钛电极是以钛为基体,通过表面改性处理制备而成的电极材料。钛作为一种具有高比强度、良好耐腐蚀性的金属,为电极提供了稳定的机械支撑。在电极制备过程中,通常会在钛基体表面涂覆一层或多层具有电催化活性的物质,如金属氧化物、贵金属等。这些活性涂层能够明显改变电极的电化学性能,使其具备特定的电催化功能,从而在不同的电化学过程中发挥作用。例如,在氯碱工业中,钛电极的使用大幅提高了电解效率和产品质量,推动了行业的发展。钛电极的出现,为众多需要高效、稳定电极材料的领域提供了新的解决方案。
为克服单一电氧化的局限性,常将其与光催化、臭氧氧化或生物处理联用。例如,电氧化-光催化(EO-PC)系统中,TiO₂光阳极在紫外光激发下产生电子-空穴对,与电生成的·OH协同降解污染物,对双酚A的矿化率比单独电氧化提高40%。电氧化-生物耦合工艺(如前置电氧化提高废水可生化性)可降低能耗,适用于高浓度有机废水。此外,电氧化与膜过滤结合(如电化学膜生物反应器)能同步实现污染物降解和固液分离,但需解决膜污染和电极-膜模块集成设计问题。湖南工业电极除硬电解防垢技术使涡轮机效率下降从15%降至3%。
活性层是电极的重要部分,通常由具备电化学活性的材料构成。在电池电极中,活性层材料的特性决定了电池的充放电性能、容量大小等关键指标。例如在锂离子电池中,阴极的活性层材料如锂钴氧化物,其晶体结构和化学性质影响着锂离子的嵌入和脱出过程,进而影响电池的能量密度和循环寿命。在其他电化学反应中,活性层材料能够通过自身的氧化还原反应,实现电子的转移,推动反应的进行,是决定电极功能的关键因素。
导电层在电极中起着至关重要的电子传输作用,它的存在保证了电子能够高效地进出活性层。为了实现良好的导电性能,导电层通常选用高导电率的材料,如金属铜、银等。在设计导电层时,还需考虑其与活性层和基底的兼容性,确保各层之间能够紧密结合,减少电子传输过程中的阻力。此外,导电层的厚度和结构也会对电子传输效率产生影响,需要根据具体的应用需求进行优化设计,以提高电极的整体性能。
难溶盐电极的氧化还原对中有一个组分为难溶盐或其他固相,它包含三个物相、两个界面,且在每一相界面上存在着单一的快速迁越过程,甘汞电极(Hg|Hg₂Cl₂|Cl⁻)便是典型。在甘汞电极中,甘汞与电解液的溶解平衡受电液中浓度较高的 Cl⁻所控制,Cl⁻在 Hg₂Cl₂| 电液界面上的交换速率很快,这使得甘汞电极的电极电势极为稳定,因此它成为常用的参比电极之一。部分书刊将这类电极称为第二类电极,在电化学测量等领域有着不可或缺的地位。铜离子电解释放有效抑制藻类滋生。
循环水中的钙镁离子易形成碳酸钙和硫酸钙垢,电化学除垢技术通过阴极反应(2H₂O + 2e⁻ → H₂↑ + 2OH⁻)提高局部pH,促使成垢离子(Ca²⁺、Mg²⁺)以疏松形式析出并随排污水排除。采用网状不锈钢阴极时,垢层主要成分为文石型CaCO₃(非粘附性),可通过自动刮垢装置。关键参数包括电流密度(10-30 mA/cm²)、水温(<60℃)和停留时间(>30分钟)。某电厂循环水系统应用后,换热管结垢速率从3 mm/年降至0.5 mm/年,同时节水15%(减少排污量)。该技术的瓶颈在于高硬度水质(>500 mg/L CaCO₃)时能耗上升,需配合水质软化预处理。电化学方法使碳钢腐蚀速率降至0.02mm/a。湖南工业电极除硬
电化学活化水技术年运行费用降低55%。贵州源力循坏水电极除硬系统
膜电极是利用隔膜对单种离子的透过性,或膜表面与电解液的离子交换平衡所建立的电势,来测量电液中特定离子活度的装置。其中玻璃电极较为典型,常用于测量溶液的酸碱度。它的敏感膜能选择性地允许氢离子通过,当膜两侧氢离子浓度存在差异时,会产生膜电势,通过测量膜电势就能得知溶液中的氢离子浓度,进而确定溶液的 pH 值。离子选择性电极同样基于此原理,可对特定离子如钠离子、钾离子等进行精细检测,在环境监测、生物医学等领域发挥重要作用。 贵州源力循坏水电极除硬系统