1.ตะกั่วแนะนําขั้วบวก

ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของอุตสาหกรรมและเทคโนโลยี, วัสดุขั้วบวกแบบดั้งเดิมมากขึ้นแสดงข้อ จํากัด ของพวกเขา. ตัวอย่างเช่นค่าใช้จ่ายของแพลทินัมสูงเกินไป ความต้านทานการกัดกร่อนของกราไฟท์ในอุตสาหกรรมคลออัลคาไลและระบบวิวัฒนาการออกซิเจนไม่เหมาะและความแข็งแรงคือต่ำ:ตะกั่วขั้วบวกโลหะผสมมีความต้านทานการกัดกร่อนต่ํา, ประสิทธิภาพต่ํา electrocatalytic, และการใช้พลังงานขนาดใหญ่. จากความต้องการของที่เรียกว่า"วัสดุสีเขียว"เช่นการประหยัดพลังงาน, การลดการบริโภค, และมลพิษฟรี, คนหวังว่าจะหาขั้วบวกใหม่ที่มีชีวิตที่ยาวนาน, ประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าสูง, และไม่มีมลพิษรอง. ภายใต้สภาพแวดล้อมของวิวัฒนาการออกซิเจน, คนได้พัฒนาขั้วไฟฟ้าตะกั่วไดออกไซด์( pbo₂: สารประกอบที่ไม่ใช่ stoichiometric ที่ขาดออกซิเจนและมีตะกั่วมากเกินไป มันมีรูปแบบคริสตัลหลาย,ใช้ขั้วบวกเพื่อผลิตบีบี-PbO₂, ซึ่งออกซิเดชัน, ความต้านทานการกัดกร่อน (มีความเสถียรสูงในกรด H ที่แข็งแกร่ง₂S0₄หรือ HN0₃), สูงสูงออกซิเจนสูงสูง, การนําไฟฟ้าที่ดี, แรงผูกพันที่แข็งแกร่ง, ความสามารถในการออกซิเดชันที่แข็งแกร่งเมื่ออิเล็กโทรไลซ์ในสารละลายน้ํา, สามารถหมีกระแสไฟขนาดใหญ่ เป็นต้น ในปัจจุบันมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านไฟฟ้า, การถลุง, การบําบัดน้ําเสีย ฯลฯ และไม่สามารถแทนที่ด้วยวัสดุอิเล็กโทรดอื่น ๆ อีกมากมาย (เช่น DSA, ตะกั่ว, ไทเทเนียมเคลือบด้วย แพลทินัม)

1.1 ขั้วบวกตะกั่วลักษณะ

มันถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในการเตรียมอิเล็กโทรไลต์ของสารอินทรีย์ต่างๆและในกระบวนการของการบําบัดน้ําเสียและการเตรียมน้ําที่มีความบริสุทธิ์สูง,ช่วงการใช้งานกว้างPb02มีข้อได้เปรียบของการนําไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม, ค่าใช้จ่ายที่ดีและการปลดปล่อยกลับ, และราคาต่ําของ ใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นขั้วบวกสําหรับแบตเตอรี่ตะกั่วกรด ในปัจจุบันอัตราการใช้ตะกั่วไดออกไซด์วัสดุที่ใช้งานในเชิงบวกของแบตเตอรี่ตะกั่วกรดไม่สูงและโดยทั่วไปไม่เกิน 50% ศักยภาพการวิวัฒนาการของออกซิเจนสูงโดยทั่วไป 1.75V (เทียบกับขั้วไฟฟ้า Calomel) และมีแรงลดแรงของการย่อยสลายสําหรับ oริกานิควัสดุ(COD)

1.2ชั้นด้านล่างของขั้วบวกตะกั่ว

วัสดุที่ใช้ในปัจจุบันเป็นชั้นล่างคือ: โลหะกลุ่มแพลทินัมและออกไซด์ของพวกเขา, ดีบุก antimony ออกไซด์, iridium แทนทาลัมคอมโพสิตออกไซด์ชั้นล่าง, ฯลฯ คุณสมบัติของพวกเขามีดังนี้ : (1) โลหะกลุ่มแพลทินัมและออกไซด์ของพวกเขา: ชั้นล่างHเป็นการนําไฟฟ้าที่ดี, ซึ่งสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการยึดเหนี่ยวของสารเคลือบและพื้นผิวของ (2)ดีบุกantimonyออกไซด์: ดีบุกantimonyออกไซด์ชั้นที่ได้รับโดยวิธีการสลายตัวร้อนเป็นหนาแน่นและเครื่องแบบของ ด้วย underlayer นี้, มันเป็นเรื่องยากสําหรับอิเล็กโทรไลที่จะเจาะพื้นผิวไทเทเนียม, อะตอมออกซิเจนหรือ 02-. การแพร่กระจายของไอออนเข้าไปในเมทริกซ์ไททาเนียมจะถูกปิดกั้น, จึงหลีกเลี่ยงการก่อตัวของ Ti02. นอกจากนี้ Ti02 เป็นเซมิคอนดักเตอร์แบบแบนด์กัป N แบบกว้าง หลังจากยาสบด้วย Sb อิเล็กตรอนพิเศษในตาข่าย Sn02 แทนที่อะตอม Sn pentavalent ในตาข่าย Sn02 ด้วยอิเล็กตรอนพิเศษเข้าสู่วงดนตรีนําซึ่งเพิ่มขึ้นอย่างมากความเข้มข้นอิเล็กตรอนในวงดนตรีนํา อย่างไรก็ตาม, เมื่อ SB มากเกินไป, ระดับความผิดปกติของตาข่าย sn02 จะเพิ่มขึ้น, และการนําไฟฟ้าของ sn02 จะลดลง. ดังนั้นเนื้อหาของ Sb จะเกี่ยวข้องกับความเหนือกว่าและด้อยประสิทธิภาพของการขีดเส้นใต้ ชั้นล่างนี้ยังมีผลต่อการลดความเครียดภายในของสารเคลือบผิว (3)ไทเทเนียม- แทนทาลัมคอมโพสิตออกไซด์ชั้นด้านล่าง: ชั้นด้านล่างนี้มีลักษณะของการนําที่ดี, ความต้านทานการกัดกร่อนที่ดี, และกิจกรรมไฟฟ้าต่ําของ แม้ว่าชั้นล่างจะสัมผัสในระหว่างกระบวนการอิเล็กโทรไลต์, ไม่มีปฏิกิริยาอิเล็กโทรไลต์เกิดขึ้น, จึงมีปัญหาที่ชั้นชุบเปลือกออกเนื่องจากนี้.

1.3พื้นผิวชั้นที่ใช้งานของตะกั่วไดออกไซด์ขั้วบวก 

โดยทั่วไปแล้วชั้นผิวงาน PbO2 จะถูกจัดเตรียมโดยวิธีการอิเล็กโทรด มีสองรูปแบบคริสตัล, α และβ, และβ-PbO2 มีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีและการนําไฟฟ้า, และมักจะใช้เป็นชั้นที่ใช้งานพื้นผิวของขั้วไฟฟ้า. อย่างไรก็ตาม α-PbO2 มีแรงผูกพันที่แข็งแกร่งและระยะทางอะตอม O อยู่ระหว่าง "ชั้นล่าง" และ β-PbO2 ซึ่งสามารถทําหน้าที่เป็นฟิวชั่นบัฟเฟอร์ลดการบิดเบือนอิเล็กโทรโพซิชันและเพิ่มความเป็นอยู่ระหว่างพื้นผิวและชั้นล่าง ดังนั้นในกระบวนการชุบด้วยไฟฟ้า α ชนิด PbO2 สามารถฝากภายใต้เงื่อนไขอัลคาไลน์ที่แข็งแกร่งก่อนและ β ชนิด PbO2 สามารถฝากภายใต้เงื่อนไขที่เป็นกรดเพื่อปรับปรุงอายุการใช้งานของอิเล็กโทรด

2.การประยุกต์ใช้ของตะกั่วออกไซด์ไทเทเนียม- basedอิเล็กโทรด

ภายใต้สภาพแวดล้อมของวิวัฒนาการออกซิเจน, ขั้วไฟฟ้าตะกั่วคือพัฒนา PbO2 เป็นสารประกอบที่ไม่ใช่ stoichiometric ที่ขาดออกซิเจนและมีตะกั่วมากเกินไป. มันมีความหลากหลายของรูปแบบคริสตัล. การกัดกร่อน (สูงเสถียรภาพในกรด H2S04 หรือ HN03) สูงออกซิเจน overpotential การนําไฟฟ้าที่ดีแรงผูกพันที่แข็งแกร่งความสามารถในการออกซิเดชันที่แข็งแกร่งเมื่ออิเล็กโทรไลซ์ในสารละลายน้ําสามารถหมีกระแสไฟขนาดใหญ่, ฯลฯของ,เป็น มีแนวโน้มมาก ในปัจจุบันมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านไฟฟ้าถลุงขยะ การบําบัดน้ํา, ป้องกันแคโทด-การกัดกร่อน ฯลฯ ซึ่งไม่สามารถแทนที่ด้วยวัสดุอิเล็กโทรดอื่น ๆ อีกมากมาย (เช่น DSA ตะกั่วชุบทองคําขาวไทเทเนียม)

ตะกั่วขั้วไฟฟ้ามีความต้านทานต่ํา, คุณสมบัติทางเคมีที่มีเสถียรภาพ, ความต้านทานการกัดกร่อนที่ดี, การนําไฟฟ้าที่ดีและสามารถนํามาใช้สําหรับกระแสขนาดใหญ่ของ พวกเขาใช้กันอย่างแพร่หลายในการเตรียมอิเล็กโทรไลต์ของสารอินทรีย์และอนินทรีย์ต่างๆการบําบัดน้ําเสียและกระบวนการเตรียมน้ําที่มีความบริสุทธิ์สูง ฟิลด์โปรแกรมประยุกต์กว้างมาก

2.1

2.1.1Cความสูง,อิเล็กโทรด PbO2 ถูกใช้ในอุตสาหกรรมคลอเรตมาเป็นเวลานาน การผลิตโบรเมตและ iodate ใช้ขั้วไฟฟ้า PbO2 ค่อนข้างเป็นผู้ใหญ่โดยเฉพาะอย่างยิ่ง iodate เนื่องจากโครงสร้างพื้นผิวของขั้วไฟฟ้า PbO2 นอกเหนือจากปฏิกิริยาไฟฟ้าแล้วยังมีบทบาทตัวเร่งปฏิกิริยา

2.1.2

H2O2 ผลิตโดยอิเล็กโทรไลซิสโดยทั่วไปจะใช้ Pt เป็นขั้วไฟฟ้า. บางคนได้ศึกษาการใช้ MnO2, Fe3O4, กราไฟท์, ฯลฯ เป็นวัสดุขั้วบวก, แต่พวกเขายังไม่ได้รับความสําเร็จ, และ PbO2 เป็นขั้วบวกได้ประสบความสําเร็จผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจที่ดี. เนื่องจาก overpotential ของ PbO2 อิเล็กโทรดออกซิเจนต่ํากว่าของ Pt เล็กน้อยคนได้ดําเนินการวิจัยเกี่ยวกับการเปลี่ยนขั้วไฟฟ้า Pt ด้วยขั้วไฟฟ้า PbO2 ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สองญี่ปุ่นขาดแพลทินัมและ H2O2 เป็นสิ่งจําเป็นทางทหารดังนั้นใน 1944-1945 มันตระหนักถึงอุตสาหกรรมของพื้นผิวปราศจากขั้วไฟฟ้า PbO2 แทน PT - based H2O2

2.2

การประยุกต์ใช้ขั้วไฟฟ้า PbO2 ในการสังเคราะห์อินทรีย์ไม่เป็นผู้ใหญ่เช่นเดียวกับในการใช้งานการสังเคราะห์อนินทรีย์, และหลายคนยังคงถูกสํารวจ.

2.2.1 คลอโรฟอร์ม 

ในการเตรียมคลอโรฟอร์มจะใช้ขั้วไฟฟ้า PbO2 แทนอิเล็กโทรด Pt ราคาแพง ผลเหมาะ เงื่อนไขที่เหมาะสมที่สุดสําหรับการสังเคราะห์คลอโรฟอร์ม: โซเดียมคลอไรด์ 300g / L, EtOH 25ml / L, PH 8 ~ 10 อุณหภูมิ 60 ~ 70 ° C; ความหนาแน่นของขั้วบวกในปัจจุบันคือ 0.3 ถึง 0.5A / m2 ประสิทธิภาพปัจจุบันคือ 80% ถึง 90% แรงดันไฟฟ้าเซลล์คือ 5V อัตราการแปลงคือ 98% ถึง 99% และความบริสุทธิ์คือ 99.5% ถึง 99.9% ในการเตรียม bromoform ประสิทธิภาพปัจจุบันคือ 92.5% แพลทินัมคือ 87% และกราไฟท์คือ 86% PbO2 เป็นวัสดุขั้วบวกที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในการสังเคราะห์อิเล็กโทร iodoform ประสิทธิภาพปัจจุบันคือ 90% และการสูญเสียขั้วบวกเป็นเล็กน้อย

2.2.2

อุตสาหกรรม, กรดไอโซบิวทีริกที่ทําจากkmno₄ในสารอัลคาไลน์และออกซิไดซ์และถูกกําจัดเพื่อผลิตกรดไอโซบิวทีริก 1 ตัน นอกเหนือจากวัตถุดิบหลัก isobutanol แล้วยังต้องการประมาณ 3.2tKMnO4, 1.6tH2SO4 วัสดุเสริมเช่น 0.3tNa2CO3 มีค่าใช้จ่ายสูงและผลิตเศษขยะเกือบ 2tMnO2 ซึ่งก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม การใช้ตะกั่วตะกั่วขั้วไฟฟ้าทางอ้อมออกซิไดซ์ไอโซบัตตานอลไปยังกรด isobutyric ลดมลพิษสิ่งแวดล้อม

2.2.3

อิเล็กโทรด PbO2 ที่ใช้ไทเทเนียมใช้ในการรักษามลพิษอินทรีย์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ, สารมลพิษทางชีวภาพเป็นพิษ, และน้ําเสียอินทรีย์อุณหภูมิสูง. การสลายตัวของสารละลายส้มเมทิล 10 มก. / ลิตรด้วยอิเล็กโทรด PbO2 ไทเทเนียมแสดงให้เห็นว่าอัตราการกําจัดของส้มเมธิลเกือบ 100% เมื่อได้รับการรักษาที่ความหนาแน่นปัจจุบันของ 36 mA / cm เป็นเวลา 12 นาทีและชั่วโมงเป็นกิจกรรมอิเล็กโทรคาตาลิติกที่สูงขึ้น . การใช้อิเล็กโทรด PbO2 ใหม่ในการรักษาน้ําเสีย nitrobenzen พบว่าขั้วไฟฟ้า PbO2 มีอัตราการกําจัด COD สูงกว่าขั้วไฟฟ้ากราไฟท์ธรรมดา หลังจาก 5 ชั่วโมงของกระแสไฟฟ้า, อัตราการกําจัด COD ได้ถึง 65% ประสิทธิภาพอิเล็กโทรไลซิสสูงเป็นส่วนใหญ่เนื่องจากศักยภาพการวิวัฒนาการของออกซิเจนสูงของขั้วไฟฟ้า PbO2 ภายใต้ขั้ว anodic พื้นผิวของขั้ว PbO2 มีแนวโน้มที่จะสร้าง · โอ๊ะซึ่งจะทําปฏิกิริยากับไนโตรเบนเซนซึ่งอพยพไปยังพื้นผิวของอิเล็กโทรด ลักษณะของ Ti / PbO2 ขั้วบวก electrocatalytic ออกซิเดชันของสารมลพิษอินทรีย์ ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าอิเล็กโทรแสดงให้เห็นกิจกรรม electrocatalytic ที่ดีสําหรับการย่อยสลายของฟีนอลและมีแนวโน้มการประยุกต์ใช้การคุ้มครองสิ่งแวดล้อมที่ดี ขั้วไฟฟ้า PbO2 แสดงประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาที่ดีสําหรับการย่อยสลายของ aniline ภายใน 3 ชั่วโมง, อนิลีนจะได้รับอัตราการกําจัดที่สูงขึ้น. ในขณะเดียวกันขั้วไฟฟ้า PbO2 ยังแสดงให้เห็นถึงเสถียรภาพที่ดีและอายุการใช้งาน ผลการวิจัยในการรักษาน้ําเสีย hydroxystyreny กับขั้วไฟฟ้า PbO2 พิสูจน์ว่าโดยทั่วไปจะใช้เวลาเพียง 3 ~ 6 ชั่วโมงที่จะสมบูรณ์ย่อยสลายลงในอนินทรีหรือ CO2

โลหะฮา ลองSสมบัติเชิงกลที่หาไม่เมื่อเทียบกับ วัสดุอื่น ๆ, ซึ่งจะทําให้มันเป็นทางเลือกที่น่าสนใจที่สุดสําหรับพื้นผิวของอิเล็กโทรดตะกั่วไดออกไซด์ของ อย่างไรก็ตามโลหะทุกชนิดไม่เหมาะสําหรับพื้นผิวของขั้วไฟฟ้าตะกั่ว มันต้อง โลหะที่มีรูปทรงวาล์วที่มีคุณสมบัติทางเดียวในปัจจุบันเช่น Ti, Ta, Nb, Zr และอื่น ๆ ในบรรดาโลหะข้างต้น, Ta มีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีที่สุดและความต้านทานต่ํา, และเป็นวัสดุที่ดีที่สุดสําหรับการใช้งานเป็นพื้นผิวในแง่ของประสิทธิภาพการทํางาน. อย่างไรก็ตาม, เพราะ Ta มีความสัมพันธ์สูงสําหรับออกซิเจน, มันโดยทั่วไปจะต้องอยู่ในสภาพแวดล้อมที่ anoxic, และโลหะ Ta มีราคาแพง, ดังนั้นจึงไม่เป็นที่นิยมใช้ในการผลิตจริง. Ti ถูกมีความหนาแน่นต่ํามีความแข็งแรงสูงและมีอัตราการขยายตัวทางความร้อนใกล้เคียงกับที่ของตะกั่วไดออกไซด์ ดังนั้น Ti โดยทั่วไปจะถูกเลือกเป็นพื้นผิวของขั้วไฟฟ้าตะกั่ว พื้นผิวไทเทเนียมโดยทั่วไปใช้โครงสร้างตาข่าย เพราะเป็นตาข่าย Ti เป็นยากและยึดแน่นกับชั้นขั้ว อิเล็กโทรดแบบตะกั่วไดออกไซด์ที่อิงกับตาข่าย Ti สามารถลดความต้านทานต่อการไหลของอิเล็กโทรไลต์และปรับปรุงประสิทธิภาพในปัจจุบันโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ความหนาแน่นสูงในปัจจุบันได้อย่างมีประสิทธิภาพป้องกันไม่ให้อิเล็กโทรดจากความร้อนสูง