Titaanielektrodi on eräänlainen elektrodi, joka perustuu titaanimetalliin ja muodostaa lopuksi kerroksen sähkökatalyyttistä oksidipinnoitetta titaanisubstraatille sintraamalla ja hapettamalla. Sitä kutsutaan myös nimellä Dimensionally Stable Anode (lyhyesti DSA) sen fyysisen mittavakauden vuoksi käytön aikana.
Titaanielektrodien luokitus
Pinnoitteen kemiallisen koostumuksen ja tärkeimpien sähkökemiallisten ominaisuuksien mukaan titaanielektrodit voidaan jakaa karkeasti kolmeen luokkaan:
Ruteenipinnoitettu titaanielektrodi
Näillä elektrodeilla on alhainen kloorin kehittymisen ylipotentiaali ja korkea hapen kehittymisen ylipotentiaali, ja niitä käytetään pääasiassa erilaisissa kloorin kehittymistilanteissa, kuten kloorialkaliteollisuudessa, katodisuojauksessa jne. Tämäntyyppinen elektrodipinnoite sisältää alkuperäisen ruteenititaanipinnoitteen (Ru). Ti) ja tällä perusteella kehitetyt Ru Ir Ti, Ru Co Ti, Ru Co Sn Ti, Ru Sn Ti, Ru Si Ti, Ru Ti Zr, Ru Ti La, Ru Ti Ce ja muut pinnoitteet.
Ruteenipinnoittamaton titaanielektrodi
Rutenium on jalometalli, jolla on korkea hinta ja rajalliset luonnonvarat. Ru:n määrän vähentämiseksi ja Ru:n kokonaan korvaamiseksi kehitettiin ei-Ru-pinnoitettu titaanielektrodi. Näillä elektrodeilla on yleensä korkea hapen kehittymisen ylipotentiaali. Menestyneempiä elektrodeja ovat tina-antimonipäällysteiset titaanielektrodit, Co3O4-spinellipinnoitetut titaanielektrodit ja palladiumoksidilla päällystetyt titaanielektrodit.
Iridium-pinnoitettu titaanielektrodi
Joissakin elektrolyyttisissä prosesseissa, kuten ei-rautametallien elektrolyyttisessä uuttamisessa, galvanoinnissa ja sähkökemiallisessa pelkistuksessa orgaanisten aineiden tuottamiseksi, anodin suunnittelureaktio on hapen kehitysreaktio. Siksi toivotaan kehittävän anodimateriaalia, jolla on alhainen hapen kehittymisen ylipotentiaali. Iridiumilla päällystetty titaanielektrodi kehitettiin tällä taustalla. Ir Co, Ir Ta, Ir Sn, Ir Ta Co, Ir Ru Pd Ti ja muut pinnoitteet ovat esimerkkejä tällaisista elektrodipinnoitteista. Ir Ta -pinnoitettu titaanielektrodi on menestynein hapenkehityselektrodi.
Titaanielektrodien valmistusmenetelmät ovat seuraavat:
Terminen hajoamismenetelmä
Lämpöhajoamismenetelmään kuuluu tavallisesti metallisuolayhdisteiden liuottaminen orgaaniseen liuottimeen tai vesiliuokseen, liuoksen päällystäminen titaanisubstraatille, kuumennus liuottimen haihduttamiseksi ja sitten korkeassa lämpötilassa sintraus suolojen hajottamiseksi ja hapettamiseksi oksidipinnoitteen saamiseksi. Päällystysmenetelmiä ovat ruiskutus, telapinnoitus tai sivellinpinnoitus. Ruiskutus ja telapinnoitus ovat erittäin mekanisoituja ja soveltuvat teolliseen tuotantoon. Työympäristö on hyvä ja pinnoite on suhteellisen tasainen, mutta päällystysnesteen hukka on suhteellisen suuri. Harjapinnoitus soveltuu yleensä pienimuotoiseen tuotantoon. Tämä menetelmä vaatii yksinkertaista laitteistoa ja vähemmän pinnoiteliuoksen hävikkiä, mutta työvoimaintensiteetti on korkea, työympäristö on huono ja pinnoite ei useinkaan ole tasainen. Erinomaisen suorituskyvyn omaavia monikomponenttioksidielektrodeja on helppo valmistaa ohjaamalla pinnoitteen koostumusta lämpöhajoamismenetelmällä.
Sol-gel menetelmä
Sooli-geeli -menetelmä on uusi menetelmä kolloidisen kemian periaatteeseen perustuvien pinnoitteiden valmistukseen. Se voi valmistaa erittäin hienojakoisia elektrodipinnoitteita, jotka voivat suurentaa huomattavasti elektrodin pinnan ominaispinta-alaa. Yleinen prosessi titaanielektrodien valmistamiseksi tällä menetelmällä on dispergoida metalli-orgaanisia yhdisteitä (kuten metallialkoksideja) tai epäorgaanisia yhdisteitä liuottimeen, muodostaa aktiivinen monomeeri hydrolyysireaktion kautta, polymeroida aktiivinen monomeeri soolia varten, pinnoittaa sooli titaanisubstraatti, kuivaa soolikalvo geelikalvon saamiseksi ja sintraa sitten tietyssä lämpötilassa pinnoitteen saamiseksi. Perinteiseen lämpöhajotusmenetelmään verrattuna tällä menetelmällä valmistettu elektrodipinnoite on tasalaatuinen, siinä on hienojakoisempia rakeita ja lähes ilman halkeamia, mikä on herättänyt paljon huomiota viime vuosina.
Sähkösaostus
Päällystetty titaanielektrodi valmistetaan sähköpinnoituksella, yleensä käyttämällä liukenematonta elektrodia anodina, esikäsiteltyä metallititaania katodina, elektrolyysillä liuoksessa, joka sisältää vastaavia metalli-ioneja, metalli-ionit kerrostetaan metallititaanikatodille, kuivataan ja sintrataan sitten korkeassa lämpötilassa saada päällystetty titaanielektrodi. Tällä menetelmällä saatu pinnoite on yleensä tasainen ja tiheä. Tämän menetelmän haittana on, että prosessi on monimutkainen ja yhtenäisten laaja-alaisten elektrodien valmistaminen ei ole helppoa.
Sputterointimenetelmä
Sputteroimalla valmistetut kalvot ovat kompakteja ja niillä on vahva tarttuvuus alustaan. Tämä menetelmä vaatii kuitenkin erikoislaitteita, valmistusprosessi on suhteellisen monimutkainen ja emäliuoksen hukka on suhteellisen suuri, mikä ei sovellu laajamittaiseen teolliseen tuotantoon.
