Anoodplaate kui põhikomponente sellistes valdkondades nagu elektrokeemia, metallurgia ja keskkonnakaitse, liigitatakse mitmel viisil. Erinevat tüüpi anoodplaatidel on materjali, struktuuri või otstarbe erinevuste tõttu ainulaadsed jõudlus- ja rakendusstsenaariumid. Järgnev on üksikasjalik selgitus materjali, protsessi ja funktsiooni vaatenurgast.
Klassifikatsioon materjalide järgi: põhijõudluse määravad tegurid
Anoodiplaadi materjal määrab otseselt selle juhtivuse, korrosioonikindluse ja katalüütilise aktiivsuse. Levinud klassifikatsioonide hulka kuuluvad metalli-põhine, grafiidi-põhine ja komposiit-põhine.
1. Metall-anoodplaadid
Metall-põhinevad anoodiplaadid on peamiselt valmistatud metallidest, nagu plii, titaan, roostevaba teras või nende sulamid, ning need on kõige laialdasemalt kasutatavad tüübid. Pliisulamist anoodiplaadid (nagu plii-hõbe ja plii-kaltsiumisulamid) domineerivad traditsiooniliste plii-happeakude ja hüdrometallurgia (nagu vase ja tsingi elektrolüüs) puhul nende madala hinna ja mõõduka hapnikueralduse ülepotentsiaali tõttu. Titaan-põhised anoodplaadid (tavaliselt kaetud väärismetallioksiididega, nagu ruteenium-titaan või iriidium-titaan) on tänu oma suurepärasele korrosioonikindlusele ja kõrgele katalüütilisele aktiivsusele muutunud peamiseks valikuks kloor-leelisetööstuses ja reoveepuhastuse elektrolüüsis. Näiteks kloor-leeliste tootmisel võivad titaan{12}}kattega anoodid suurendada kloori eraldumise efektiivsust üle 30% ja pikendada nende eluiga üle viie korra tavapäraste grafiitanoodide kasutusiga.
2. Grafiidil-põhinevad anoodplaadid
Grafiiti on pikka aega kasutatud sellistes rakendustes nagu vesielektrolüüs vesiniku tootmiseks ja alumiiniumi elektrolüüs tänu selle suurepärasele keemilisele stabiilsusele (vastupidavus happe- ja leeliskorrosioonile) ja mõõdukale juhtivusele. Looduslik grafiit on aga habras ja sellel on madal mehaaniline tugevus, mis viib selle järkjärgulise asendamiseni tehisgrafiidiga (mis saavutab tiheduse suurenemise kõrgel temperatuuril{1}}grafitiseerimisega). Grafiidi anoodid on aga väga oksüdeerivates keskkondades vastuvõtlikud oksüdatsioonikadudele (nt kloor-leelisetööstuses võib kloor grafiidi pinda korrodeerida). Praegu on need enamasti asendatud titaan{5}}kattega anoodidega, mis jäävad kasutusse vaid mõnes kulutundlikus-väikeses{7}}elektrolüüsirakenduses.
3. Komposiit-anoodiplaadid
Üksikute materjalide piirangute kõrvaldamiseks on teadlased välja töötanud mitmesuguseid komposiitanoodiplaate, nagu näiteks "titaanvõrk + süsinikkiud" komposiitkonstruktsioon (mis ühendab titaani tugevuse süsiniku juhtivusega) ja "roostevabast terasest alus + haruldaste muldmetallide oksiidkate" (mis vähendab kulusid ja parandab korrosioonikindlust). Nendel anoodplaatidel on optimeeritud materjalikombinatsioonide kaudu ainulaadsed eelised konkreetsetes rakendustes (nagu merevee elektrolüüs ja kõrge kontsentratsiooniga reovee elektrokeemiline töötlemine).
Klassifikatsioon tootmisprotsesside järgi: Struktuuri ja jõudluse üksikasjalik kontroll
Tootmisprotsess mõjutab otseselt anoodplaadi mikrostruktuuri (nt poorsus, katte ühtlus) ja makromorfoloogiat (nt plaat või võrk), mis omakorda määrab selle rakendatavad rakendused.
1. Valtsitud anoodplaadid
Valmistatud metalllehtede (nt plii või titaan) kõrgel-temperatuuril valtsimisel, pakuvad need plaadid sileda ja tiheda pinnaga ning sobivad kasutamiseks ühtlast voolujaotust nõudvates rakendustes (nt rafineeritud vase elektrooniline puhastamine). Kuid nende halb paindlikkus muudab nende kohanemise keerukate elektrolüütiliste rakkude kujuga keeruliseks.
2. Templiga/keevitatud anoodplaadid
Need plaadid tembeldatakse kindla kujuga (nt ristkülikukujulised aukudega plaadid) ja seejärel keevitatakse tugevdusribidega. Neid kasutatakse tavaliselt suurtes hüdrometallurgilistes elektrolüütilistes rakkudes (näiteks tsingi elektrolüütilistes rakkudes). Nende kõrge struktuurne tugevus võimaldab neil taluda elektrolüütide erosiooni ja anoodi lima sadestumise survet.
3. Kaetud/paagutatud anoodplaadid
Inertsete substraatide (nt titaan) korral kantakse aktiivne kate termilise lagunemise (ruteeniumi- või iriidiumisoolalahuse katmine, millele järgneb kõrgel temperatuuril paagutamine) või elektrokeemilise sadestamise teel. Selle protsessi võti seisneb katte paksuse (tavaliselt 10-50 mikronit) ja nakkuvuse kontrollimises. Näiteks kloorleelisetööstuses kasutatavate ruteenium-titaananoodide katmiseks on vaja mitut paagutamistsüklit (igaüks 500–600 kraadi juures), et tagada vastupidavus koorumisele väga söövitavas keskkonnas.
Klassifikatsioon funktsioonide ja rakenduste järgi: stsenaariumide kohandamise diferentseeritud disain
Tegelike rakendusnõuete alusel saab anoodiplaate jagada üldotstarbelisteks-ja eritüüpideks.
1. Üldotstarbelised-anoodiplaadid
Pliisulami või tavaliste titaan{0}}põhiste anoodide kujul sobivad need tavapäraste elektrokeemiliste protsesside jaoks (nt üldine galvaniseerimine ja madala kontsentratsiooniga reoveepuhastus). Neid iseloomustab madal hind ja arenenud tehnoloogia, kuid need on vähem kohandatavad ekstreemsete keskkondadega (näiteks kõrge kloriidioonide kontsentratsioon ja tugev aluseline keskkond).
2. Spetsiaalsed anoodplaadid
Optimeeritud kujundused on loodud konkreetsete stsenaariumide jaoks. Näiteks reoveepuhastuses kasutatavad DSA (Dimensionally Stable Anode) anoodiplaadid on kaetud iriidium-tantaali komposiitoksiididega, mis lagundavad tõhusalt orgaanilist ainet ja toodavad kõrge -soolsusega reovees aktiivset kloori. Galvaniseerimistööstuses kasutatavad nikli anoodplaadid kasutavad väikeses koguses väävlit, et parandada anoodi lahustumise ühtlust ja vältida "põlenud" kattedefekte. Uues energiasektoris tahkis{5}}patareides kasutatavad liitiummetalli anoodplaadid vajavad dendriidi kasvu pärssimiseks ja ohutuse parandamiseks spetsiaalseid katteid (nt keraamilisi elektrolüütide komposiitkihte).
Järeldus
Anoodplaatide klassifikatsioon on sisuliselt materjaliteaduse, inseneritehnoloogia ja rakendusvajaduste kooskõlastatud arengu tulemus. Alates traditsioonilistest pliiplaatidest kuni moodsate titaan{1}}põhiste kattega anoodideni, lihtsatest plaatkonstruktsioonidest kuni multifunktsionaalsete konstruktsioonideni – iga klassifikatsiooni täpsustus on edendanud tehnoloogilist arengut seotud valdkondades. Tulevikus, uute energia- ja keskkonnakaitsetööstuse kiire arenguga, võivad uued anoodiplaadid, mis ühendavad endas suure aktiivsuse, pika eluea ja keskkonnasõbralikkuse (nagu bio-põhinevad komposiitanoodid), saada uurimistöö levialaks, mis laiendab veelgi anoodiplaatide kasutuspiire.
