活性層是電極的重要部分,通常由具備電化學(xué)活性的材料構(gòu)成。在電池電極中,活性層材料的特性決定了電池的充放電性能、容量大小等關(guān)鍵指標(biāo)。例如在鋰離子電池中,陰極的活性層材料如鋰鈷氧化物,其晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)影響著鋰離子的嵌入和脫出過程,進(jìn)而影響電池的能量密度和循環(huán)壽命。在其他電化學(xué)反應(yīng)中,活性層材料能夠通過自身的氧化還原反應(yīng),實(shí)現(xiàn)電子的轉(zhuǎn)移,推動(dòng)反應(yīng)的進(jìn)行,是決定電極功能的關(guān)鍵因素。
導(dǎo)電層在電極中起著至關(guān)重要的電子傳輸作用,它的存在保證了電子能夠高效地進(jìn)出活性層。為了實(shí)現(xiàn)良好的導(dǎo)電性能,導(dǎo)電層通常選用高導(dǎo)電率的材料,如金屬銅、銀等。在設(shè)計(jì)導(dǎo)電層時(shí),還需考慮其與活性層和基底的兼容性,確保各層之間能夠緊密結(jié)合,減少電子傳輸過程中的阻力。此外,導(dǎo)電層的厚度和結(jié)構(gòu)也會(huì)對(duì)電子傳輸效率產(chǎn)生影響,需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),以提高電極的整體性能。 電化學(xué)活化水技術(shù)年運(yùn)行費(fèi)用降低55%。江蘇吸收塔電極設(shè)施
PFAS(如PFOA、PFOS)因C-F鍵能高(~116 kcal/mol),常規(guī)方法幾乎無法降解。電氧化技術(shù)通過陽極生成的·OH和空穴(h?)攻擊PFAS的羧基或磺酸基,逐步脫氟并縮短碳鏈。BDD電極在10 mA/cm2下處理PFOA 4小時(shí),脫氟率>95%,且無短鏈PFAS積累。優(yōu)化方向包括:①提高電極對(duì)PFAS的吸附能力(如碳納米管修飾);②添加助催化劑(如Ce3?)促進(jìn)C-F鍵斷裂;③開發(fā)電流密度(<2 mA/cm2)的長周期運(yùn)行模式以降低能耗。該技術(shù)已被美國EPA列為PFAS處理推薦技術(shù)之一。
鈦電極具有良好的穩(wěn)定性,包括化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性。在長期的電化學(xué)過程中,其表面的活性涂層不易發(fā)生脫落、溶解或結(jié)構(gòu)變化,能夠保持穩(wěn)定的電催化性能。同時(shí),鈦基體的度和良好的韌性,使得電極在受到機(jī)械振動(dòng)、熱應(yīng)力等外界因素影響時(shí),依然能夠保持結(jié)構(gòu)完整。例如,在電解水制氫設(shè)備中,鈦電極需要在連續(xù)的電解過程中保持穩(wěn)定的工作狀態(tài),其化學(xué)和機(jī)械穩(wěn)定性確保了設(shè)備的長期穩(wěn)定運(yùn)行,減少了因電極性能下降而導(dǎo)致的設(shè)備停機(jī)維護(hù)次數(shù)。
保護(hù)層對(duì)于電極的長期穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義,它能夠阻止環(huán)境因素對(duì)電極的不利影響。在實(shí)際應(yīng)用中,電極可能會(huì)面臨濕度、溫度變化、化學(xué)物質(zhì)侵蝕等多種環(huán)境因素的挑戰(zhàn)。保護(hù)層可以防止電極表面被氧化、腐蝕,避免活性物質(zhì)與外界雜質(zhì)發(fā)生反應(yīng),從而維持電極的性能穩(wěn)定。例如在戶外使用的電化學(xué)傳感器電極,其保護(hù)層需要具備良好的防水、防紫外線性能;在化工生產(chǎn)中的電極,保護(hù)層則要能抵御強(qiáng)酸堿等化學(xué)物質(zhì)的腐蝕。
選擇電極材料時(shí),導(dǎo)電性是一個(gè)極為關(guān)鍵的參數(shù)。不同的應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)導(dǎo)電性的要求差異很大,在電力傳輸領(lǐng)域,用于輸送大量電能的電極,必須具備極高的導(dǎo)電率,以減少電能在傳輸過程中的損耗。像銅這種常見的導(dǎo)電材料,其導(dǎo)電率較高,廣泛應(yīng)用于一般的電力傳輸電極。而在一些對(duì)導(dǎo)電性能要求更為苛刻的電子器件中,如芯片中的電極,可能會(huì)選用導(dǎo)電率更高的銀或其他特殊材料,以滿足高速、高效的數(shù)據(jù)傳輸需求。 電極材料抗污染性能大幅提升。
難溶鹽電極的氧化還原對(duì)中有一個(gè)組分為難溶鹽或其他固相,它包含三個(gè)物相、兩個(gè)界面,且在每一相界面上存在著單一的快速遷越過程,甘汞電極(Hg|Hg?Cl?|Cl?)便是典型。在甘汞電極中,甘汞與電解液的溶解平衡受電液中濃度較高的 Cl?所控制,Cl?在 Hg?Cl?| 電液界面上的交換速率很快,這使得甘汞電極的電極電勢(shì)極為穩(wěn)定,因此它成為常用的參比電極之一。部分書刊將這類電極稱為第二類電極,在電化學(xué)測(cè)量等領(lǐng)域有著不可或缺的地位。電化學(xué)除氧技術(shù)將溶解氧降至0.1mg/L以下。新疆?dāng)?shù)據(jù)中心電極設(shè)施
電化學(xué)技術(shù)處理不改變水溫。江蘇吸收塔電極設(shè)施
循環(huán)水中的鈣鎂離子易形成碳酸鈣和硫酸鈣垢,電化學(xué)除垢技術(shù)通過陰極反應(yīng)(2H?O + 2e? → H?↑ + 2OH?)提高局部pH,促使成垢離子(Ca2?、Mg2?)以疏松形式析出并隨排污水排除。采用網(wǎng)狀不銹鋼陰極時(shí),垢層主要成分為文石型CaCO?(非粘附性),可通過自動(dòng)刮垢裝置。關(guān)鍵參數(shù)包括電流密度(10-30 mA/cm2)、水溫(<60℃)和停留時(shí)間(>30分鐘)。某電廠循環(huán)水系統(tǒng)應(yīng)用后,換熱管結(jié)垢速率從3 mm/年降至0.5 mm/年,同時(shí)節(jié)水15%(減少排污量)。該技術(shù)的瓶頸在于高硬度水質(zhì)(>500 mg/L CaCO?)時(shí)能耗上升,需配合水質(zhì)軟化預(yù)處理。江蘇吸收塔電極設(shè)施