Iridium tantál titán anód

Irídium-tantál-titán anódok tiszta titán hordozón alapulnak, irídium és tantál kompozit oxiddal bevonva. A titán nagy szilárdsága és szívóssága tökéletesen ötvöződik az irídium kiváló vezetőképességével és korrózióállóságával, valamint a tantál stabilitásával. Három fő előnyével – hosszú élettartammal, nagy aktivitással és alacsony energiafogyasztással – az irídium-tantál-titán anódok gyorsan felváltják a hagyományos elektródákat, és az elektrolízisipar „standard konfigurációjává” válnak. Folyamatosan terjeszkednek olyan feltörekvő területeken is, mint az új energiaforrások és a környezetvédelem, előmozdítva a globális ipari átalakulást a zöldebb és hatékonyabb gyártás felé.

Irídium-tantál-titán anódok specifikációi

Az irídium-tantál-titán anódok specifikációi nem korlátozódnak egydimenziós paraméterekre, hanem egy átfogó indikátorrendszert foglalnak magukban, amely három fő kategóriát foglal magában: az aljzat méretei, a bevonat paraméterei és az elektrokémiai teljesítmény.

(I) Méretek és specifikációk

A titán hordozónak, mint az anód tartószerkezetének, pontosan meg kell egyeznie az ügyfél elektrolizáló cellájának, reaktorának és egyéb berendezéseinek méreteivel. Az iparágban a főbb specifikációk sík, csőszerű és hálós kategóriákba sorolhatók.

LemezanódokElsősorban nagy cellafelületű alkalmazásokban használják, mint például a réz elektrolízis és galvanizálás. A szokásos méretek 500-2000 mm hosszúságban, 300-1000 mm szélességben és 2-5 mm hordozóvastagságban. (A vékonyabb vastagság deformációhoz vezethet, míg a vastagabb vastagság növeli a költségeket és az energiafogyasztást.) Speciális alkalmazásokhoz (például kis kísérleti berendezésekhez) kisebb méretek (pl. 100 mm x 100 mm) is testreszabhatók. A nagy ipari cellák összeilleszthetők, így 2000 mm-t meghaladó extra nagy méretek érhetők el.

Csőanódok: Alkalmas olyan alkalmazásokhoz, mint a vízkezelés és a hidrogéntermelés víz elektrolíziséből. Külső átmérőjük jellemzően 10-50 mm, hossza 500-3000 mm, falvastagságuk pedig 1.5-3 mm. Az elektrolit áramlásának javítása érdekében egyes csőanódok 2-5 mm átmérőjű kör alakú furatokkal rendelkeznek (furattávolság 20-50 mm).

Hálós anódokA galvanizáló iparban általánosan használt hálószerkezet az egyenletes árameloszlás eléréséhez. A szokásos hálóméretek 5 mm × 5 mm-től 20 mm × 20 mm-ig terjednek (a nagyobb hálóméretek áramkoncentrációt okozhatnak, míg a kisebb hálóméretek akadályozhatják az elektrolit áramlását). A háló átmérője 1-2 mm, és a teljes méret a gyártósor szélességéhez igazítható (jellemzően 1000-3000 mm).

(II) Magbevonat specifikációi

A bevonat az irídium-tantál-titán anód fő teljesítményeleme. Specifikációi elsősorban az összetételi arányt, a vastagságot és a szemcseméretet tartalmazzák. A különböző paraméterek a különböző alkalmazási követelményeknek felelnek meg:

Bevonat összetétel arányaA fő összetevők az IrO₂ (iridium-oxid) és a Ta₂O₅ (tantál-oxid). E két összetevő arányát az alkalmazástól függően kell beállítani. Például nagy aktivitású alkalmazásokban, mint például a hidrogéntermeléshez használt víz elektrolízis és a krómozás, az IrO₂ arány jellemzően 80%-90% (a magasabb irídium-tartalom erősebb katalitikus aktivitást jelez). A nagy korrózióállóságot igénylő alkalmazásokban, például a klórtartalmú elektrolitokat használókban (pl. a klóralkáli iparban és a klórtartalmú szennyvízkezelésben), a Ta₂O₅ arányt 20%-30%-ra növelik (a magasabb tantál-tartalom jobb klórkorrózióállóságot jelez). Általános célú alkalmazásokhoz (pl. általános galvanizálás és elektrolitikus finomítás) az IrO₂:Ta₂O₅ = 7:3 kiegyensúlyozott arányt alkalmazzák.

Bevonat vastagságaA tipikus vastagság 50-100 μm, és a vastagságot az élettartamhoz és az áramsűrűséghez kell igazítani. Alacsony áramsűrűségű (pl. <500 A/m²) vízkezelési alkalmazásoknál az 50-60 μm-es bevonatvastagság 1-2 éves élettartamot érhet el. Nagy áramsűrűségű (pl. >1000 A/m²) rézelektrolízis és vízelektrolízis alkalmazásoknál a bevonat vastagságát 80-100 μm-re kell növelni a gyors bevonatfogyás és az anód meghibásodásának megakadályozása érdekében.

SzemcseméretA bevonat szemcsemérete jellemzően 50-200 nm. A nanoskálájú szemcsék (50-100 nm) növelik a fajlagos felületet (több mint 30%-kal a hagyományos mikron méretű szemcsékhez képest) és fokozzák a katalitikus aktivitást, így alkalmasak nagy hatékonyságot igénylő alkalmazásokhoz, például víz elektrolíziséhez hidrogéntermeléshez és új energiahordozók előállításához. A 100-200 nm-es szemcseméretek a stabilitást helyezik előtérbe, és alkalmasak hosszú távú működésre, például a klóralkáli iparban.

(III) Elektrokémiai teljesítmény

Az elektrokémiai teljesítmény kulcsfontosságú az anódok stabil működéséhez. Léteznek egyértelmű ipari szabványok, és ezek a követelmények képezik a gyári tesztelés alapját:

Oxigénfejlődés túlfeszültségeEgy 1 mol/L koncentrációjú H₂SO₄ oldatban, 1000 A/m² áramsűrűség mellett az oxigénfejlődési túlfeszültségnek ≤1.5 ​​V-nak kell lennie (minél alacsonyabb a túlfeszültség, annál kisebb az elektrolízis energiafogyasztása). A kiváló minőségű termékek (például a Wstitanium) ezt az értéket 1.4 V alatt tudják tartani, ami cellánként akár 5-10%-os éves áramköltség-megtakarítást is jelenthet.

Élettartam-stabilitás≥3 év a klóralkáli iparban, ≥2 év az elektrolitikus rézben és ≥1 év a vízkezelésben. A tesztelést 1000 órás állandó áramerősségű teszttel igazolják, amely során a feszültségingadozásoknak ≤50 mV-nak kell lenniük. (A túlzott feszültségingadozások a bevonat instabilitását és potenciális meghibásodását jelzik.)

Szennyeződések oldódásaMiután a bevonatot 24 órán át 25°C-on 1 mol/l koncentrációjú H₂SO₄ oldatba merítettük, az oldott Ir és Ta mennyiségének ≤0.1 mg/l-nek kell lennie, hogy megakadályozzuk az elektrolit szennyeződésekkel való szennyeződését. (Például a galvanizálás során a szennyeződések tűszúrásszerű lyukakat okozhatnak a bevonórétegben, a gyógyszeripari szennyvízkezelésben lévő szennyeződések pedig befolyásolhatják a vízminőséget.)

A stitánium előnyei

A hagyományos irídium-tantál-titán anódbevonatok egységes összetételű kialakítást alkalmaznak. Nagy áramsűrűség és erősen korrozív környezet alatt a bevonat felülete hajlamos a meghibásodásra az aktív komponensek gyors kimerülése miatt. A Wstitanium által kifejlesztett gradiens bevonatolási technológia kettős javulást eredményez mind az élettartam, mind az aktivitás tekintetében:

Színátmenetes kompozíció tervezése

A bevonat az aljzattól a felületig három rétegre oszlik: egy alsó rétegre (iridium:tantál = 5:5), amely erősen kötődik a titán aljzathoz, és „átmeneti hordozóként” működik. Egy középső rétegre (iridium:tantál = 7:3), amely egyensúlyt teremt a korrózióállóság és a vezetőképesség között. Egy felületi rétegre (iridium:tantál = 9:1), amely magas irídiumtartalmú és erős katalitikus aktivitással rendelkezik. Ez a gradiens kialakítás megakadályozza az aktív komponensek gyors kimerülését a felületi rétegben, miközben biztosítja a bevonat általános stabilitását.

Nanokristályos bevonatszerkezet

A szinterelési hőmérséklet és a melegítési sebesség szabályozásával a Wstitanium nanokristályos szerkezetet ér el azáltal, hogy a bevonaton belüli IrO₂-Ta₂O₅ szemcseméretet 50-100 nm-re szabályozza. A nanokristályok nemcsak a bevonat fajlagos felületét növelik (több mint 30%-kal magasabbra, mint a hagyományos bevonatok), fokozva a katalitikus aktivitást és a repedésállóságot, hanem az anód élettartamát is 50-100%-kal meghosszabbítják (az elektrolitikus réziparban a hagyományos anódok élettartama körülbelül 1-2 év, míg a Wstitanium termékeké elérheti a 3-5 évet).

Testreszabási lehetőségek

Az irídium-tantál-titán anódokkal szembeni követelmények iparáganként és folyamatokonként jelentősen eltérnek (például a hidrogéntermeléshez szükséges vízelektrolízishez magas oxigénfejlődési aktivitás szükséges, a galvanizáláshoz alacsony cellafeszültség szükséges, a vízkezeléshez pedig klórkorrózióval szembeni ellenállás szükséges). A Wstitanium létrehozott egy testreszabott K+F termelési rendszert, amely lehetővé teszi számára, hogy testreszabott megoldásokat kínáljon konkrét forgatókönyvekhez.

Minőség-ellenőrzés

A Wstitanium egy teljes folyamatra kiterjedő minőségellenőrzési rendszert hozott létre. A gyártás során hat fő ellenőrzési pontot alkalmaznak: a bejövő nyersanyagok ellenőrzése, az aljzat előkezelésének ellenőrzése, a bevonóoldat előkészítésének ellenőrzése, a bevonat szárítása utáni ellenőrzés, a szinterezés utáni bevonat ellenőrzése és a késztermék elektrokémiai teljesítményének ellenőrzése. Az irídium-tantál-titán anódok élettartamának ellenőrzésére a Wstitanium egy „gyorsított öregítési tesztplatformot” épített – 1000 órás gyorsított vizsgálatokat végez az anódokon egy olyan elektrolitban, amelynek áramsűrűsége nagyobb, mint a tényleges üzemi körülmények (például 2000 A/m²), és magasabb hőmérsékleten (például 80 °C).