לוחות האנודה, כמרכיבי ליבה בתחומים כמו אלקטרוכימיה, מתכות והגנת הסביבה, מסווגים בדרכים שונות. לסוגים שונים של לוחות אנודה יש ביצועים ותרחישי יישום ייחודיים בשל הבדלים בחומר, במבנה או במטרה. להלן הסבר מפורט מנקודות מבט של חומר, תהליך ותפקוד.
סיווג לפי חומר: דטרמיננטים של ביצועים בסיסיים
החומר של לוח האנודה קובע ישירות את המוליכות, עמידות בפני קורוזיה ופעילות קטליטית שלה. הסיווגים הנפוצים כוללים-מתכת, מבוססי גרפיט-ומרוכבים-.
1. לוחות אנודה מבוססי-מתכת
לוחות אנודה המבוססים על -מתכת עשויים בעיקר ממתכות כגון עופרת, טיטניום, נירוסטה או סגסוגות שלהם והן הסוג הנפוץ ביותר. לוחות האנודה מסגסוגת עופרת (כגון עופרת-כסף וסגסוגות-סידן עופרת) שולטות בסוללות החומצה המסורתיות של עופרת- והידרו-מטלורגיה (כגון אלקטרוליזה של נחושת ואבץ) בשל העלות הנמוכה שלהן ופוטנציאל היתר המתון של התפתחות חמצן. לוחות אנודה על בסיס-טיטניום (בדרך כלל מצופות בתחמוצות מתכות יקרות כגון רותניום-טיטניום או אירידיום-טיטניום) הפכו לבחירה המרכזית בתעשיית הכלור-אלקליות ובאלקטרוליזה לטיפול בשפכים, הודות לעמידותן המצוינת בפני קורוזיה ופעילות קטליטית גבוהה שלהן. לדוגמה, בייצור כלור-אלקלי, אנודות מצופות-טיטניום יכולות להגביר את יעילות התפתחות הכלור בלמעלה מ-30% ולהאריך את תוחלת החיים שלהן עד פי חמישה מזה של אנודות גרפיט מסורתיות.
2. לוחות אנודה מבוססי גרפיט{{1}
גרפיט כבר זמן רב בשימוש ביישומים כמו אלקטרוליזה של מים לייצור מימן ואלקטרוליזה מאלומיניום בשל היציבות הכימית המעולה שלו (עמידות בפני קורוזיה חומצה ואלקלית) ומוליכות מתונה. עם זאת, גרפיט טבעי שביר ובעל חוזק מכני נמוך, מה שמוביל להחלפתו הדרגתית בגרפיט מלאכותי (המשיג שיפור בצפיפות באמצעות גרפיטיזציה בטמפרטורה- גבוהה). עם זאת, אנודות גרפיט רגישות לאובדן חמצון בסביבות מחמצנות מאוד (לדוגמה, כלור בתעשיית הכלור -אלקלי יכול לשתות את פני הגרפיט). נכון לעכשיו, הם מוחלפים ברובם באנודות מצופות-טיטניום, שנותרו בשימוש רק ביישומי אלקטרוליזה מסוימים-רגישים-קטנים.
3. לוחות אנודה מרוכבים-
כדי לתת מענה למגבלות של חומרים בודדים, חוקרים פיתחו מגוון של לוחות אנודה מרוכבים, כגון מבנה מרוכב "טיטניום רשת + סיבי פחמן" (המשלב את החוזק של טיטניום עם מוליכות הפחמן) ו"בסיס נירוסטה + ציפוי תחמוצת אדמה נדירה" (המפחית את העלות תוך שיפור עמידות בפני קורוזיה). לוחות האנודה הללו, באמצעות שילובי חומרים אופטימליים, מציגים יתרונות ייחודיים ביישומים ספציפיים (כגון אלקטרוליזה של מי ים וטיפול אלקטרוכימי של שפכים בריכוז גבוה).
סיווג לפי תהליך ייצור: בקרה מפורטת של מבנה וביצועים
תהליך הייצור משפיע ישירות על המיקרו-מבנה של צלחת האנודה (למשל, נקבוביות, אחידות ציפוי) והמקרומורפולוגיה (למשל, צלחת או רשת), אשר בתורה קובעת את היישומים הרלוונטיים שלה.
1. צלחות אנודה מגולגלות
מיוצרות על ידי גלגול-בטמפרטורה גבוהה של יריעות מתכת (כגון עופרת או טיטניום), צלחות אלו מציעות משטח חלק וצפוף ומתאימות ליישומים הדורשים חלוקת זרם אחידה (כגון בעיבוד אלקטרוני של נחושת מזוקקת). עם זאת, הגמישות הירודה שלהם מקשה עליהם להסתגל לצורות מורכבות של תאים אלקטרוליטיים.
2. לוחות אנודה מוטבעים/מרותכים
לוחות אלה מוטבעים לצורות ספציפיות (כגון לוחות מלבניים עם חורים) ולאחר מכן מרותכים עם צלעות חיזוק. הם נמצאים בשימוש נפוץ בתאים אלקטרוליטיים הידרו-מטלורגיים גדולים (כגון תאי אבץ לעיבוד חשמל). החוזק המבני הגבוה שלהם מאפשר להם לעמוד בלחץ של שחיקת אלקטרוליטים ושקיעת רפש אנודה.
3. צלחות אנודה מצופות/סינטרות
עבור מצעים אינרטיים כגון טיטניום, ציפוי פעיל מוחל באמצעות פירוק תרמי (ציפוי תמיסת מלח רותניום או אירידיום ואחריו סינטר-בטמפרטורה גבוהה) או שקיעה אלקטרוכימית. המפתח לתהליך זה טמון בשליטה בעובי הציפוי (בדרך כלל 10-50 מיקרון) ובהדבקה. לדוגמה, הציפוי על אנודות טיטניום -בשימוש בתעשיית הכלור-אלקלי דורש מחזורי סינטר מרובים (כל אחד ב-500-600 מעלות) כדי להבטיח עמידות בפני קילוף בסביבות קורוזיביות מאוד.
סיווג לפי פונקציה ויישום: עיצוב מובחן להתאמת תרחישים
בהתבסס על דרישות היישום בפועל, ניתן לחלק את לוחות האנודה לסוגים- כלליים ולסוגים מיוחדים.
1. לוחות אנודה- כלליים
אלו מיוצגות על ידי סגסוגת עופרת או אנודות רגילות על בסיס-טיטניום, מתאימות לתהליכים אלקטרוכימיים קונבנציונליים (כגון ציפוי כללי וטיפול בשפכים בריכוז-נמוך). הם מתאפיינים בעלות נמוכה ובטכנולוגיה בוגרת, אך הם פחות מתאימים לסביבות קיצוניות (כגון ריכוזי יוני כלוריד גבוהים ומדיה אלקלית חזקה).
2. לוחות אנודה מיוחדים
עיצובים אופטימליים מיועדים לתרחישים ספציפיים. לדוגמה, לוחות האנודה DSA (Dimensionally Stable Anode) המשמשים לטיפול בשפכים מצופות בתחמוצות מרוכבות של אירידיום-טנטלום, אשר מפרקות ביעילות חומרים אורגניים ומייצרות כלור פעיל בשפכים עם מליחות גבוהה-. לוחות האנודה של ניקל המשמשים בתעשיית הציפוי משתמשים בכמות קטנה של גופרית כדי לשפר את אחידות פירוק האנודה ולהימנע מפגמי ציפוי "שרפו". לוחות אנודה ממתכת ליתיום המשמשים בסוללות מוצקות- במגזר האנרגיה החדש דורשות ציפויים מיוחדים (כגון שכבות מרוכבות אלקטרוליט קרמי) כדי לעכב את צמיחת הדנדריטים ולשפר את הבטיחות.
מַסְקָנָה
הסיווג של לוחות האנודה הוא בעצם תוצאה של פיתוח מתואם של מדעי החומרים, טכנולוגיה הנדסית וצרכי יישומים. מלוחות עופרת מסורתיים ועד לאנודות מצופות מודרניות על בסיס-טיטניום, ממבני לוחות פשוטים ועד לעיצובים רב-תכליתיים, כל חידוד של הסיווג הניע את ההתקדמות הטכנולוגית בתחומים קשורים. בעתיד, עם ההתפתחות המהירה של תעשיות האנרגיה והגנת הסביבה החדשות, לוחות אנודה חדשים המשלבים פעילות גבוהה, חיים ארוכים וידידותיות לסביבה (כגון אנודות מרוכבות מבוססות ביו-) עשויות להפוך למוקד מחקר, ולהרחיב עוד יותר את גבולות היישום של לוחות האנודה.
