Cơ chế hỏng điện cực oxit kim loại

Cơ chế hỏng của điện cực oxit kim loại

Sự suy giảm hoạt động của điện cực oxit kim loại xảy ra ở giao diện lớp hoạt động/chất điện phân và giao diện chất nền/hoạt động. Với sự tiến triển của quá trình điện phân, lớp phủ anot dần dần bong ra vàtitanchất nền bị thụ động hóa ở một số nơi yếu. Hoạt động xúc tác của điện cực dần dần yếu đi cho đến khi mất hoàn toàn hoạt động, như thể hiện trong Hình 1.3

a-Trước khi điện phân; b-Điện phân; c-Sau khi bất hoạt; 1-Chất nền titan;2-Lớp phủ hoạt động;3-TiO2

Hình 1.3 Sơ đồ anot oxit kim loại trong quá trình tăng cường tuổi thọ

Nhiều học giả đã nghiên cứu nguyên nhân gây ra hỏng điện cực. Hiện nay, các học giả trong và ngoài nước có cách giải thích không thống nhất về vấn đề này, chủ yếu như sau:

(1) Hòa tan Ru02:

Trong lớp phủ rutheni, Ru02 là thành phần xúc tác điện chính. Theo tính toán nhiệt động lực học, Ru0₂sẽ bị oxy hóa thành Ru04 khi điện thế anot dương ở mức 1,387V (so với SHE hoặc 1,146V so với SCE):

Ru0₂+2H₂{{0}}Ru0₄+4H⁺+4e (1．20)

Ru04 được tạo ra bởi phản ứng có thể tồn tại ở dạng H₂Ru0₂trong dung dịch và Ru0₄ được phân tích thêm:

Ru0₄+xH₂{{0}}Ru0_2xH₂0+0₂ (1．21)

Theo cách này, thành phần xúc tác điện Ru02 trong lớp phủ sẽ rời khỏi điện cực và hòa tan vào dung dịch, khiến điện cực mất năng lượng hoạt động.

Dựa trên đặc điểm của các thành phần phủ không chống ăn mòn axit và ăn mòn điện hóa, cơ chế thụ động hóa của điện cực oxit kim loại ruthenium-titanium để tạo thành lớp rỗng được đề xuất. Ở 40 độ, O. Trong 5mol/LH₂S0₄dung dịch, một thử nghiệm tăng cường tuổi thọ đã được thực hiện. Sự hòa tan hóa học của Ti0₂trong axit sunfuric và sự hòa tan điện hóa của Ru0₂kết hợp lại với nhau gây ra sự hình thành của một lớp rỗng.

Đại học Thiên Tân ở Trung Quốc đã nghiên cứu cơ chế ăn mòn của Ru0₂-Tí0₂điện cực và chỉ ra rằng sự hòa tan điện hóa của các thành phần Ru hoạt động trong lớp phủ là lý do chính gây ra hỏng điện cực. Zhang Zhaoxian chỉ ra hai trường hợp hòa tan lớp phủ anode: một là sự hòa tan đồng đều của toàn bộ bề mặt anode và trường hợp còn lại là sự hòa tan cục bộ ở một khu vực nhất định của anode (thường là ở rìa anode). Khi nó hòa tan đến một mức độ nhất định và cặn phủ chiếm 18% toàn bộ bề mặt điện cực, điện cực sẽ bị thụ động.

(2) Mất hoạt tính xúc tác của Ru02

Lớp phủ ruthenium titan được làm bằng Ru0 không theo tỷ lệ hóa học_2-x. Và Ti0_2-x. x bao gồm các oxit thiếu oxy, trong đó x nằm trong khoảng từ 0.01 đến 0.02. Trung tâm thực sự của hoạt hóa xả clo là Ru0 không định lượng₂. Càng nhiều oxit như vậy, càng nhiều trung tâm hoạt động và hoạt động xúc tác của điện cực càng tốt. Giáo sư DeNora đã từng chỉ ra: Độ dẫn điện của anot phủ là hiệu suất của tinh thể hỗn hợp loại n bị biến dạng được tạo ra từ cùng một tinh thể Ru0₂+T0₂sau khi xử lý nhiệt, trong đó có một số lỗ oxy. Nhưng khi các lỗ oxy này được lấp đầy bằng oxy, lớp phủ mất đi hoạt động xúc tác điện, và điện thế quá mức tăng nhanh, dẫn đến thụ động hóa điện cực. Ông đã từng xử lý nhiệt anode thụ động trong khí trơ hoặc chân không, và phát hiện ra rằng khi oxy hấp thụ và hấp phụ được loại bỏ, anode trở lại trạng thái đo lường phi điện hóa ban đầu, phục hồi hoạt động của anode.

Ru0₂điện cực phủ được nghiên cứu bằng phương pháp thử nghiệm tuổi thọ nhanh. Người ta tin rằng cơ chế phá hủy của Ru0₂là do sự chuyển đổi của Ru0₂với các loại oxit khác.

(3) Quá trình oxy hóa của chất nền titan

Trong quá trình điện phân, oxy hoạt động được tạo ra trên anot. Ngoại trừ một phần của nó xả ra tại giao diện lớp phủ hoạt động/chất điện phân và rời khỏi bề mặt điện cực dưới dạng oxy và đi vào dung dịch, một phần khác của oxy hoạt động được hấp phụ trên bề mặt điện cực bằng cách khuếch tán hoặc di chuyển. Đi qua lớp phủ hoạt động để đến giao diện giữa lớp phủ và chất nền. Các oxit hoạt động này được hấp phụ trên bề mặt chất nền và tạo thành điện trở ngược của mối nối PN với titan. Ngoài ra, hình thái vết nứt hình con rùa là cấu trúc điển hình của điện cực oxit kim loại. Sự tồn tại của các vết nứt cho phép chất điện phân tiếp xúc với chất nền thông qua các vết nứt, gây ra quá trình oxy hóa chất nền, khiến lớp phủ hoạt động rơi ra, dẫn đến tăng điện thế anot và sự gia tăng điện thế càng thúc đẩy quá trình hòa tan lớp phủ và quá trình oxy hóa chất nền.

Sử dụng ảnh chụp bằng kính hiển vi điện tử quét về lỗi điện cực, có thể quan sát được các dạng bong tróc lớp phủ khác nhau):

1) Bóc tách: các vết nứt bị bóc tách một phần, các vết nứt lớn bị vỡ và bóc tách, các hố bong tróc riêng lẻ sâu bằng bề mặt nền.

2) Bong tróc lớp hình lồi: Chỉ một vài lớp từ bề mặt và bên trong bị bong tróc thành lớp hình bụng lồi, các cạnh của khe hở không đều như những bức tường bị vỡ và các hoa văn moiré xung quanh có thể nhìn thấy rõ ràng.

3) Nứt vỡ: một số mẫu hình vide moire xuyên qua kết nối để tạo thành một vết nứt dài ở đáy vết nứt. Các đường uốn lượn và sâu mịn có thể nhìn thấy mờ nhạt, cuối cùng khiến lớp phủ bị hỏng do bong tróc lớn 4). Phân tích chỉ ra rằng sự bong tróc của lớp phủ anode titan là kết quả của tác động kết hợp của các lực hóa học và vật lý, và các phương pháp cải tiến tương ứng được đề xuất cho các dạng bong tróc khác nhau. Trong trường hợp nghiền nát và bong tróc lớp, sự kết hợp giữa lớp phủ và chất nền cần được tăng lên; ở dạng bong tróc hoàn toàn nứt, ngoài các cải tiến trên, số lượng vết nứt xuyên qua trên bề mặt nứt ban đầu cũng cần được kiểm soát.

Hình ảnh SEM của điện cực sau khi tăng cường

Chú phổ biến: điện cực oxit kim loại hỗn hợp, điện cực oxit kim loại, Cơ chế hỏng điện cực oxit kim loại Trung Quốc, nhà sản xuất, nhà cung cấp, nhà máy, tùy chỉnh, bán buôn, giá thấp, có sẵn