在實際應用中,被研究的電極被稱作工作電極(W),在電化學分析法中也稱為指示電極。為了測量工作電極的電勢,通常會將其與參比電極(R)組成二電極測量電池。當需要使工作電極發生極化時,則需額外引入一個輔助電極(C),組成三電極測量電池系統。為降低電液中歐姆電位降(IR)對工作電極電勢測量的誤差,參比電極與電解液連接處常采用毛細管,即魯金毛細管,使其盡可能靠近工作電極,以提高測量的精度。
多重電極與單一電極不同,其電極界面上存在多種電極反應。當不太純的鋅浸入硫酸中時,【Zn|H?SO?】電極上就可能同時發生鋅原子失去電子生成鋅離子的反應,以及氫離子得到電子生成氫氣的反應,且這兩個反應的速率都較快,因此該電極屬于二重電極。金屬腐蝕體系常常呈現出多重電極的特性,由于存在多種反應,多重電極的靜態電勢需根據不同反應的極化曲線和極化規律來綜合判斷,其電化學反應過程相對復雜,給研究和應用帶來了一定挑戰。 電化學技術減少90%酸堿藥劑消耗。湖南源力循壞水電極設施
鈦電極突出的特性之一便是明顯的耐腐蝕性。鈦在空氣中極易與氧結合,形成一層致密且穩定的氧化膜,這層氧化膜能有效阻止鈦基體進一步被腐蝕。在多種強腐蝕性介質中,如鹽酸、硫酸、硝酸等,普通金屬電極可能迅速被腐蝕破壞,而鈦電極憑借其表面的氧化膜,能夠長時間穩定工作。即使在高濃度、高溫的腐蝕性溶液中,鈦電極依然能保持良好的物理和化學性能。例如,在濕法冶金領域,鈦電極可用于處理含大量酸、堿和重金屬離子的溶液,其耐腐蝕性使得電極壽命大幅延長,減少了設備維護和更換成本,提高了生產效率。江蘇數據中心電極設施電化學系統維護簡單方便。
金屬氧化生成的腐蝕產物(如Fe?O?、γ-FeOOH)本身具有半導體特性,其禁帶寬度影響電子轉移效率。例如α-Fe?O?(Eg=2.2eV)比γ-Fe?O?(Eg=2.0eV)更穩定。這些氧化物還可能參與光電化學反應,在光照條件下產生額外光電流,導致傳統電位測量出現偏差。現在研究正嘗試利用這種特性開發自供能監測傳感器。
在拉伸應力和腐蝕介質共同作用下,電極材料會發生SCC。以奧氏體不銹鋼在Cl?環境為例,其裂紋擴展速率可達10??-10??mm/s。電化學噪聲檢測發現,SCC過程中會出現特征性的電流/電位突跳信號,這些瞬態響應與位錯滑移、膜破裂等微觀事件直接相關,為早期預警提供了新思路。
含油廢水常見于石化、食品加工等行業,其高COD和乳化特性使傳統處理方法效率低下。電氧化技術可通過陽極產生的·OH和活性氧物種(如O??)破壞油滴表面的乳化劑,實現破乳和有機物降解。例如,采用Ti/SnO?-Sb電極處理乳化油廢水時,COD去除率可達80%以上,且油滴粒徑從10 μm降至1 μm以下。關鍵挑戰在于電極污染(油膜覆蓋導致活性位點失活),需通過脈沖電流或周期性極性反轉(PRS技術)緩解。此外,耦合氣浮工藝可提升油污分離效率,而低溫等離子體輔助電氧化能進一步降低能耗。未來需開發疏油-親水雙功能電極材料以增強抗污性。電化學方法處理不改變水體pH值。
工業廢水成分復雜,常含有毒、難降解有機物(如酚類、染料、農藥),而電氧化技術對此類污染物表現出獨特優勢。例如,在焦化廢水處理中,采用Ti/SnO?-Sb?O?電極可將苯酚濃度從500 mg/L降至5 mg/L以下,COD去除率達85%。對于印染廢水,電氧化能同時實現脫色(降解偶氮鍵)和COD削減,如使用Ti/Pt陽極時,活性艷紅X-3B的脫色率在60分鐘內達99%。該技術的工業化應用需解決電極壽命(如涂層剝落問題)和能耗優化(如采用脈沖電流),目前已有模塊化電氧化反應器用于電鍍、制藥等行業的中試案例。鋁電極電絮凝處理含油廢水,SS去除率>90%。黑龍江工業電極設備
電化學防垢涂層使結垢誘導期延長10倍。湖南源力循壞水電極設施
工作電極主要用于研究電化學反應的實驗,研究人員期望在該電極上發生所關注的特定電化學反應。對于工作電極,有諸多要求。它可以是固體,也可以是液體,各類能導電的固體材料基本都能作為工作電極。同時,所研究的電化學反應不能受電極自身其他反應的干擾,并且要能在較寬的電位區域內進行測定,還必須保證電極不與溶劑或電解液組分發生反應。常見的 “惰性” 固體電極材料如玻碳、鉑、金等常被選用,以滿足實驗需求。
醫用電極在醫療領域發揮著重要作用,以心電圖機為例,電極需要被準確放置在患者皮膚上,用于檢測心臟的電活動。心臟在跳動過程中會產生微弱的電信號,這些信號通過皮膚傳導到電極上,電極將其收集并傳輸到心電圖機中,經過處理后形成心電圖,醫生依據心電圖的波形特征,能夠判斷患者心臟的健康狀況,檢測是否存在心律失常、心肌缺血等心臟疾病,為臨床診斷提供關鍵依據,在心血管疾病的診斷中具有不可替代的地位。 湖南源力循壞水電極設施