इलेक्ट्रोड मुख्य रूप से प्राथमिक बैटरी सिस्टम में सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड और इलेक्ट्रोलाइटिक सेल सिस्टम में कैथोड और एनोड सामग्री को संदर्भित करते हैं। वर्तमान प्रवाह की दिशा के अनुसार प्रतिष्ठित: इनपुट करंट के एक छोर को एनोड कहा जाता है, और आउटपुट करंट के अंत को कैथोड कहा जाता है।
यदि एनोड पर प्रतिक्रिया के प्रकार से अंतर किया जाए: एनोड जहां ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया होती है और कैथोड जहां कमी प्रतिक्रिया होती है। इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रिया प्रणाली में मुख्य घटक के रूप में, एनोड सामग्री का प्रतिक्रिया दर, प्रतिक्रिया तंत्र और प्रतिक्रिया प्रक्रिया के दौरान ऊर्जा खपत पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। इसलिए, ऊर्जा की कमी और कठिन अपशिष्ट जल उपचार के संदर्भ में, नए उच्च प्रदर्शन वाले एनोड सामग्रियों के विकास का औद्योगिक उत्पादन के लिए महत्वपूर्ण सैद्धांतिक महत्व और आर्थिक मूल्य है।
इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रिया प्रणाली में, कमी प्रतिक्रिया मुख्य रूप से कैथोड पर होती है, इसलिए कैथोड सामग्री के लिए आवश्यकताएं बहुत सख्त नहीं हैं। एनोड सामग्री मुख्य रूप से प्रतिक्रिया प्रक्रिया के दौरान ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया से गुजरती है, जिससे एनोड सामग्री आसानी से खो जाती है और कैथोड सामग्री की तुलना में अधिक बार प्रतिस्थापित होती है। उत्कृष्ट प्रदर्शन वाली एनोड सामग्री को अच्छी विद्युत चालकता, उच्च उत्प्रेरक गतिविधि, अच्छी स्थिरता और निश्चित यांत्रिक शक्ति जैसी आवश्यकताओं को पूरा करने की आवश्यकता होती है। उपरोक्त विशेषताओं के साथ एनोड सामग्री कैसे विकसित की जाए, यह घरेलू और विदेशी विद्वानों द्वारा शोध का एक गर्म विषय बन गया है।
इलेक्ट्रोलिसिस उद्योग के निरंतर विकास ने एनोड सामग्रियों की प्रगति और विकास को बढ़ावा दिया है। ई.जी. एचेसन ने 1896 में इलेक्ट्रोथर्मल क्रिस्टलीकरण विधि का उपयोग करके कृत्रिम ग्रेफाइट का सफलतापूर्वक उत्पादन किया, और इलेक्ट्रोलाइटिक नमक उद्योग में औद्योगिक उत्पादन का एहसास किया।
एनोड सामग्री के रूप में, ग्रेफाइट एनोड में इसके दीर्घकालिक औद्योगिक अनुप्रयोग के दौरान निम्नलिखित कमियाँ पाई गई हैं: जब इलेक्ट्रोलाइट अम्लीय होता है, तो इलेक्ट्रोकैटलिटिक गिरावट प्रक्रिया ऑक्सीजन विकास प्रतिक्रिया के साथ होती है, और कार्बन सामग्री आसानी से ऑक्सीकृत हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप ग्रेफाइट एनोड सामग्री फैलती है, विकृत होती है, गिरती है और स्लैग होती है; एक और नुकसान यह है कि कार्बन सामग्री में खराब उच्च तापमान प्रतिरोध और खराब यांत्रिक शक्ति होती है, और प्रसंस्करण और परिवहन के दौरान टूट सकती है। इसलिए, लोग औद्योगिक विकास की जरूरतों को पूरा करने के लिए ग्रेफाइट एनोड को बदलने के लिए धातु एनोड की तलाश कर रहे हैं। धातु एनोड के साथ सबसे बड़ी समस्या एनोड पैसिवेशन है। पैसिवेशन फिल्में सतह पर आसानी से बन जाती हैं, जिससे धातु एनोड की उत्प्रेरक गतिविधि कम हो जाती है या यहाँ तक कि गतिविधि भी खो देती है, जैसे कि लोहे के एनोड और तांबे के एनोड। प्लैटिनम एनोड में उच्च इलेक्ट्रोकैटलिटिक गतिविधि और उच्च वर्तमान दक्षता होती है, लेकिन प्लैटिनम धातु महंगी होती है, जो इसके अनुप्रयोग के दायरे को सीमित करती है। 1948 में, टाइटेनियम धातु की तैयारी में एक बड़ी सफलता मिली और औद्योगिक उत्पादन हासिल किया गया। इसका श्रेय मुख्य रूप से संयुक्त राज्य अमेरिका के डॉ. डब्ल्यू. क्लेयर द्वारा मैग्नीशियम थर्मल रिडक्शन विधि के आविष्कार और टाइटेनियम स्पोंज की सफल तैयारी को जाता है। नए एनोड तैयार करने के लिए एनोड बेस मटेरियल के रूप में टाइटेनियम का उपयोग करना संभव है। 1959 में, शोधकर्ताओं ने एक नई अवधारणा प्रस्तावित की: एक नया धातु एनोड विकसित करने के लिए बेस मटेरियल के रूप में टाइटेनियम धातु और सक्रिय परत के रूप में धातु ऑक्साइड का उपयोग करना। 1968 में, इतालवी कंपनी डीनोरा ने एच.बीयर के रूथेनियम-टाइटेनियम लेपित एनोड के औद्योगिकीकरण का बीड़ा उठाया और टाइटेनियम एनोड के विकास ने एक नए अध्याय में प्रवेश किया।
1. टाइटेनियम एनोड की तैयारी विधि
(1)थर्मल अपघटन विधि
थर्मल अपघटन विधि में पूर्व उपचारित सब्सट्रेट की सतह पर धातु ऑक्साइड के कार्बनिक घोल या जलीय घोल को समान रूप से लगाया जाता है, और फिर आवश्यक ऑक्साइड फिल्म प्राप्त करने के लिए कम तापमान सुखाने, उच्च तापमान ऑक्सीकरण और अन्य प्रक्रियाओं से गुजरना होता है। इस विधि के फायदे सरल उपकरण और प्रक्रिया, नियंत्रणीय कोटिंग मोटाई और एनोड सतह पर कई दरारों का निर्माण है, जो कोटिंग के विशिष्ट सतह क्षेत्र को बढ़ाता है और एनोड की उत्प्रेरक गतिविधि में सुधार करता है। नुकसान यह है कि मिट्टी की दरारों जैसी गहरी दरारें कोटिंग की सतह पर बनना आसान है, और कोटिंग का गिरना आसान है।
(2) सोल-जेल विधि
सोल-जेल विधि में धातु ऑक्साइड या हाइड्रॉक्साइड कणों को धातु कार्बनिक यौगिकों के घोल में हाइड्रोलिसिस और यौगिकों के पोलीमराइजेशन के माध्यम से घोलकर सोल तैयार करना और फिर भौतिक या रासायनिक प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला के माध्यम से एक निश्चित स्थानिक संरचना के साथ एक जेल उत्पन्न करना शामिल है। आवश्यक धातु ऑक्साइड नैनोफिल्म को कम तापमान सुखाने और उच्च तापमान सिंटरिंग के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है। लाभ यह है कि नैनोकण कोटिंग से अवक्षेपित होते हैं, दाने छोटे होते हैं, और कोटिंग घनी होती है। नुकसान यह है कि तैयारी की प्रक्रिया जटिल और समय लेने वाली है।
(3)इलेक्ट्रोडपोजिशन विधि
इलेक्ट्रोडपोजिशन विधि में प्रीट्रीटेड सब्सट्रेट को धातु नमक इलेक्ट्रोप्लेटिंग घोल में एनोड के रूप में रखना और कैथोड के रूप में स्टेनलेस स्टील का उपयोग करना शामिल है। निरंतर धारा की क्रिया के तहत कुछ समय के लिए इलेक्ट्रोडपोजिशन के बाद, सब्सट्रेट की सतह पर एक धातु ऑक्साइड फिल्म प्राप्त होती है।
इलेक्ट्रोडपोजिशन विधि में तैयारी की स्थितियां हल्की होती हैं, सब्सट्रेट और कोटिंग के बीच एक मजबूत बंधन बल होता है, और यह औद्योगिक उत्पादन के लिए सबसे आशाजनक है। हालाँकि, तैयारी की प्रक्रिया जटिल है, इसमें कई प्रभावशाली कारक हैं, और बड़ी मात्रा में ऊर्जा की खपत होती है।
(4)मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग विधि
मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग विधि आर्गन वातावरण में, उच्च आवृत्ति और उच्च वोल्टेज विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत, निर्मित उच्च ऊर्जा गैस आयन प्रवाह लक्ष्य सतह पर बमबारी करती है, और लक्ष्य सतह पर परमाणुओं को बाहर निकाल दिया जाता है और सब्सट्रेट सतह पर जमा कर दिया जाता है।
पतली फिल्म सामग्री की तैयारी विधि। इस विधि का लाभ यह है कि परिणामी कोटिंग में उच्च घनत्व होता है, सब्सट्रेट और कोटिंग के बीच एक मजबूत बंधन बल होता है, और एनोड का जीवन बहुत बेहतर होता है। हालाँकि, उपयोग किए जाने वाले उपकरण महंगे हैं और बड़े पैमाने पर लागू करना मुश्किल है।
उपरोक्त चार मुख्य तैयारी विधियों के अलावा, टाइटेनियम-आधारित धातु ऑक्साइड एनोड की तैयारी विधियों में CVD, PVD, स्प्रे थर्मल अपघटन आदि भी शामिल हैं। थर्मल अपघटन विधि टाइटेनियम-आधारित टिन-एंटीमनी एनोड तैयार करने के लिए सबसे आम तरीका है। प्रक्रिया सरल है, उपकरण संचालित करना आसान है, और कोटिंग घटक सटीक और नियंत्रणीय हैं। यह सामान्य प्रयोगशाला अनुसंधान के लिए विशेष रूप से उपयुक्त है।
2. कई सामान्यतः प्रयुक्त टाइटेनियम एनोड वर्गीकरण
टाइटेनियम एनोड में कोटिंग का चुनाव इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रिया प्रक्रिया को निर्धारित करता है, अर्थात, इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रिया प्रकार ऑक्सीजन विकास प्रतिक्रिया या क्लोरीन विकास प्रतिक्रिया है, और गिरावट सिद्धांत प्रत्यक्ष गिरावट या अप्रत्यक्ष गिरावट है। कोटिंग की संरचना और रासायनिक संरचना का इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रिया पर निर्णायक प्रभाव पड़ता है। वर्तमान में, कई सामान्य रूप से उपयोग किए जाने वाले टाइटेनियम एनोड पर शोध में मुख्य रूप से Ir02 / Ti श्रृंखला, Ru02 / Ti श्रृंखला, Pb02 / Ti श्रृंखला, Sn02 / Ti श्रृंखला, आदि शामिल हैं।
Ir02 /Ti एनोड एक ऑक्सीजन विकास एनोड है। यूनिट lr02 लेपित टाइटेनियम एनोड की सक्रिय परत उपयोग के दौरान छीलने में आसान है, और एनोड का सेवा जीवन छोटा है। संशोधन अनुसंधान के लिए आमतौर पर कुछ अन्य घटकों को जोड़ना आवश्यक है। इरिडियम एक कीमती धातु तत्व है और अपेक्षाकृत महंगा है।
Ru02-Ti02/Ti एनोड एक क्लोरीन इवोल्यूशन एनोड है। इरिडियम की तरह, रूथेनियम भी एक कीमती धातु तत्व है और महंगा है। वर्तमान में, Ru02/Ti श्रृंखला एनोड मुख्य रूप से क्लोर-क्षार उद्योग में उपयोग किए जाते हैं।
Pb02/Ti एनोड में अपशिष्ट जल में कार्बनिक पदार्थों को विघटित करने की एक मजबूत क्षमता होती है, जैसे कि कुछ कार्बनिक अपशिष्ट जल जिन्हें बायोडिग्रेड करना मुश्किल होता है। कार्बनिक पदार्थों के अंतिम अपघटन उत्पाद C02 और H20 हैं]। Pb02/Ti एनोड का उपयोग मुख्य रूप से मजबूत एसिड समाधान में क्रोमियम चढ़ाना, जस्ता और तांबे के इलेक्ट्रोलाइटिक गलाने, अपशिष्ट जल उपचार, तेल-पानी पृथक्करण आदि में किया जाता है।
Sn02/Ti एनोड एक एनोड सामग्री को संदर्भित करता है जिसमें टाइटेनियम मैट्रिक्स पर सक्रिय घटक के रूप में टिन ऑक्साइड होता है। यह एक आशाजनक गैर-महान धातु टाइटेनियम-आधारित धातु ऑक्साइड एनोड है। SnO2 में कमरे के तापमान पर उच्च प्रतिरोधकता होती है, इसलिए इसे सीधे एनोड सामग्री के रूप में उपयोग नहीं किया जा सकता है। Sb को डोप करने से Sn02 के चालक गुणों में प्रभावी रूप से सुधार हो सकता है। Sb ऑक्साइड और Sn02 के बीच एक निरंतर ठोस घोल बनेगा। Sb Sn02 की स्थिरता को सहारा देने और सुधारने में भूमिका निभाता है। इसलिए, Sb डोपिंग द्वारा संशोधित SnO2 का उपयोग एनोड कोटिंग के रूप में किया जा सकता है। शोध ने साबित कर दिया है कि Sb-डोप्ड Sn02. Sb/Ti एनोड एक उच्च ऑक्सीजन विकास क्षमता और एक मजबूत ·OH उत्पादन क्षमता प्रदर्शित करता है, इसलिए यह कार्बनिक पदार्थों के लिए अच्छी इलेक्ट्रोकैटलिटिक ऑक्सीकरण गतिविधि प्रदर्शित करता है और इसका व्यापक रूप से अपशिष्ट जल उपचार के क्षेत्र में उपयोग किया गया है।
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