflichtet, einen Bericht über den erweiterten Lebensdauertest von einer unabhängigen, anerkannten Prüfstelle oder ihrem eigenen Labor vorzulegen. Unter Standardtestbedingungen beträgt die erweiterte Lebensdauer einer hochwertigen Anode mindestens 1000 Stunden; Anoden mit weniger als 500 Stunden gelten als minderwertige Produkte.

3. Titansubstrat: Hochwertige Anoden bestehen aus hochreinem TA1/TA2-Titan gemäß ASTM B265. Minderwertige Anoden verwenden recyceltes Titan oder Titanlegierungen, die einen hohen Verunreinigungsgehalt aufweisen, eine geringe Korrosionsbeständigkeit besitzen und anfällig für Passivierungsversagen sind.

4. Haftung der Beschichtung: Die Haftung der Beschichtung hochwertiger Anoden beträgt ≥ 20 MPa und lässt sich leicht durch Gitterschnitt- und Biegeversuche nachweisen. Eine qualifizierte Anode blättert nach dem Biegen nicht ab und reißt nicht. Bei minderwertigen Anoden löst sich die Beschichtung nach dem Biegen großflächig ab.

5. Achten Sie nicht nur auf niedrige Preise: Der Hauptkostenfaktor von Iridium-Tantal-Titan-Anoden ist das Edelmetall Iridium. Produkte, die deutlich unter dem Marktdurchschnitt liegen, weisen zwangsläufig einen unzureichenden Iridiumgehalt und minderwertige Beschichtungsmaterialien auf, was zu einer erheblich verkürzten Lebensdauer führt.