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钛电极测试方法之强化寿命试验法

作者:本站      发布时间:2022-02-25      浏览:178

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工作寿命是衡量涂层钛阳极性能的一个重要参数,可以借鉴前人的试验数据对钛阳极工作寿命进行预测。


意大利Bianchi教授提供的RuIrTi涂层电极在100A/dm2,0.5mol/LH2SO4时快速放氧寿命为60h,盐水中电解时的放氯寿命为2300h。


倪怀祖(研究了Ir中间层,RuIrTi涂层电极在100A/dm2,0.5mol/LH2SO4中快速放氧寿命为470h,参考Bianchi的数据,则放氯寿命为18017h(2300*470/60≈18017)


陈康宁提供一个试验数据,钌钛涂层钛阳极在0.5mol/L 下快速放氧寿命为800min以上,则在饱和氯化钠溶液15-20A/dm2下,工作寿命为5年左右。


文献[6]作者提供一个数据,在1mol/LH2SO4中,于1A/cm2下进行强化寿命试验,强化寿命为4000min时,涂层钛阳极在氯碱生产中使用寿命可达8年以上。


研究新涂层配方时,由于钛阳极实际运转寿命很长,往往都在几个月,甚至几年以上,因此不可能等到阳极运转钝化后,才获得一个工作寿命数据。各国学者都在使用国际上通用的强化寿命试验,又称快速寿命试验,即在大电流密度、苛刻电解介质中强化运转,其钝化时间称为强化(快速)运转寿命,它可以定性地判断所研制的涂层钛阳极实际工作寿命的长短。下面分四个方面来叙述这个问题。


1、强化寿命试验条件


各国学者在进行强化寿命试验时,对电解因素的选择没有一个统一的标准,现把收集到的资料汇总如下:




从上面资料可以看出,强化寿命电解因素为:电解液组分电解温度、电流密度。


2、点解因素对强化寿命的影响


(1)与硫酸质量浓度的关系。钛阳极强化寿命与硫酸质量浓度的关系见图4-1。强化寿命试验条件为:60℃,1.5A/cm2。


从图4-1可见,硫酸质量浓度范围在1~300g/L时,钛电极强化寿命几乎不受硫酸质量浓度的影响。






图4-1钛阳极强化寿命与硫酸质量浓度的关系


(2)与电解温度的关系。钛阳极强化寿命与电解温度的关系见图4-2,强化寿命试验条件:H2SO4 150g/L 1.5A/cm2 电解温度升高,钛阳极强化寿命缩短,从图4-2可见,强化寿命在电解温度为60℃时明显短于电解温度为40℃时。





图4-2钛阳极强化寿命与电解温度的关系


(3)与电流密度的关系。强化寿命试验条件:H2SO4 150g/L,60℃,电流密度范围 0.01A-3A/cm2时,钛阳极强化寿命与电流密度呈反比密度呈反比(见图4-3)。





图4-3钛阳极强化寿命与电流密度的关系


有学者介绍了他们的研究成果,图4-4表示了电解温度、电流密度对强化寿命的影响。




图4-4电解温度、电流密度对强化寿命的影响




从图4-4可见,电解温度为40℃时,强化寿命为20000h,而电解温度提高至60℃时,强化寿命为4000h,降至1/5。电解温度对电极寿命影响很大。


电流密度为1A/cm2时,强化寿命为12000h,而电流密度提高至2A/cm2时,强化寿命为4000h,降至1/3。电流密度对电极寿命影响也很大。


钛阳极钢板镀锌实验室试验时,温度、电流密度不变,分别为60℃,2A/cm2,电解液1mol/LNa2SO4,pH值为2的电极寿命,与电解液150g/L H2SO4相比较,寿命缩短10%。电解液组分对寿命影响小。


相同涂层钛阳极在150g/L H2SO4,20℃下的强化寿命为270g/L Na2SO4,60℃下寿命的5~10倍。电解温度对电极寿命起着重要作用。


本书作者对相同涂层(47号配方)钛电极在不同浓度硫酸中进行强化寿命试验时,使用0.5mol/L H2SO4及1 mol/L H2SO4。 通常人们以为1mol H2SO4浓度高、酸度大,电极寿命会短,其实不然。电解温度相同(35℃),电流密度相同(3A/cm2),钛电极放在0.5mol/L H2SO4中,强化寿命为218h;而放在1mol/L H2SO4中,强化寿命为288h,是前者的1.3倍。这可能与1mol/L H2SO4酸度大、导电性好、初始槽电压低有关。1mol/ H2SO初始槽电压为4.1V,而0.5mol/L H2SO4初始槽电压为5.3V,尽管这样,强化寿命相关不大,这说明硫酸浓度对强化寿命影响不大。


3、累计通电量和标准强化寿命


从上面的叙述知道,各国学者在进行强化寿命试验时,选取的电解因素各不相同,而电解因素对电极强化寿命影响很大。这样在进行涂层配方筛选试验时,没有办法直接对比获得的强化寿命数据。谁研制的涂层可以获得更长的工作寿命,也无法说清。


为了进行比较ECardarelli介绍了“累计通电量”概念,即在强化寿命试验时,单位面积累计通过的总电量,单位为 kA·h/m2。


IrTa氧化物涂层是公认的最优秀的析氧涂层,可获得最佳的电催化活性和电化学稳定性。在研究IrTa涂层时,92号试片在1mol/L H2SO4,40度 4A/cm2 下连续电解运转2928.5h(即122天)累计通电量达到 11.7x104A▪h/cm2。


但是,累计通电量又与涂层使用铱金属(Ir)量有关,即Ir涂敷量大,强化寿命长,累计通电量大。因此,作者推出一个新概念,用标准强化寿命综合衡量电极性能和经济性。强化寿命(快速寿命)试验时,将获得的单位面积累计通电量 换算为1g(Ir)/m2涂敷量的寿命,即为标准强化寿命,单位为104A·h/g(Ir)。我们在低Ir涂敷量(低于10g/m2)研究中,23号试片标准强化寿命达327.87*104A.h/g Ir损耗量0.3μg/(A·h)。


4、强化寿命试验电解因素选择的建议


张招贤曾建议涂层钛阳极强化寿命试验条件统一化、标准化。


如果把强化寿命试验条件中各电解因素标准化,所获得的强化寿命就可以直接进行对比,有利于科研人员相互交流。因此,对强化寿命试验中各电解因素的选择有如下建议:


(1)电解液组分:建议用1mol/LH2SO4。


(2)电解温度:建议用40℃,60℃。


(3)电流密度:研究析氯涂层时,建议用 最好用2A/cm2;研究析氧涂层时,建议用3A/cm2、 4A/cm2、 5A/cm/2、6A/cm2,最好用4A/cm2。


电流密度要根据初始槽电压来选择,只要初始槽电压不超过5V,就可以在这个大电流密度下进行强化寿命试验。我们研究IrTa涂层时,强化寿命试验条件为1mol/l H2SO4 ,40℃,电流密度为4A/cm2时,93号试片初始槽电压为3.45V;5A/cm2时,槽电压为3.9V;6A/cm2时,槽电压为4.2V;8A/cm2时,槽电压为4.9V。