MMO titán anód elektrolizált vízhez

Az energiaátalakítás és a víztisztítás egyik alapvető eszközeként a vízelektrolízist széles körben alkalmazzák olyan kulcsfontosságú területeken, mint a zöld hidrogéntermelés, a tengervíz sótalanítása, a szennyvízkezelés és a fertőtlenítés. A vegyes fém-oxid (MMO) titánanódok kiemelkedő előnyöket mutatnak a vízelektrolízisben, beleértve az alacsony túlfeszültséget, a magas áramerősség-hatékonyságot és a hosszú élettartamot. A grafitanódokhoz képest... MMO titán anódok 10-20%-kal csökkenthetik a vízelektrolízis rendszerek energiafogyasztását, és több mint nyolcszorosára növelhetik élettartamukat. Globális penetrációs arányuk a klóralkáli iparban és más ágazatokban meghaladta a 70%-ot.

Az MMO titán anód működési elve

Az MMO titánanód működési mechanizmusa a „hordozó-bevonat” szinergikus hatáson alapul, amely precíz elektrokatalízissel éri el a hatékony vízmolekula-átalakítást. Alapelvei három kulcsfontosságú szempontot ölelnek fel: a szerkezeti támogatást, a töltésvezetést és a reakciókatalízist.

Titán szubsztrát

A titán hordozó szerkezeti támasztómagként szolgál, és Gr1 vagy Gr2 titánból készül, ≥99.7%-os tisztasággal. Felületét homokfúvással vagy elektropolírozással kezelik Ra1.6-6.3 μm érdességre, ami porózus szerkezetet hoz létre, amely fokozza a bevonat tapadását.

MMO bevonat

Ez a funkcionális réteg, amely aktív és stabilizáló komponensekből áll, vastagsága 5μm-20μm, kötési szilárdsága ≥30MPa, ellenállása pedig ≤10⁻⁴Ω·cm. Az aktív komponensek (például IrO₂ és RuO₂) katalitikus helyeket biztosítanak, csökkentve a reakció aktiválási energiáját; a stabilizáló komponensek (például Ta₂O₅ és TiO₂) fokozzák a bevonat korrózióállóságát és megakadályozzák az elektrolízis során fellépő lepattogzást. A bevonatot termikus bomlási módszerrel állítják elő: nemesfémsók oldatát titán hordozóra viszik fel, és 450-550°C-on szinterelik, hogy kristályos szerkezetet képezzenek, biztosítva a katalitikus aktivitás és a szerkezeti stabilitás közötti egyensúlyt.

Klórfejlődési reakció

Klór dominanciájú reakcióban (magas kloridtartalmú környezetben) a ruténium alapú bevonat elsősorban a kloridionok oxidációját katalizálja egy klórtartalmú elektrolitban (például tengervízben vagy sóoldatban). Az anódos reakció: 2Cl⁻ – 2e⁻ = Cl₂↑. A keletkezett klórgáz tovább reagál vízzel, fertőtlenítőszereket, például hipoklórossavat képezve: Cl₂ + H₂O ⇌ HCl + HClO. A ruténium alapú bevonat d-orbitális elektronszerkezete lehetővé teszi a hatékony töltésátvitelt a kloridionokkal, ami akár 1.0 V alatti klórfejlődési túlfeszültséget és 95%-ot meghaladó áramhatásfokot eredményez.

Oxigénfejlődési reakció

Savas vagy tiszta vizes oldatokban az irídium alapú bevonatok katalizálják a vízmolekulák oxidációját oxigén előállítására. Az anódos reakció: 4OH⁻ – 4e⁻ = O₂↑ + 2H₂O (lúgos) vagy 2H₂O – 4e⁻ = O₂↑ + 4H⁺ (savas). A hidrogénelektrolízis rendszerekben az anódos oxigénfejlődési reakció és a katódos hidrogénfejlődési reakció szinergikusan megy végbe, az összreakció a következő: 2H₂O = 2H₂↑ + O₂↑. Az irídium alapú bevonatok szabályozzák a felületi elektronikus állapotot, hogy az oxigénfejlődés túlfeszültsége 0.3 V alatt maradjon, ami jelentősen csökkenti az elektrolízis energiafogyasztását. Az ózontermelés során a speciálisan kifejlesztett irídium-tantál bevonatok lehetővé teszik az anódos reakciót O₃ előállítására, növelve az áramhatásfokot több mint 20%-ra.

MMO titán anódok típusai

Az MMO titánanódok teljesítménybeli különbségeit elsősorban a bevonat összetétele és morfológiája határozza meg. A különböző típusok specifikus kompatibilitást mutatnak a vízelektrolízis környezetében, ezért pontos kiválasztást igényelnek az elektrolit összetétele, a reakció típusa és a berendezés szerkezete alapján.

Ruténiummal bevont titán anódok

A ruténium-oxid (Ru) az elsődleges aktív komponens, amelyet jellemzően irídiummal (Ir) és ónnal (Sn) adalékolnak a teljesítmény beállítása érdekében. Fő előnyük a hatékony katalitikus teljesítmény a kloridion oxidációs reakciójában. 1 A/cm² áramsűrűségnél kloridfejlődési túlfeszültségük 140 mV-tal alacsonyabb, mint a grafitanódoké, így különösen alkalmasak magas kloridtartalmú elektrolitok elektrolíziséhez.

Iridium bevonatú titán anódok

Az irídium (Ir) -oxid a mag aktív komponense, amely stabilizáló komponensekkel, például tantál (Ta) -oxiddal kombinálva egy klasszikus kompozit rendszert alkot, például az „IrO₂-Ta₂O₅”-t (az Ir-oxid 10%-30%-ot tesz ki). Ez a típusú anód az oxigénfejlődési reakció katalizálására összpontosít a vízmolekulák oxidációja révén. Oxigénfejlődési potenciálja jellemzően 1.40 V alatt van (1 mol/L H₂SO₄ rendszer), így ez az előnyben részesített anód olyan alkalmazásokhoz, mint a vízelektrolízis, a hidrogéntermelés és az ózontermelés.

Platina bevonatú titán anód

Egy 1-5 μm vastag platina (Pt) bevonatot titán hordozóra galvanizálással alakítanak ki, amely ötvözi a platina rendkívül magas katalitikus aktivitását a titán szerkezeti stabilitásával. A platina magas ára miatt elsősorban speciális vízelektrolízis alkalmazásokban használják, amelyek rendkívül nagy terméktisztaságot igényelnek, például elektronikai minőségű ultratiszta víz előállításában. A kezdeti befektetése 3-5-szöröse egy irídium alapú anódnak.

Hálós MMO titán anód

A rácsmintázatban összehegesztett titán vezetőképes csíkokból álló membrán testreszabható hálómérettel rendelkezik (pl. 12.7 × 4.5 mm vagy 6 × 3 mm), ami széles felületű áramelosztást tesz lehetővé. Üreges szerkezete megkönnyíti az elektrolízis során keletkező buborékok gyors leválását az elektróda felületéről, csökkentve a „buborékárnyékoló hatást” és az elektródák közötti ohmikus feszültségesést körülbelül 700 mV-tal. Széles körben használják nagyméretű vízelektrolízises hidrogéntermelő cellákban és szennyvíztisztító elektrolízis berendezésekben.

Csőszerű/rúd alakú MMO titán anódok

Ezek az anódok üreges vagy tömör hengeres szerkezettel, 10–50 mm külső átmérővel rendelkeznek, és akár 6 méter hosszúra is testreszabhatók, valamint peremes csatlakozásokkal meghosszabbíthatók. Ez a kialakítás ideális speciális alkalmazásokhoz, például mély kutak elektrolíziséhez és csővezeték-bélelési vízkezeléshez. A tengervíz sótalanító elektrolitikus sótalanító modulokban a cső alakú anódok nagy felületet érnek el térfogategységre vetítve, ami 30%-kal növeli a sótalanítás hatékonyságát. 0.5–3 mm falvastagságukkal 0.1–1.0 MPa üzemi nyomást bírnak, így alkalmasak nagynyomású vízelektrolízis környezetekben való használatra.

Rugalmas MMO titán anódok

Rugalmas, vezetőképes polimer hordozóval és kompozit MMO bevonattal készülnek, így képesek illeszkedni összetett, ívelt felületekhez, például tartálybélésekhez és szabálytalan alakú elektrolitikus reaktorokhoz. Nagy áramlási sűrűségük és egyszerű telepítésük különösen előnyössé teszi őket kis, hordozható elektrolitikus fertőtlenítő berendezésekben való alkalmazásra, leküzdve a hagyományos merev anódok gyenge alkalmazkodóképességét. A rugalmas anódok 92%-os áramegyenletességet érnek el szabálytalan elektrolízis terekben, ami messze meghaladja a rúd alakú anódok által elért 75%-ot.

Csíkok MMO titán anód

A szabványos specifikációk 6.35 mm szélesek és 0.635 mm vastagok, a tekercsek hossza pedig akár 150 méter is lehet. Ezeket a szalagokat elsősorban folyamatos vízelektrolízis rendszerekben használják, például összeszerelő soros fertőtlenítővíz-gyártó berendezésekben. A folyamatos fektetés lehetővé teszi a nagy távolságú elektrolízist, és a gipszpor-háttöltéssel kombinálva az áramelosztás optimalizálása érdekében 15%-kal csökkenthetik a fajlagos energiafogyasztást a nagyméretű nátrium-hipoklorit-gyártás során.