อิเล็กโทรดส่วนใหญ่หมายถึงอิเล็กโทรดบวกและลบในระบบแบตเตอรี่หลักและวัสดุแคโทดและแอโนดในระบบเซลล์อิเล็กโทรไลต์ แยกแยะตามทิศทางการไหลของกระแส: ปลายด้านหนึ่งของกระแสอินพุตเรียกว่าขั้วบวก และปลายด้านหนึ่งของกระแสเอาต์พุตเรียกว่าแคโทด
หากแยกตามประเภทของปฏิกิริยาบนขั้วบวก: แอโนดที่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันและแคโทดที่เกิดปฏิกิริยารีดักชัน วัสดุแอโนดเป็นส่วนประกอบหลักในระบบปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้า จึงมีผลกระทบสำคัญต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา กลไกการเกิดปฏิกิริยา และการใช้พลังงานในระหว่างกระบวนการทำปฏิกิริยา ดังนั้น ในบริบทของการขาดแคลนพลังงานและการบำบัดน้ำเสียที่ยากลำบาก การพัฒนาวัสดุแอโนดประสิทธิภาพสูงใหม่จึงมีความสำคัญทางทฤษฎีที่สำคัญและมูลค่าทางเศรษฐกิจสำหรับการผลิตภาคอุตสาหกรรม
ในระบบปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมี ปฏิกิริยารีดักชันส่วนใหญ่เกิดขึ้นที่แคโทด ดังนั้นข้อกำหนดสำหรับวัสดุแคโทดจึงไม่เข้มงวดเกินไป วัสดุแอโนดส่วนใหญ่ผ่านปฏิกิริยาออกซิเดชันในระหว่างกระบวนการทำปฏิกิริยา ทำให้วัสดุแอโนดสูญหายได้ง่ายและถูกเปลี่ยนบ่อยกว่าวัสดุแคโทด วัสดุแอโนดที่มีประสิทธิภาพดีเยี่ยมจำเป็นต้องเป็นไปตามข้อกำหนด เช่น การนำไฟฟ้าที่ดี กิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาสูง ความเสถียรที่ดี และความแข็งแรงทางกลบางอย่าง วิธีการพัฒนาวัสดุแอโนดที่มีลักษณะข้างต้นกลายเป็นประเด็นร้อนในการวิจัยโดยนักวิชาการในประเทศและต่างประเทศ
การพัฒนาอย่างต่อเนื่องของอุตสาหกรรมอิเล็กโทรไลซิสได้ส่งเสริมความก้าวหน้าและการพัฒนาวัสดุแอโนด EG Acheson ประสบความสำเร็จในการผลิตกราไฟท์เทียมโดยใช้วิธีการตกผลึกด้วยความร้อนด้วยไฟฟ้าในปี พ.ศ. 2439 และตระหนักถึงการผลิตทางอุตสาหกรรมในอุตสาหกรรมเกลือด้วยไฟฟ้า
ในฐานะที่เป็นวัสดุแอโนด พบว่าแอโนดกราไฟท์มีข้อบกพร่องดังต่อไปนี้ในระหว่างการใช้งานทางอุตสาหกรรมในระยะยาว: เมื่ออิเล็กโทรไลต์มีสภาพเป็นกรด กระบวนการย่อยสลายด้วยไฟฟ้าจะมาพร้อมกับปฏิกิริยาวิวัฒนาการของออกซิเจน และวัสดุคาร์บอนจะถูกออกซิไดซ์ได้ง่าย ส่งผลให้ ในกราไฟท์ วัสดุแอโนดจะขยายตัว เปลี่ยนรูป หลุดออก และเกิดตะกรัน ข้อเสียอีกประการหนึ่งคือวัสดุคาร์บอนมีความต้านทานต่ออุณหภูมิสูงต่ำและมีความแข็งแรงเชิงกลต่ำ และอาจแตกหักระหว่างการแปรรูปและการขนส่ง ดังนั้นผู้คนจึงกำลังมองหาขั้วบวกโลหะเพื่อทดแทนขั้วบวกกราไฟท์เพื่อตอบสนองความต้องการของการพัฒนาอุตสาหกรรม ปัญหาที่ใหญ่ที่สุดของแอโนดโลหะคือการสร้างทู่ของแอโนด ฟิล์มทู่จะก่อตัวได้ง่ายบนพื้นผิว ส่งผลให้กิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาของแอโนดโลหะลดลงหรือสูญเสียกิจกรรม เช่น แอโนดเหล็กและแอโนดทองแดง แพลตตินัมแอโนดมีฤทธิ์ทางไฟฟ้าสูงและประสิทธิภาพกระแสไฟฟ้าสูง แต่โลหะแพลตตินัมมีราคาแพง ซึ่งจำกัดขอบเขตการใช้งาน ในปี 1948 ได้มีการพัฒนาครั้งสำคัญในการเตรียมโลหะไทเทเนียมและการผลิตทางอุตสาหกรรมได้สำเร็จ สาเหตุหลักมาจากการประดิษฐ์ของ Dr. W. Claure แห่งสหรัฐอเมริกา โดยวิธีการลดความร้อนของแมกนีเซียม และความสำเร็จในการเตรียมฟองน้ำไทเทเนียม คุณสามารถใช้ไทเทเนียมเป็นวัสดุฐานแอโนดเพื่อเตรียมแอโนดใหม่ได้ ในปี 1959 นักวิจัยเสนอแนวคิดใหม่: การใช้โลหะไทเทเนียมเป็นวัสดุฐานและโลหะออกไซด์เป็นชั้นที่ใช้งานอยู่เพื่อพัฒนาขั้วบวกของโลหะใหม่ ในปี 1968 บริษัท DeNora ของอิตาลี เป็นผู้นำในการพัฒนาแอโนดเคลือบรูทีเนียม-ไททาเนียมของ H.Beer ในอุตสาหกรรม และการพัฒนาแอโนดไทเทเนียมได้เข้าสู่บทใหม่
1. วิธีการเตรียมขั้วบวกไทเทเนียม
(1) วิธีการสลายตัวด้วยความร้อน
วิธีการสลายตัวด้วยความร้อนคือการใช้สารละลายอินทรีย์หรือสารละลายโลหะออกไซด์ที่เป็นน้ำบนพื้นผิวของสารตั้งต้นที่ผ่านการบำบัดแล้ว จากนั้นจึงผ่านการอบแห้งที่อุณหภูมิต่ำ ออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูง และกระบวนการอื่น ๆ เพื่อให้ได้ฟิล์มออกไซด์ที่ต้องการ ข้อดีของวิธีนี้คืออุปกรณ์และกระบวนการที่เรียบง่าย ความหนาของการเคลือบที่ควบคุมได้ และการเกิดรอยแตกจำนวนมากบนพื้นผิวแอโนด ซึ่งจะเพิ่มพื้นที่ผิวจำเพาะของการเคลือบและปรับปรุงกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาของแอโนด ข้อเสียคือรอยแตกลึก เช่น รอยแตกร้าวของโคลนจะเกิดขึ้นได้ง่ายบนพื้นผิวของสารเคลือบ และสารเคลือบหลุดออกง่าย
(2)วิธีโซลเจล
วิธีโซลเจลคือการเตรียมโซลที่มีอนุภาคของโลหะออกไซด์หรือไฮดรอกไซด์ละลายในสารละลายของสารประกอบอินทรีย์ของโลหะผ่านการไฮโดรไลซิสและปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันของสารประกอบ จากนั้นจึงสร้างเจลที่มีโครงสร้างเชิงพื้นที่ผ่านปฏิกิริยาทางกายภาพหรือเคมีชุดหนึ่ง . สามารถรับฟิล์มนาโนออกไซด์ของโลหะออกไซด์ที่ต้องการได้ผ่านการอบแห้งที่อุณหภูมิต่ำและการเผาผนึกที่อุณหภูมิสูง ข้อดีคืออนุภาคนาโนจะตกตะกอนจากสารเคลือบ เม็ดมีขนาดเล็ก และสารเคลือบมีความหนาแน่น ข้อเสียคือขั้นตอนการเตรียมการมีความซับซ้อนและใช้เวลานาน
(3) วิธีการอิเล็กโทรด
วิธีการวางตำแหน่งด้วยไฟฟ้าคือการวางซับสเตรตที่เตรียมไว้แล้วเป็นขั้วบวกในสารละลายการชุบด้วยเกลือโลหะ และใช้สแตนเลสเป็นแคโทด หลังจากการอิเล็กโทรดเป็นระยะเวลาหนึ่งภายใต้การกระทำของกระแสคงที่ จะได้ฟิล์มโลหะออกไซด์บนพื้นผิวของสารตั้งต้น
วิธีการวางอิเล็กโทรดมีเงื่อนไขการเตรียมการที่ไม่รุนแรง มีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างสารตั้งต้นกับสารเคลือบมากขึ้น และมีแนวโน้มมากที่สุดสำหรับการผลิตทางอุตสาหกรรม อย่างไรก็ตาม กระบวนการเตรียมการมีความซับซ้อน มีปัจจัยที่มีอิทธิพลมากมาย และใช้พลังงานจำนวนมาก
(4) วิธีการสปัตเตอร์แมกนีตรอน
วิธีการสปัตเตอร์แมกนีตรอนอยู่ในบรรยากาศอาร์กอน ภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้าความถี่สูงและไฟฟ้าแรงสูง การไหลของไอออนของก๊าซพลังงานสูงก่อตัวขึ้นถล่มพื้นผิวเป้าหมาย และอะตอมบนพื้นผิวเป้าหมายจะถูกสปัตเตอร์ออกและสะสม บนพื้นผิวรองพื้น
วิธีการเตรียมวัสดุฟิล์มบาง ข้อดีของวิธีนี้คือการเคลือบที่ได้จะมีความหนาแน่นสูงกว่า มีแรงยึดเกาะระหว่างพื้นผิวกับสารเคลือบมากขึ้น และอายุการใช้งานของแอโนดก็ดีขึ้นอย่างมาก อย่างไรก็ตามอุปกรณ์ที่ใช้มีราคาแพงและยากต่อการนำไปใช้ในวงกว้าง
นอกเหนือจากวิธีการเตรียมหลักสี่วิธีข้างต้นแล้ว วิธีการเตรียมแอโนดโลหะออกไซด์ที่ใช้ไททาเนียมยังรวมถึง CVD, PVD, การสลายตัวด้วยความร้อนแบบสเปรย์ ฯลฯ วิธีการสลายตัวด้วยความร้อนเป็นวิธีการทั่วไปในการเตรียมแอโนดดีบุกแอนติโมนีที่ใช้ไททาเนียม กระบวนการนี้ง่าย อุปกรณ์ใช้งานง่าย และส่วนประกอบการเคลือบมีความแม่นยำและควบคุมได้ เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการวิจัยในห้องปฏิบัติการทั่วไป
2. การจำแนกประเภทแอโนดไทเทเนียมที่ใช้กันทั่วไปหลายอย่าง
การเลือกการเคลือบในขั้วบวกไทเทเนียมจะเป็นตัวกำหนดกระบวนการเกิดปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้า กล่าวคือ ประเภทปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าเป็นปฏิกิริยาวิวัฒนาการของออกซิเจนหรือปฏิกิริยาวิวัฒนาการของคลอรีน และหลักการย่อยสลายคือการย่อยสลายโดยตรงหรือการย่อยสลายทางอ้อม โครงสร้างและองค์ประกอบทางเคมีของการเคลือบมีอิทธิพลชี้ขาดต่อปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้า ในปัจจุบัน การวิจัยเกี่ยวกับแอโนดไทเทเนียมที่ใช้กันทั่วไปหลายชนิด ได้แก่ ซีรีส์ Ir02/Ti, ซีรีส์ Ru02/Ti, ซีรีส์ Pb02/Ti, ซีรีส์ Sn02/Ti เป็นต้น
แอโนด Ir02 /Ti เป็นแอโนดวิวัฒนาการของออกซิเจน ชั้นที่ใช้งานอยู่ของแอโนดไทเทเนียมเคลือบหน่วย lr02 นั้นลอกออกได้ง่ายระหว่างการใช้งาน และแอโนดมีอายุการใช้งานสั้น โดยปกติจำเป็นต้องเพิ่มส่วนประกอบอื่นๆ เพื่อการวิจัยการดัดแปลง อิริเดียมเป็นธาตุโลหะมีค่าและมีราคาค่อนข้างแพง
แอโนด Ru02-Ti02/Ti เป็นแอโนดวิวัฒนาการของคลอรีน เช่นเดียวกับอิริเดียม รูทีเนียมก็เป็นธาตุโลหะมีค่าและมีราคาแพงเช่นกัน ปัจจุบันแอโนดซีรีส์ Ru02/Ti ใช้เป็นหลักในอุตสาหกรรมคลอร์อัลคาไล
แอโนด Pb02/Ti มีความสามารถอย่างมากในการย่อยสลายอินทรียวัตถุในน้ำเสีย เช่น น้ำเสียอินทรีย์บางชนิดที่ย่อยสลายทางชีวภาพได้ยาก ผลิตภัณฑ์การย่อยสลายขั้นสุดท้ายของอินทรียวัตถุคือ C02 และ H20] แอโนด Pb02/Ti ส่วนใหญ่ใช้ในการชุบโครเมียมในสารละลายกรดแก่ การถลุงสังกะสีและทองแดงด้วยไฟฟ้า การบำบัดน้ำเสีย การแยกน้ำมันและน้ำ ฯลฯ
แอโนด Sn02/Ti หมายถึงวัสดุแอโนดที่มีดีบุกออกไซด์เป็นส่วนประกอบที่ทำงานบนเมทริกซ์ไทเทเนียม เป็นแอโนดออกไซด์ของโลหะที่ใช้ไทเทเนียมเป็นโลหะที่ไม่ใช่โลหะมีค่า SnO2 มีความต้านทานสูงที่อุณหภูมิห้อง ดังนั้นจึงไม่สามารถใช้เป็นวัสดุแอโนดโดยตรงได้ Doping Sb สามารถปรับปรุงคุณสมบัติการนำไฟฟ้าของ Sn02 ได้อย่างมีประสิทธิภาพ สารละลายของแข็งต่อเนื่องจะเกิดขึ้นระหว่าง Sb ออกไซด์กับ Sn02 Sb มีบทบาทในการสนับสนุนและปรับปรุงเสถียรภาพของ Sn02 ดังนั้น SnO2 ที่ดัดแปลงโดย Sb doping จึงสามารถใช้เป็นสารเคลือบขั้วบวกได้ งานวิจัยได้พิสูจน์แล้วว่า Sb-doped Sn02 แอโนด Sb/Ti มีศักยภาพในการวิวัฒนาการของออกซิเจนสูงและความสามารถในการสร้าง ·OH ที่แข็งแกร่ง ดังนั้นจึงมีฤทธิ์ออกซิเดชันด้วยไฟฟ้าที่ดีสำหรับอินทรียวัตถุ และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการบำบัดน้ำเสีย
3.ผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้องในเอฮิเซ็น
