Pembuatan Anoda Titanium Khusus untuk Elektrolisis Air
Anoda titanium telah menunjukkan banyak keunggulan di bidang elektrolisis air karena kinerjanya yang sangat baik, ketahanan terhadap korosi yang tinggi, aktivitas elektrokatalitik yang tinggi, umur panjang, dan konsumsi energi yang rendah, dan telah menjadi salah satu kunci untuk mendorong pengembangan teknologi.
- Anoda iridium-titanium
- Anoda titanium Ir-Ta-Ti
- Anoda titanium Ru-Ir-Ti
- Anoda rutenium-titanium (RuO₂-TiO₂)
- Anoda grafit titanium
- Anoda titanium yang disesuaikan
- Anoda titanium logam transisi
- Anoda titanium unsur tanah jarang
Anoda Titanium untuk Elektrolisis Air
Sebagai cara berkelanjutan untuk memproduksi hidrogen, elektrolisis air telah menarik perhatian luas. Dalam sistem elektrolisis air, kinerja bahan elektroda memainkan peran kunci dalam efisiensi elektrolisis, konsumsi energi, stabilitas, dan masa pakai. Anoda titanium, sebagai bahan elektroda canggih, telah menunjukkan potensi aplikasi yang besar di bidang elektrolisis air karena keunggulan kinerjanya yang unik.
Pelapisan oksida rutenium dapat secara efektif mengurangi kelebihan potensial evolusi klorin. Meskipun oksigen dan hidrogen sebagian besar berevolusi dalam elektrolisis air, ia memiliki efek tertentu dalam mengurangi kelebihan potensial reaksi anoda secara keseluruhan, sehingga memungkinkan elektrolisis dilakukan pada tegangan yang relatif rendah, sehingga menghemat listrik.
Anoda titanium berlapis iridium dirancang khusus untuk reaksi evolusi oksigen, sehingga secara signifikan mengurangi kelebihan potensial evolusi oksigen, sekitar 0.2-0.3 V. Lapisan iridium beradaptasi dengan lingkungan elektrokimia yang kompleks dan merupakan bahan anoda berkinerja tinggi yang umum digunakan dalam produksi hidrogen elektrolisis air.
Anoda titanium berlapis platina cocok untuk skenario produksi hidrogen elektrolisis air presisi dengan persyaratan kinerja elektroda yang sangat tinggi, seperti penelitian laboratorium. Mengontrol proses reaksi secara akurat untuk memperoleh hidrogen berkualitas tinggi. Namun, biaya platina yang tinggi membatasi penerapannya dalam skala besar.
Prinsip Kerja
Anoda titanium berbahan dasar titanium dan dilapisi dengan lapisan pelapis oksida logam yang aktif secara elektrokatalitik (seperti platinum, rutenium, iridium, dll.) pada permukaannya. Substrat titanium memiliki kekuatan mekanis yang baik untuk memastikan stabilitas struktural elektroda. Pada saat yang sama, titanium sendiri tahan korosi dan tetap relatif stabil dalam berbagai lingkungan elektrolit. Pelapis oksida logam adalah kunci efek elektrokatalitik dari anoda titanium, yang memberikan konduktivitas yang baik dan kinerja elektrokatalitik yang sangat baik pada anoda titanium.
Dalam majalah elektrolisis air, reaksi oksidasi terjadi di anoda dan reaksi reduksi terjadi di katoda. Untuk anoda titanium, dengan mengambil reaksi evolusi oksigen sebagai contoh, ketika arus melewati sel elektrolit, molekul air (H₂O) akan mengalami reaksi oksidasi: 2H₂O – 4e⁻ = O₂↑ + 4H⁺. Komponen aktif dalam lapisan dapat menyerap molekul air, mengubah distribusi awan elektron molekul air, mengurangi energi aktivasi reaksi, dan dengan demikian mempercepat laju reaksi. Pada saat yang sama, karena konduktivitas lapisan yang baik, arus dapat didistribusikan secara merata pada permukaan anoda, menghindari panas berlebih lokal dan kepadatan arus yang berlebihan, memastikan bahwa reaksi dilakukan dalam kondisi yang relatif stabil, dan meningkatkan efisiensi elektrolisis dan masa pakai elektroda.
Kelebihan
- Ketahanan korosi yang tinggi
Anoda titanium mempertahankan kinerja yang relatif stabil dalam lingkungan asam, basa, dan elektrolit yang mengandung oksidan kuat dan ion korosif yang kuat (seperti ion klorida).
- Aktivitas elektrokatalitik tinggi
Anoda titanium secara signifikan mengurangi potensi reaksi elektroda yang berlebihan seperti evolusi oksigen dan evolusi hidrogen. Dengan masukan energi listrik yang sama, lebih banyak hidrogen dan oksigen yang diproduksi.
- Kurangi konsumsi energi
Karena anoda titanium dapat mengurangi potensi reaksi elektroda yang berlebihan. Hal ini tidak hanya mengurangi biaya produksi hidrogen melalui elektrolisis air, tetapi juga membuatnya lebih kompetitif di pasar energi.
- Kemurnian produk tinggi
Anoda titanium dapat mengatasi masalah pelarutan beberapa anoda tradisional (seperti anoda grafit dan anoda timbal), sehingga meningkatkan kemurnian hidrogen dan oksigen.
Berbagai jenis anoda titanium, seperti pelapisan rutenium, pelapisan iridium, dan anoda titanium berlapis platina, dapat memenuhi persyaratan kinerja elektroda untuk berbagai skenario dan kebutuhan aplikasi. Dalam hal prinsip kerja, efek sinergis dari matriks titanium dan pelapisan oksida logam dapat secara efisien mengkatalisis elektrolisis air. Keunggulannya seperti ketahanan korosi yang tinggi, aktivitas elektrokatalitik yang tinggi, masa pakai yang lama, konsumsi energi yang rendah, dan kemampuan untuk meningkatkan kemurnian produk tidak hanya meningkatkan kinerja dan manfaat ekonomi dari sistem air elektrolisis, tetapi juga memberikan dukungan yang kuat untuk pembangunan berkelanjutan industri energi bersih.
