L'électrode en titane est une sorte d'électrode à base de titane métallique et forme finalement une couche de revêtement d'oxyde électrocatalytique sur le substrat en titane par frittage et oxydation. Elle est également appelée anode dimensionnellement stable (DSA en abrégé) en raison de sa stabilité dimensionnelle physique pendant l'utilisation.
Classification des électrodes en titane
Selon la composition chimique et les principales propriétés électrochimiques du revêtement, les électrodes en titane peuvent être grossièrement divisées en trois catégories :
Électrode en titane recouverte de ruthénium
Ces électrodes ont une faible surtension de dégagement de chlore et une surtension élevée de dégagement d'oxygène et sont principalement utilisées dans diverses occasions de dégagement de chlore, telles que l'industrie des alcalis chlorés, la protection cathodique, etc. Ce type de revêtement d'électrode comprend le revêtement de titane ruthénium d'origine (Ru Ti) et les revêtements 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 et d'autres revêtements développés sur cette base.
Électrode en titane non revêtue de ruthénium
Le ruthénium est un métal précieux avec des prix élevés et des réserves limitées dans la nature. Afin de réduire la quantité de Ru et même de remplacer complètement le Ru, une électrode en titane revêtue de non-Ru a été développée. Ces électrodes présentent généralement une forte surtension de dégagement d'oxygène. Les électrodes les plus performantes comprennent les électrodes en titane revêtues d'antimoine d'étain, les électrodes en titane revêtues de spinelle Co3O4 et les électrodes en titane revêtues d'oxyde de palladium.
Électrode en titane revêtue d'iridium
Dans certains procédés électrolytiques, tels que l'extraction électrolytique de métaux non ferreux, l'industrie de la galvanoplastie et la réduction électrochimique pour produire des substances organiques, la réaction de conception de l'anode est la réaction de dégagement d'oxygène. Par conséquent, on espère développer un matériau d'anode à faible surpotentiel de dégagement d'oxygène. Une électrode en titane revêtue d'iridium a été développée dans ce contexte. Ir Co, Ir Ta, Ir Sn, Ir Ta Co, Ir Ru Pd Ti et d'autres revêtements sont des exemples de tels revêtements d'électrode. L'électrode en titane revêtue d'Ir Ta est l'électrode de dégagement d'oxygène la plus performante.
Les méthodes de préparation des électrodes en titane sont les suivantes :
Méthode de décomposition thermique
La méthode de décomposition thermique implique généralement la dissolution de composés de sels métalliques dans un solvant organique ou une solution aqueuse, le revêtement de la solution sur un substrat en titane, le chauffage pour volatiliser le solvant, puis le frittage à haute température pour décomposer et oxyder les sels afin d'obtenir un revêtement d'oxyde. Les méthodes de revêtement comprennent la pulvérisation, le revêtement au rouleau ou le revêtement au pinceau. La pulvérisation et le revêtement au rouleau sont hautement mécanisés et adaptés à la production industrielle. L'environnement de travail est bon et le revêtement est relativement uniforme, mais le gaspillage de liquide de revêtement est relativement important. Le revêtement à la brosse est généralement applicable à la production à petite échelle. Cette méthode nécessite un équipement simple et moins de perte de solution de revêtement, mais l'intensité du travail est élevée, l'environnement de travail est médiocre et le revêtement n'est souvent pas uniforme. Il est facile de préparer des électrodes d'oxyde multi-composants avec d'excellentes performances en contrôlant la formulation du revêtement par la méthode de décomposition thermique.
Méthode sol-gel
La méthode sol-gel est une nouvelle méthode de préparation de revêtements basée sur le principe de la chimie colloïdale. Il peut préparer des revêtements d'électrode à grain ultra-fin, ce qui peut augmenter considérablement la surface spécifique de la surface de l'électrode. Le processus général de préparation d'électrodes en titane par cette méthode consiste à disperser des composés organométalliques (tels que des alcoxydes métalliques) ou des composés inorganiques dans le solvant, à générer un monomère actif par réaction d'hydrolyse, à polymériser le monomère actif pour générer un sol, à enduire le sol sur le substrat de titane, sécher le film de sol pour obtenir un film de gel, puis fritter à une certaine température pour obtenir le revêtement. Comparé à la méthode de décomposition thermique traditionnelle, le revêtement d'électrode préparé par cette méthode est uniforme, avec des grains plus fins et presque pas de fissures, ce qui a beaucoup attiré l'attention ces dernières années.
Électrodéposition
L'électrode en titane revêtue est préparée par électrodéposition, généralement en utilisant une électrode insoluble comme anode, du titane métallique prétraité comme cathode, électrolyse dans une solution contenant des ions métalliques correspondants, les ions métalliques sont déposés sur une cathode en titane métallique, séchés, puis frittés à haute température pour obtenir une électrode en titane revêtue. Le revêtement obtenu par ce procédé est généralement homogène et dense. L'inconvénient de cette méthode est que le processus est complexe et qu'il n'est pas facile de fabriquer des électrodes uniformes de grande surface.
Méthode de pulvérisation
Les films préparés par pulvérisation cathodique sont compacts et présentent une forte adhésion au substrat. Cependant, cette méthode nécessite un équipement spécial, le processus de préparation est relativement complexe et le gaspillage de liqueur mère est relativement important, ce qui ne convient pas à une production industrielle à grande échelle.
