אלקטרודת טיטניום היא מעין אלקטרודה המשתמשת בטיטניום מתכת כמצע ולבסוף יוצרת ציפוי תחמוצת בעל פעילות אלקטרוקטליטית על מצע הטיטניום על ידי סינטה וחמצון. בגלל יציבות הממד הפיזי שלו במהלך השימוש, היא נקראת גם אנודה יציבה במידות (DSA בקיצור).

סיווג אלקטרודות טיטניום

על פי ההרכב הכימי והתכונות האלקטרוכימיות העיקריות של הציפוי, ניתן לחלק את אלקטרודות טיטניום לשלוש הקטגוריות הבאות:

▲אלקטרודה טיטניום מצופה רותניום

סוג זה של אלקטרודה הוא בעל פוטנציאל יתר של התפתחות כלור ופוטנציאל יתר גבוה של התפתחות חמצן, והוא משמש בעיקר באירועים שונים של ניתוח כלור, כגון תעשיית הכלור-אלקלי, הגנה קתודית וכו'. סוג זה של ציפוי אלקטרודות כולל את ציפוי הרותניום-טיטניום המקורי ( Ru-Ti) ו-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, וציפויים אחרים.

▲אלקטרודת טיטניום ללא ציפוי רותניום

רותניום היא מתכת יקרה עם מחיר גבוה ועתודות מוגבלות בטבע. על מנת להפחית את כמות Ru או אפילו להחליף לחלוטין את Ru, פותחה אלקטרודת טיטניום מצופה שאינה מבוססת רותניום. לסוג זה של אלקטרודה יש בדרך כלל פוטנציאל יתר של התפתחות חמצן. אלקטרודות מוצלחות יותר כוללות אלקטרודות טיטניום מצופות בדיל, אלקטרודות טיטניום מצופות ספינל Co3O4 ואלקטרודות טיטניום מצופות תחמוצת פלדיום.

▲אלקטרודת טיטניום מצופה אירידיום

בכמה תהליכים אלקטרוליטיים, כגון מיצוי אלקטרוליטי של מתכות לא ברזליות, תעשיית ציפוי אלקטרוכימי והפחתה אלקטרוכימית לייצור חומר אורגני וכו', תגובת התכנון של האנודה היא תגובת התפתחות חמצן, ולכן מקווים לפתח חומר אנודה עם פוטנציאל יתר של התפתחות חמצן נמוכה, ציפוי אירידיום על רקע זה פותחו אלקטרודות טיטניום שכבות. ציפויי אלקטרודות כאלה כוללים Ir-Co, Ir-Ta, Ir-Sn, Ir-Ta-Co, Ir-Ru-Pd-Ti וציפויים אחרים. ביניהם, אלקטרודת טיטניום מצופה Ir-Ta היא אלקטרודת התפתחות החמצן המוצלחת ביותר.

שיטות ההכנה של אלקטרודות טיטניום הן כדלקמן

■פירוק תרמי

שיטת הפירוק התרמי בדרך כלל ממיסה תרכובות של מלח מתכת בממסים אורגניים או בתמיסות מימיות, מצפה את התמיסה על מצע הטיטניום, מנידת את הממס על ידי חימום, ולאחר מכן חותרת בטמפרטורה גבוהה כדי לפרק ולחמצן את המלחים לקבלת ציפוי תחמוצת. שיטות הציפוי כוללות ריסוס, גלגול או הברשה. ריסוס וציפוי גלגול הינם בעלי דרגת מיכון גבוהה, מתאימים לייצור תעשייתי בקנה מידה גדול ובעלי סביבת עבודה טובה. הציפוי אחיד יחסית, אך בזבוז נוזל הציפוי גדול יחסית. ציפוי מברשת מתאים בדרך כלל לייצור בקנה מידה קטן. שיטה זו דורשת ציוד פשוט ופחות אובדן של נוזל ציפוי, אך עוצמת העבודה גבוהה, סביבת העבודה ירודה, והציפוי המתקבל לרוב אינו אחיד מספיק. באמצעות שיטת הפירוק התרמי, ניתן להכין בקלות אלקטרודות תחמוצת עם ריבוי רכיבים וביצועים מעולים על ידי שליטה בניסוח הציפוי [2,3].

■שיטת סול-ג'ל

שיטת סול-ג'ל היא שיטה מתהווה להכנת ציפויים המבוססת על עקרון הכימיה הקולואידית. זה יכול להכין ציפוי אלקטרודות עם גרגירים עדינים במיוחד, מה שמגדיל מאוד את שטח הפנים הספציפי של משטח האלקטרודה [4,5]. התהליך הכללי של הכנת אלקטרודות טיטניום בשיטה זו הוא פיזור תרכובות מתכת-אורגניות (כגון אלקוקסיד מתכת) או תרכובות אנאורגניות בממסים, יצירת מונומרים פעילים באמצעות הידרוליזה, ופילמור מונומרים פעילים ליצירת סול, וציפוי הסולים על מצע טיטניום, סרט הסול מיובש לקבלת סרט ג'ל, ולאחר מכן מסונט בטמפרטורה מסוימת לקבלת ציפוי. בהשוואה לשיטת הפירוק התרמי המסורתית, ציפוי האלקטרודות שהוכן בשיטה זו אחיד, הגרגיר עדין יותר וכמעט ואין סדק, מה שמשך תשומת לב רבה בשנים האחרונות.

■אלקטרודפוזיציה

שיטת ה- electrodeposition משמשת להכנת אלקטרודות טיטניום מצופות. בדרך כלל, אלקטרודה בלתי מסיס משמשת כאנודה, וטיטניום מתכת שעבר טיפול מוקדם משמש כקתודה. הוא עובר אלקטרוליזה בתמיסה המכילה יוני מתכת מתאימים, ויוני המתכת מופקדים על קתודה מתכת טיטניום. לאחר ייבוש, אז טמפרטורה גבוהה אלקטרודת הטיטניום המצופה מתקבלת על ידי סינטר. הציפויים המתקבלים בשיטה זו הם לרוב אחידים וצפופים יחסית. החיסרון בשיטה זו הוא שהתהליך מסובך, ולא קל לייצר אלקטרודה אחידה בעלת שטח גדול.

■שיטת הקפיצה

הסרט שהוכן בשיטת הקפיצה הוא צפוף ובעל כוח מליטה חזק עם המצע. עם זאת, בשיטה זו צריך להשתמש בציוד מיוחד, תהליך ההכנה מסובך יחסית, משקאות האם מבוזבזים יותר, ולכן הוא אינו מתאים לייצור מתועש בקנה מידה גדול.

היכרות עם תהליך הייצור

1. בחרו בחומר בסיס טיטניום מסוג TA1, וודאו כי פני הצלחת חלקים וחלקים, ללא שריטות עמוקות וחוסר שלמות.

2. לבצע עיבוד מכני על מצע הטיטניום הנבחר, ולעבד אותו למפרטים ולגדלים הנדרשים על ידי הלקוחות.

3. Perform annealing and leveling treatment on the titanium substrate at a temperature >500 מעלות. (כדי למנוע מתח ולהבטיח שטוחות.)

4. במהלך טיפול החישול והיישור תיווצר שכבת תחמוצת טיטניום צפופה על פני מצע הטיטניום, והיא תעבור ליטוש מכני או ידני על מנת לגרום למשטח להיות ברק מתכתי של טיטניום.

5. השתמשו בריכוז של 10 אחוזים של חומצה אוקסלית כדי להחמיץ ולשכלה את מצע הטיטניום, ולבצע מספר שעות במצב רותח מעט, כך ששכבת התחמוצת פני השטח נחרטת אל פני השטח של הטיטניום הידריד.

6. בצע תצורה איכותית וכמותית סבירה של תמיסת מתכת יקרה בהתאם לסביבת האנודה המיושמת על ידי הלקוח.

7. בדקו שחומר בסיס הטיטניום הכבישה כשיר, כלומר שכבת פני השטח היא מבנה אפור אחיד, ולאחר מכן בצעו ציפוי ידני, סינון לפי הטמפרטורה המתאימה שנקבעה, קריר באופן טבעי לאחר סינון מחוץ לתנור, וכן החל את הציפוי השני כאשר הוא מתקרר לטמפרטורת החדר סחיטה, וכן הלאה, עד יותר מ 17 עד 20 פעמים כדי ליישם את תמיסת התצורה.

8. לאחר השלמת הסינטר של החלקים המעובדים הנ"ל, מבוצעת בדיקת ניסוי החיים עם חתיכת בדיקת התנור, והבדיקה מוסמכת וארוזה למשלוח.