Ánodo de iridio, tantalio y titanio

Ánodos de iridio-tantalio-titanio Se basan en un sustrato de titanio puro recubierto con un óxido compuesto de iridio y tántalo. La alta resistencia y tenacidad del titanio se combinan a la perfección con la excelente conductividad y resistencia a la corrosión del iridio y la estabilidad del tántalo. Con sus tres ventajas principales: larga vida útil, alta actividad y bajo consumo energético, los ánodos de iridio-tántalo-titanio están reemplazando rápidamente a los electrodos tradicionales y se están convirtiendo en la configuración estándar en la industria de la electrólisis. Además, se están expandiendo continuamente hacia campos emergentes como las nuevas energías y la protección del medio ambiente, impulsando la transformación industrial global hacia una fabricación más ecológica y eficiente.

Especificaciones de los ánodos de iridio-tantalio-titanio

Las especificaciones de los ánodos de iridio-tantalio-titanio no se limitan a parámetros unidimensionales, sino que abarcan un sistema integral de indicadores que abarcan tres categorías clave: dimensiones del sustrato, parámetros de recubrimiento y rendimiento electroquímico.

(I) Dimensiones y especificaciones

El sustrato de titanio, como estructura de soporte del ánodo, debe ajustarse con precisión a las dimensiones de la celda electrolítica, el reactor y otros equipos del cliente. Las especificaciones habituales de la industria se clasifican en planas, tubulares y de malla.

Ánodos de placaSe utiliza principalmente en aplicaciones con celdas de gran superficie, como la electrólisis de cobre y la galvanoplastia. Las dimensiones habituales son de 500 a 2000 mm de largo, 300 a 1000 mm de ancho y 2 a 5 mm de espesor de sustrato. (Un espesor menor puede provocar deformación, mientras que un espesor mayor aumenta el coste y el consumo de energía). Para aplicaciones especializadas (como equipos experimentales pequeños), se pueden personalizar tamaños más pequeños (p. ej., 100 mm x 100 mm). Las celdas industriales de gran tamaño se pueden empalmar para lograr dimensiones extragrandes superiores a 2000 mm.

Ánodos tubularesAdecuados para aplicaciones como el tratamiento de agua y la producción de hidrógeno mediante electrólisis. Suelen tener un diámetro exterior de 10-50 mm, una longitud de 500-3000 mm y un espesor de pared de 1.5-3 mm. Para mejorar el flujo del electrolito, algunos ánodos tubulares presentan orificios circulares de 2-5 mm de diámetro (con una separación entre orificios de 20-50 mm).

Ánodos de mallaComúnmente utilizados en la industria de la galvanoplastia, utilizan una estructura de malla para lograr una distribución uniforme de la corriente. Los tamaños de malla comunes varían de 5 mm × 5 mm a 20 mm × 20 mm (los tamaños de malla más grandes pueden provocar concentración de corriente, mientras que los tamaños más pequeños pueden dificultar el flujo del electrolito). El diámetro del alambre de la malla es de 1 a 2 mm y el tamaño total se puede personalizar para adaptarse al ancho de la línea de producción (normalmente de 1000 a 3000 mm).

(II) Especificaciones del recubrimiento del núcleo

El recubrimiento es el elemento clave del rendimiento del ánodo de iridio-tantalio-titanio. Sus especificaciones incluyen principalmente la proporción de composición, el espesor y el tamaño de grano. Diferentes parámetros corresponden a los distintos requisitos de la aplicación:

Relación de la composición del recubrimientoLos componentes principales son IrO₂ (óxido de iridio) y Ta₂O₅ (óxido de tantalio). La proporción de estos dos componentes debe ajustarse según la aplicación. Por ejemplo, en aplicaciones de alta actividad, como la electrólisis del agua para la producción de hidrógeno y el cromado, la proporción de IrO₂ suele ser del 80 % al 90 % (un mayor contenido de iridio indica una mayor actividad catalítica). En aplicaciones que requieren alta resistencia a la corrosión, como las que utilizan electrolitos que contienen cloro (p. ej., la industria cloroalcalina y el tratamiento de aguas residuales que contienen cloro), la proporción de Ta₂O₅ se incrementa al 20 % al 30 % (un mayor contenido de tantalio indica una mejor resistencia a la corrosión por cloro). Para aplicaciones de uso general (p. ej., galvanoplastia general y refinación electrolítica), se utiliza una proporción equilibrada de IrO₂:Ta₂O₅ = 7:3.

Espesor del recubrimientoLos espesores típicos son de 50 a 100 μm y deben ajustarse a la vida útil y la densidad de corriente. Para aplicaciones de tratamiento de agua con bajas densidades de corriente (p. ej., <500 A/m²), un espesor de recubrimiento de 50 a 60 μm puede alcanzar una vida útil de 1 a 2 años. Para aplicaciones de electrólisis de cobre y electrólisis de agua con altas densidades de corriente (p. ej., >1000 A/m²), el espesor del recubrimiento debe aumentarse a 80-100 μm para evitar un rápido desgaste del recubrimiento y la falla del ánodo.

Tamaño de granoEl tamaño de grano del recubrimiento suele ser de 50-200 nm. Los granos nanométricos (50-100 nm) aumentan la superficie específica (en más de un 30 % en comparación con los granos micrométricos tradicionales) y mejoran la actividad catalítica, lo que los hace adecuados para aplicaciones que requieren alta eficiencia, como la electrólisis del agua para la producción de hidrógeno y la preparación de materiales para nuevas energías. Los tamaños de grano de 100-200 nm priorizan la estabilidad y son adecuados para operaciones a largo plazo, como en la industria cloroalcalina.

(III) Rendimiento electroquímico

El rendimiento electroquímico es crucial para el funcionamiento estable de los ánodos. Existen estándares claros en la industria, y estos requisitos constituyen la base fundamental de las pruebas de fábrica:

Sobrepotencial de evolución de oxígenoEn una solución de 1 mol/L de H₂SO₄ a una densidad de corriente de 1000 A/m², el sobrepotencial de desprendimiento de oxígeno debe ser ≤1.5 ​​V (cuanto menor sea el sobrepotencial, menor será el consumo de energía de la electrólisis). Los productos de alta calidad (como el Wstitanium) pueden mantener este valor por debajo de 1.4 V, lo que permite ahorrar entre un 5 % y un 10 % en el coste anual de electricidad por celda.

Estabilidad de la vida útil: ≥3 años para la industria cloroalcalina, ≥2 años para el cobre electrolítico y ≥1 año para el tratamiento de agua. La prueba se verifica mediante una prueba de corriente constante de 1000 horas, durante la cual las fluctuaciones de potencial deben ser ≤50 mV. (Las fluctuaciones de potencial excesivas indican inestabilidad del recubrimiento y posible fallo).

Disolución de impurezasTras la inmersión en una solución de 1 mol/L de H₂SO₄ a 25 °C durante 24 horas, la cantidad de Ir y Ta disueltos en el recubrimiento debe ser ≤0.1 mg/L para evitar que las impurezas contaminen el electrolito. (Por ejemplo, las impurezas en la galvanoplastia pueden causar poros en la capa de recubrimiento, y las impurezas en el tratamiento de aguas residuales farmacéuticas pueden afectar la calidad del agua).

Ventajas del Wstitanium

Los recubrimientos tradicionales de ánodos de iridio-tantalio-titanio utilizan un diseño de composición uniforme. En entornos con alta densidad de corriente y alta corrosión, la superficie del recubrimiento es susceptible a fallas debido al rápido agotamiento de los componentes activos. La tecnología de recubrimiento de gradiente desarrollada por Wstitanium logra una doble mejora en la vida útil y la actividad:

Diseño de composición de degradado

El recubrimiento se divide en tres capas desde el sustrato hasta la superficie: una capa inferior (iridio: tántalo = 5:5), que se adhiere firmemente al sustrato de titanio y actúa como soporte de transición; una capa intermedia (iridio: tántalo = 7:3), que equilibra la resistencia a la corrosión y la conductividad; y una capa superficial (iridio: tántalo = 9:1), con un alto contenido de iridio y una potente actividad catalítica. Este diseño de gradiente evita la rápida pérdida de componentes activos en la capa superficial, a la vez que garantiza la estabilidad general del recubrimiento.

Estructura de recubrimiento nanocristalino

Al controlar la temperatura de sinterización y la velocidad de calentamiento, el Wstitanium logra una estructura nanocristalina mediante el control del tamaño de grano de IrO₂-Ta₂O₅ dentro del recubrimiento a 50-100 nm. Los nanocristales no solo aumentan la superficie específica del recubrimiento (más de un 30 % superior a la de los recubrimientos tradicionales), mejorando la actividad catalítica y la resistencia al agrietamiento, sino que también prolongan la vida útil del ánodo entre un 50 % y un 100 % (en la industria del cobre electrolítico, los ánodos tradicionales tienen una vida útil de aproximadamente 1 a 2 años, mientras que los productos de Wstitanium pueden alcanzar los 3 a 5 años).

Capacidades de personalización

Los requisitos de los ánodos de iridio-tantalio-titanio varían considerablemente según la industria y el proceso (por ejemplo, la electrólisis del agua para la producción de hidrógeno requiere una alta actividad de desprendimiento de oxígeno, la galvanoplastia requiere un bajo voltaje de celda y el tratamiento del agua requiere resistencia a la corrosión por cloro). Wstitanium ha establecido un sistema de I+D y producción personalizado que le permite ofrecer soluciones a medida para escenarios específicos.

Control de calidad

Wstitanium ha establecido un sistema de trazabilidad de calidad integral. Durante la fabricación, se implementan seis puntos de inspección clave: inspección de las materias primas entrantes, inspección del pretratamiento del sustrato, inspección de la preparación de la solución de recubrimiento, inspección del secado posterior al recubrimiento, inspección del recubrimiento posterior a la sinterización e inspección del rendimiento electroquímico del producto terminado. Para verificar la vida útil de los ánodos de iridio-tantalio-titanio, Wstitanium construyó una plataforma de pruebas de envejecimiento acelerado, que realiza pruebas aceleradas de 1000 horas en ánodos en un electrolito con una densidad de corriente superior a las condiciones reales de funcionamiento (por ejemplo, 2000 A/m²) y una temperatura más alta (por ejemplo, 80 °C).