กลไกการล้มเหลวของอิเล็กโทรดโลหะออกไซด์

กลไกการล้มเหลวของอิเล็กโทรดโลหะออกไซด์

การลดทอนของกิจกรรมของอิเล็กโทรดโลหะออกไซด์เกิดขึ้นที่อินเทอร์เฟซเลเยอร์/อิเล็กโทรไลต์ที่ใช้งานและอินเทอร์เฟซพื้นผิว/แอ็คทีฟ เมื่ออิเล็กโทรไลซิสดำเนินไป การเคลือบขั้วบวกจะค่อยๆ หลุดออก และไทเทเนียมสารตั้งต้นจะถูกทำให้เฉื่อยในบางจุดที่อ่อนแอ กิจกรรมเร่งปฏิกิริยาของอิเล็กโทรดจะค่อยๆ อ่อนลงจนสูญเสียกิจกรรมทั้งหมด ดังที่แสดงในรูปที่ 1.3

a- ก่อนการอิเล็กโทรไลซิส; b- การอิเล็กโทรไลซิส; c- หลังการทำให้ไม่ทำงาน; 1-พื้นผิวไททาเนียม;2-การเคลือบที่ใช้งานได้;3-TiO2

รูปที่ 1.3 แผนผังโครงร่างของขั้วบวกของโลหะออกไซด์ในช่วงอายุการเพิ่มความเข้มข้น

นักวิชาการจำนวนมากได้ศึกษาสาเหตุของความล้มเหลวของอิเล็กโทรด ในปัจจุบัน นักวิชาการในและต่างประเทศมีการตีความเรื่องนี้ไม่สอดคล้องกัน โดยหลักๆ มีดังนี้

(1) การสลายตัวของ Ru02:

ในการเคลือบรูทีเนียม Ru02 เป็นองค์ประกอบหลักในการเร่งปฏิกิริยาไฟฟ้า ตามการคำนวณทางเทอร์โมไดนามิก Ru0₂จะถูกออกซิไดซ์เป็น Ru04 เมื่อศักย์ขั้วบวกเป็นบวกที่ 1.387V (เทียบกับ SHE หรือ 1.146V เทียบกับ SCE):

รุ0₂+2H₂{{0}}รุ0₄+4H⁺+4e (1．20)

Ru04 ที่เกิดจากปฏิกิริยาอาจมีอยู่ในรูปของ H₂รุ0₂ในสารละลาย และ Ru0₄ ถูกย่อยสลายต่อไปอีก:

รุ0₄+xสูง₂{{0}}รุ0_2xH₂0+0₂ (1．21)

ด้วยวิธีนี้ ส่วนประกอบอิเล็กโทรคาตาไลติก Ru02 ในสารเคลือบจะออกจากอิเล็กโทรดและละลายเข้าไปในสารละลาย ส่งผลให้อิเล็กโทรดสูญเสียพลังงานที่ใช้งานอยู่

จากลักษณะของส่วนประกอบเคลือบที่ไม่ทนต่อการกัดกร่อนของกรดและการกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้า จึงเสนอกลไกการทำให้เป็นพาสซีฟของอิเล็กโทรดโลหะออกไซด์ของรูทีเนียม-ไททาเนียมเพื่อสร้างชั้นช่องว่าง ที่อุณหภูมิ 40 องศา O ในสารละลาย 5 โมลต่อลิตร₂S0₄สารละลาย มีการทดสอบอายุการใช้งานที่เพิ่มขึ้น การสลายตัวทางเคมีของ Ti0₂ในกรดซัลฟิวริกและการละลายทางไฟฟ้าเคมีของ Ru0₂รวมกันก่อให้เกิดการสร้างชั้นช่องว่าง

มหาวิทยาลัยเทียนจินในประเทศจีนได้ศึกษาเกี่ยวกับกลไกการกัดกร่อนของ Ru0₂-ติ0₂อิเล็กโทรดและชี้ให้เห็นว่าการละลายทางเคมีไฟฟ้าของส่วนประกอบ Ru ที่ใช้งานอยู่ในสารเคลือบเป็นสาเหตุหลักของความล้มเหลวของอิเล็กโทรด Zhang Zhaoxian ชี้ให้เห็นถึงสองกรณีของการละลายของสารเคลือบขั้วบวก: หนึ่งคือการสลายตัวสม่ำเสมอของพื้นผิวขั้วบวกทั้งหมด และอีกกรณีหนึ่งคือการสลายตัวเฉพาะที่ในบริเวณหนึ่งของขั้วบวก (โดยปกติอยู่ที่ขอบของขั้วบวก) เมื่อละลายไปในระดับหนึ่งและสารเคลือบตกค้างคิดเป็น 18% ของพื้นผิวอิเล็กโทรดทั้งหมด อิเล็กโทรดจะถูกทำให้เฉื่อย

(2) การสูญเสียกิจกรรมเร่งปฏิกิริยา Ru02

การเคลือบรูทีเนียมไททาเนียมทำจาก Ru0 ที่ไม่มีสโตอิชิโอเมตริก_2-x. และ ติ0_2-x. x ประกอบด้วยออกไซด์ที่ขาดออกซิเจน โดยที่ x อยู่ในช่วงประมาณ 0.01 ถึง 0.02 ศูนย์กลางที่แท้จริงของการกระตุ้นการปลดปล่อยคลอรีนคือ Ru0 แบบไม่ระบุปริมาณ₂ยิ่งมีออกไซด์ดังกล่าวมากขึ้นเท่าใด ศูนย์กลางที่ทำงานมากขึ้นเท่านั้น และกิจกรรมเร่งปฏิกิริยาของอิเล็กโทรดก็จะดีขึ้นเท่านั้น ศาสตราจารย์เดอโนราเคยชี้ให้เห็นว่า การนำไฟฟ้าของขั้วบวกที่เคลือบนั้นขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพของผลึกผสมชนิด n ที่บิดเบี้ยวซึ่งเกิดจากผลึก Ru0 เดียวกัน₂+ติ0₂หลังจากการอบชุบด้วยความร้อน ซึ่งจะมีรูออกซิเจนบางส่วน แต่เมื่อรูออกซิเจนเหล่านี้ถูกเติมด้วยออกซิเจน การเคลือบจะสูญเสียกิจกรรมทางไฟฟ้าเร่งปฏิกิริยา และศักย์ไฟฟ้าเกินจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ส่งผลให้อิเล็กโทรดเกิดการเฉื่อย ครั้งหนึ่ง เขาเคยอบชุบขั้วบวกที่ถูกเฉื่อยในก๊าซเฉื่อยหรือสุญญากาศ และพบว่าเมื่อออกซิเจนที่ดูดซับและถูกดูดซับถูกกำจัด ขั้วบวกจะกลับสู่สถานะการวัดแบบไม่ใช้ไฟฟ้าเคมีเดิม ทำให้ขั้วบวกเกิดกิจกรรมอีกครั้ง

รู0₂อิเล็กโทรดเคลือบได้รับการศึกษาโดยใช้วิธีทดสอบอายุการใช้งานอย่างรวดเร็ว เชื่อกันว่ากลไกการทำลายของ Ru0₂เป็นผลจากการแปลงของ Ru0₂กับออกไซด์ประเภทอื่น

(3) การเกิดออกซิเดชันของพื้นผิวไททาเนียม

ในระหว่างกระบวนการอิเล็กโทรไลซิส ออกซิเจนที่มีฤทธิ์จะถูกสร้างขึ้นบนขั้วบวก ยกเว้นบางส่วนที่คายประจุที่อินเทอร์เฟซของสารเคลือบที่มีฤทธิ์/อิเล็กโทรไลต์ และออกจากพื้นผิวอิเล็กโทรดในรูปของออกซิเจนและเข้าสู่สารละลาย ออกซิเจนที่มีฤทธิ์อีกส่วนหนึ่งจะถูกดูดซับบนพื้นผิวอิเล็กโทรดโดยการแพร่หรือการเคลื่อนย้าย ผ่านสารเคลือบที่มีฤทธิ์เพื่อไปถึงอินเทอร์เฟซระหว่างสารเคลือบและสารตั้งต้น ออกไซด์ที่มีฤทธิ์เหล่านี้จะถูกดูดซับบนพื้นผิวของสารตั้งต้นและสร้างความต้านทานย้อนกลับของรอยต่อ PN กับไททาเนียม นอกจากนี้ สัณฐานของรอยแตกรูปเต่าเป็นโครงสร้างทั่วไปของอิเล็กโทรดโลหะออกไซด์ การมีรอยแตกทำให้สารเคลือบอิเล็กโทรไลต์สัมผัสกับสารตั้งต้นผ่านรอยแตก ทำให้เกิดออกซิเดชันของสารตั้งต้น ทำให้สารเคลือบที่มีฤทธิ์หลุดออก ส่งผลให้ศักย์ของขั้วบวกเพิ่มขึ้น และศักย์ที่เพิ่มขึ้นจะส่งเสริมการสลายตัวของสารเคลือบและการเกิดออกซิเดชันของสารตั้งต้นต่อไป

การใช้ภาพถ่ายของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดของความล้มเหลวของอิเล็กโทรดสามารถสังเกตเห็นการลอกของเคลือบในรูปแบบต่างๆ ได้):

1) การลอกแบบบด: รอยแตกร้าวถูกลอกออกบางส่วน รอยแตกร้าวขนาดใหญ่แตกและลอกออก และหลุมลอกแต่ละหลุมลึกเท่ากับพื้นผิว

2) การลอกชั้นนูน: มีเพียงชั้นบางๆ จากพื้นผิวและด้านในที่ถูกลอกออกในชั้นนูนรูปท้อง ขอบช่องว่างไม่เรียบเหมือนผนังที่แตก และมองเห็นลวดลายมัวเรโดยรอบได้ชัดเจน

3) การแตกร้าว: รูปแบบวิดีโอมัวเร่จำนวนหนึ่งแทรกซึมเข้าไปในรอยต่อเพื่อสร้างรอยแตกร้าวยาวที่ด้านล่างของรอยแตกร้าว เส้นคดเคี้ยวและเส้นละเอียดลึกๆ มองเห็นได้เลือนลาง ซึ่งในที่สุดทำให้การเคลือบล้มเหลวเนื่องจากการหลุดลอกขนาดใหญ่ 4) การวิเคราะห์บ่งชี้ว่าการลอกของการเคลือบขั้วบวกไททาเนียมเป็นผลมาจากผลรวมของแรงทางเคมีและกายภาพ และมีการเสนอวิธีการปรับปรุงที่สอดคล้องกันสำหรับรูปแบบการลอกที่แตกต่างกัน ในกรณีของการบดและการลอกแบบเป็นชั้น ควรเพิ่มการผสมผสานระหว่างการเคลือบและพื้นผิว ในรูปแบบของการลอกแบบสมบูรณ์ที่แตกร้าว นอกเหนือจากการปรับปรุงข้างต้นแล้ว ควรควบคุมจำนวนรอยแตกร้าวที่ทะลุทะลวงบนพื้นผิวที่แตกร้าวเดิมด้วย

ภาพ SEM ของอิเล็กโทรดหลังจากการทำให้เข้มข้น

ป้ายกำกับยอดนิยม: อิเล็กโทรดโลหะผสมออกไซด์ อิเล็กโทรดโลหะออกไซด์ กลไกความล้มเหลวของอิเล็กโทรดโลหะออกไซด์ จีน ผู้ผลิต ซัพพลายเออร์ โรงงาน กำหนดเอง ขายส่ง ราคาถูก มีในสต็อก