מנגנון כשל באלקטרודת מתכת אוקסיד

מנגנון כשל של אלקטרודת תחמוצת מתכת

הנחתה של פעילות אלקטרודת תחמוצת מתכת מתרחשת בממשק השכבה הפעילה/אלקטרוליט ובממשק המצע/הפעיל. עם התקדמות האלקטרוליזה, ציפוי האנודה נופל בהדרגה, והטִיטָןהמצע פסיבי במקומות חלשים מסוימים. הפעילות הקטליטית של האלקטרודה נחלשת בהדרגה עד שהיא מאבדת לחלוטין את פעילותה, כפי שמוצג באיור 1.3

א-לפני אלקטרוליזה; b-אלקטרוליזה; c-לאחר אינאקטיבציה; 1-מצע טיטניום;2-ציפוי פעיל;3-TiO2

איור 1.3 מפת שרטוט של אנודת תחמוצת מתכת במהלך התעצמות החיים

חוקרים רבים חקרו את הגורמים לכשל באלקטרודות. כיום, לחוקרים מקומיים וזרים יש פרשנויות לא עקביות לכך, בעיקר כדלקמן:

(1) פירוק Ru02:

בציפוי הרותניום, Ru02 הוא המרכיב האלקטרוקטליטי העיקרי. לפי חישובים תרמודינמיים, Ru0₂יחומצן ל-Ru04 כאשר פוטנציאל האנודה חיובי ב-1.387V (לעומת SHE או 1.146V לעומת SCE):

רו0₂+2H₂{{0}}Ru0₄+4H⁺+4e (1．20)

ה-Ru04 שנוצר מהתגובה עשוי להתקיים בצורה של H₂רו0₂בפתרון, ו-Ru0₄ מפורק עוד יותר:

רו0₄+xH₂{{0}}Ru0_2xH₂0+0₂ (1．21)

באופן זה, הרכיב האלקטרוקטליטי Ru02 בציפוי יעזוב את האלקטרודה ויתמוסס לתוך התמיסה, ויגרום לאלקטרודה לאבד את האנרגיה הפעילה שלה.

בהתבסס על המאפיינים של רכיבי ציפוי שאינם עמידים בפני קורוזיה חומצה וקורוזיה אלקטרוכימית, מוצע מנגנון הפסיבציה של אלקטרודת תחמוצת מתכת רותניום-טיטניום ליצירת שכבת ריק. ב-40 מעלות, O. ב-5mol/LH₂S0₄פתרון, בוצעה בדיקת חיים משופרים. הפירוק הכימי של Ti0₂בחומצה גופרתית ובפירוק האלקטרוכימי של Ru0₂בשילוב כדי לגרום להיווצרות שכבת ריק.

אוניברסיטת טיאנג'ין בסין חקרה את מנגנון הקורוזיה של Ru0₂-Ti0₂אלקטרודות והצביעו על כך שהמסה האלקטרוכימית של רכיבי Ru פעילים בציפוי היא הסיבה העיקרית לכשל באלקטרודה. Zhang Zhaoxian הצביע על שני מקרים של פירוק ציפוי האנודה: האחד הוא פירוק אחיד של כל משטח האנודה, והשני הוא פירוק מקומי באזור מסוים של האנודה (בדרך כלל בקצה האנודה). כאשר הוא מתמוסס במידה מסוימת ושאריות הציפוי מהוות 18% משטח האלקטרודה כולו, האלקטרודה עוברת פסיבציה.

(2) אובדן פעילות קטליטית Ru02

ציפוי הרותניום טיטניום עשוי מ-Ru שאינו סטוכיומטרי0_2-x. וטי0_2-x. x מורכב מתחמוצות חסרות חמצן, כאשר x הוא בערך בטווח של 0.01 עד 0.02. המרכז האמיתי של הפעלת פריקת כלור הוא Ru0 הלא כמותי₂. ככל שיש יותר תחמוצות כאלה, יותר מרכזים פעילים, והפעילות הקטליטית של האלקטרודה טובה יותר. פרופסור דנורה ציין פעם: המוליכות של האנודה המצופה היא הביצועים של הגביש המעורב המעוות מסוג n שנוצר מאותו גביש Ru0₂+Ti0₂לאחר טיפול בחום, שבו יש כמה חורי חמצן. אבל כאשר חורי החמצן הללו מתמלאים בחמצן, הציפוי מאבד את הפעילות האלקטרוקטליטית שלו, ופוטנציאל היתר עולה במהירות, מה שמוביל לפסיביות של האלקטרודה. פעם הוא טיפל בחום באנודה הפסיבית בגז אינרטי או בוואקום, וגילה שכאשר מסירים את החמצן הנספג והנספג, האנודה חוזרת למצב המדידה המקורי שלה שאינו אלקטרוכימי, ומחייה את פעילות האנודה.

הרו0₂אלקטרודה מצופה נחקרה בשיטת בדיקת החיים המהירה. מאמינים שמנגנון ההשמדה של Ru0₂נובע מהמרה של Ru0₂לסוגים אחרים של תחמוצות.

(3) חמצון של מצע הטיטניום

במהלך האלקטרוליזה, חמצן פעיל נוצר על האנודה. למעט חלק ממנו מתפרק בממשק הציפוי הפעיל/אלקטרוליטים ויוצא ממשטח האלקטרודה בצורה של חמצן ונכנס לתמיסה, חלק אחר מהחמצן הפעיל נספג על פני האלקטרודה על ידי דיפוזיה או נדידה. עוברים דרך הציפוי הפעיל כדי להגיע לממשק בין הציפוי למצע. תחמוצות פעילות אלו נספגות על פני המצע ויוצרות התנגדות הפוכה של צומת PN עם טיטניום. בנוסף, מורפולוגיה של סדק הצב היא מבנה טיפוסי של אלקטרודות תחמוצת מתכת. קיומם של סדקים מאפשר לאלקטרוליט ליצור קשר עם המצע דרך הסדקים, מה שגורם לחמצון המצע, גורם לנשירת הציפוי הפעיל, מה שמוביל לעלייה בפוטנציאל האנודה, והעלייה בפוטנציאל מקדמת עוד יותר את פירוק הציפוי. והחמצון של המצע.

באמצעות צילומי מיקרוסקופ האלקטרונים הסורקים של כשל האלקטרודה, ניתן לראות צורות שונות של קילוף של הציפוי):

1) קילוף כתוש: הסדקים מקולפים חלקית, והסדקים הגדולים נשברים ומקולפים, ובורות הקילוף הבודדים עמוקים כמו המצע

2) קילוף שכבה בצורת קמור: רק כמה שכבות מהמשטח ומהפנים מקולף בשכבה בצורת בטן קמורה, קצוות הפער אינם אחידים כקירות שבורים, ודפוסי המוריה מסביב נראים בבירור.

3) פיצול סדקים: מספר דפוסי vide moire חודרים להתחבר ליצירת סדק ארוך בתחתית הסדק. הקווים העדינים המתפתלים והעמוקים נראים קלות, מה שגורם בסופו של דבר לכישלון הציפוי עקב התקלפות גדולה 4). הניתוח מצביע על כך שקילוף ציפוי האנודה הטיטניום הוא תוצאה של ההשפעה המשולבת של כוחות כימיים ופיזיקליים, ומוצעות שיטות שיפור מתאימות לצורות שונות של קילוף. במקרה של ריסוק וקילוף שכבות יש להגביר את השילוב בין הציפויים למצע; בצורה של קילוף מלא סדוק, בנוסף לשיפורים הנ"ל, יש לשלוט גם על מספר הסדקים החודרים על פני השטח הסדוק המקורי.

תמונות SEM של אלקטרודה לאחר התעצמות

תגיות פופולריות: אלקטרודת תחמוצת מתכת מעורבת, אלקטרודת תחמוצת מתכת, מנגנון כשל אלקטרודת מתכת אוקסיד סין, יצרנים, ספקים, מפעל, מותאם אישית, סיטונאי, מחיר נמוך, במלאי