Электроды переменного тока: марки, какие лучше, маркировка, особенности — Лазерная резка металла от "ТМК" Ярославль (Тутаев)

Содержание

описание, преимущества, марки. Виды электродов для нержавейки

Использовать электроды по нержавейке необходимо для соединения разнообразных стальных конструкций. Оксид хрома образует на стали защитную пленку, которая придает ей нержавеющей стойкости и защищает от коррозии. В состав металла может входить никель, марганец и титан. Такую сталь широко используют в пищевой, химической и нефтехимической отраслях производства. Поэтому от правильно выбранного электрода будет зависеть прочность и долговечность всей конструкции.

Некоторые другие соображения — это тип передачи, положение для сварки и устойчивость к истиранию или нагреву. Большую часть времени, когда мы работаем сварщиком, инженеры по сварке укажут размер сварного шва и тип электрода, который будет использоваться. В этом случае вам не нужно беспокоиться о выборе надлежащего электрода. Но если вы являетесь владельцем бизнеса, студентом или домашним сварщиком, то просто используйте приведенную выше таблицу или диаграмму и, конечно же, поговорите с вашим местным магазином по сварке о правильном выборе электрода.

Виды электродов для сварки нержавеющей стали

Какой бы агрессивной ни была окружающая рабочая среда, воздействующая на стальную конструкцию, решение все же есть. Современные производители находят все новые составы для покрытия электродов, чтобы они при расплавлении и окислительно-восстановительных реакциях в газовой среде образовывали прочные сварочные швы. Особенностью электродов для различных видов стали является содержимое шлака, которое образуется при сгорании его основы.

Они знают лучшие современные продукты для своей работы и также будут советовать, какие именно газы выбрать! Все сводится к пониманию того, какие продукты доступны в то время. Не может пойти не так, не так ли? Детали газовых электродуговых сварочных электродов, обозначений проводов и того, что вам нужно знать. Обозначения электродов являются загадкой для большинства сварщиков. Большинство сварщиков знают только, что он используется для сварки большинства углеродистых сталей.

Электроды по нержавейке

Изготовители этих электродов используют простой код для идентификации типа электрода. Есть много других обозначений для одних и тех же электродов в зависимости от группы, которая писала обозначение. Обозначение довольно стандартное, но есть некоторые основы, которые вам нужно понять, чтобы знать, для чего предназначен провод. Эй, наполнитель металла является наполнителем металла, пока используется правый защитный газ. То есть за исключением того, что робот выполняет сварку.

Электроды по нержавейке должны легко зажигаться и устойчиво гореть при сварочной дуге, равномерно расплавляться и покрывать шов изделия и легко удаляться после варки.

Электроды для сварки нержавеющей стали бывают нескольких видов, но зарекомендовали себя только некоторые из них:

Если вы свариваете более высокий класс углеродистой стали, минимальная прочность на растяжение — это то, что обычно меняется. Изменение прочности стали — это то, что было бы иначе. Это медное покрытие на электроде. Нержавеющая сталь имеет множество электродов, потому что она используется в широком спектре проектов, для которых требуются различные типы марок нержавеющей стали.

Нержавеющая сталь также обычно приварена к углеродистой стали на тех же работах. Например, скоба из нержавеющей стали, приваренная к зданию, которое содержит трубы из нержавеющей стали.

ЦЛ-11-2, ЦЛ-11-2.5, ЦЛ-11-3, ЦЛ-11-4, ЦЛ-11-5;
ЦТ-15;
ОЗЛ6 (8).

Резкие перепады температуры или давления для нержавеющей стали, сваренной такими электродами, совсем не страшны.

Вернуться к оглавлению

Особенности электродов для сварки нержавейки

Каждый мастер сварочных работ однажды задавался вопросом о том, какими электродами варить нержавейку.

Электроды для нержавейки – марки и виды

Здесь представлены различные типы электродов из нержавеющей стали. Нержавеющая сталь обычно сваривается с классами электродов, и они. Это не тот блестящий материал, который большинство людей думает как о нержавеющей стали. Он обычно используется в промышленных приложениях, и время от времени он получает некоторые пятна ржавчины.

Обозначение проводов следующее. Серия 309 имеет многоцелевое назначение, потому что она используется для сварки нержавеющей стали на мягкую или нержавеющую сталь с углеродистым или низколегированным покрытием. При необходимости сварные швы из нержавеющей стали маркируются с 304 по 310 или при необходимости сваривают разные металлы вместе. Нижняя сторона использования этого электрода для сварки стали из нержавеющей стали заключается в том, что внешний вид сварного шва неровный. Он выполняет эту работу, но независимо от того, насколько высоко вы поднимаете аппарат, кажется, что он холоден.

Их всех объединяет похожий состав покрытия, именуемый флооритно-кальциевый тип. Хромоникелевые стали 12Х18Н10Т, 12Х18Н9Т, 08Х18Н12Т, 08Х18Н12Б, имеющие высокие требования к качеству шва, свариваются именно такой маркой электродов. Все пространственные положения швов обрабатываются током, который имеет . На 1 кг наплавленного металла расходуют 1,5 кг ЦЛ-11. И ЦТ-15. Чаще всего применяют электроды данной марки для сварки основных узлов в машиностроительной, нефтяной и химической промышленности.

Данный вид электродов имеет сопротивление в семь раз больше, чем у обычных.

Независимо от того, что вы делаете, сварные швы кажутся грубыми по сравнению со сваркой нержавеющей стали до нержавеющей стали. Вот обозначение электрода.

В основном это помогает сварке стирать в металл лучше.

Как будто поднимать жару и удерживать стороны дольше.

Эти нержавеющие электроды в основном используются для высококачественных нержавеющих сталей главным образом в пищевой промышленности и морских применениях. Что касается газов, то С2 наиболее широко используется. Есть много других смесей на выбор, и все зависит от того, что вы можете предложить поставщику сварочного оборудования.

Если толщина нержавеющего металла менее 0,8 мм, то лучше всего использовать капельный перенос покрытия электрода и .

Часто в быту многие сварщики используют вольфрамовые электроды, а для создания защитной среды – аргон. Он повышает качественные показатели электрической дуги и, соответственно, стойкость шва.

Это пищевой сорт и настоящий морской сорт.
Но нигде не лучший сорт из нержавеющей стали.
Содержание углерода — это то, что получает пятна ржавчины из нержавеющей стали.

Есть два типичных варианта, и они. Теперь есть другие варианты, но редко нужны какие-либо другие электроды. Что касается выбора газа, то это всегда 100% аргон. В большинстве случаев 100% аргон — это то, что используют большинство судостроительных заводов, электростанций и фабрик, независимо от толщины алюминия. Вот обозначения алюминиевого электрода.

Изделия не предназначенные для нержавейки

Обозначение электродов выглядит следующим образом. Некоторые из них намного толще для тяжелых промышленных применений. Наиболее распространенные размеры большинства сварщиков. Для большинства фабрик изготовления 0, 035 с наиболее распространенными. Если вы являетесь домашним сварщиком, тогда используйте электрод малого диаметра, когда можете. Чем меньше электрод, тем меньше энергии требуется от вашей машины для запуска.

Тонколистный металл и трубы можно с легкостью соединять с помощью вольфрамовых электродов. Сварочный ток находится в пределах от 80 А и до 130 А в зависимости от толщины металла.

Присадочная проволока, которую вы выбрали для сварки, по химическому составу должна быть похожа на нержавейку. Тогда и качество шва буде выше.

Вернуться к оглавлению

Но для правильной сварки сварного шва должен использоваться электрод из нержавеющей стали с высоким содержанием углерода. Предпочтительным электродом, используемым при герметизации соединения, является электрод 309. Этот электрод гарантирует, что шов имеет хорошее проникновение и уплотнения правильно.

Его можно легко обрезать с помощью режущих инструментов. После того, как вы снова намотали сварочную проволоку и вытащили ее из пистолета, вам теперь нужно будет загрузить сварочный пистолет с помощью сварочной проволоки 309. Теперь, когда ваш сварочный пистолет загружен надлежащим проводом, следующим шагом будет замена газа с помощью трехкомпонентной защитной газовой смеси, необходимой для такого типа сварки.

Чтобы убедиться, что газы были правильно перемешаны, вы должны положить бак на бок и осторожно откинуть его назад и вперед.

Этапы сварки нержавейки электродом

Работать с нержавеющей сталью должен профессионал. Это точная и трудоемкая работа, при которой нужно добиться такого результата, чтобы соединение вышло очень похожим на основной металл. Для начала нужно тщательно зачистить края нержавейки до гладкого состояния, а место соединения обезжирить ацетоном или растворителем.

Как только вы удовлетворитесь и почувствуете, что газ был тщательно объединен, вы можете прикрепить газовые манометры к газовому баллону. Поскольку для сварки нержавеющей стали требуется более высокий уровень теплоты, чем углеродистая сталь, вам нужно будет посмотреть на свою сварочную направляющую, чтобы определить правильный уровень нагрева для нержавеющей стали. Как только ваша машина настроена на нержавеющую сталь, вы должны проверить ее на металлолом, чтобы убедиться, что все работает правильно.

Когда вы почувствуете, что ваша машина правильно установлена, вы можете начать сварку двух частей трубы вместе. Вы должны начать сварку на трубе из нержавеющей стали и вытащить сварную лужу на трубу из углеродистой стали. При сварке вы должны следить за дном сварного шва, чтобы обеспечить надлежащее проникновение. Если уменьшение температуры не позволяет улучшить уровень подрезки, вы должны ускорить ход вашего круга, чтобы вы могли вытащить тепло из стальной трубы. Это должно помочь исправить подрезание и оставить прочную прочную сварку.

В качестве сварочного аппарата используют инвертор. Он удобен в транспортировке, питается от сети. При помощи электрики образовывается дуга для сваривания металла.

Мощность тока не должна превышать допустимые нормы. В противном случае электрод может быстро сгореть или шов будет неплотным.

После завершения сварки вы должны осмотреть всю поверхность сварного шва, чтобы не было никаких дефектов или слабых мест. Если вы заметили какие-либо дефекты, вы можете вернуться назад и удалить сварку и сделать это снова. С некоторым опытом вы должны освоить эту технологию сварки, и ваши сварные швы улучшатся каждый раз.

Сплавы из нержавеющей стали обычно имеют содержание хрома не менее 10%. Основные металлы из нержавеющей стали сгруппированы в первую очередь в три класса в зависимости от их кристаллической структуры; аустенитной, мартенситной и ферритной. Аустенитные марки также доступны с пониженным содержанием углерода.

Большое сопротивление при варке нержавеющей стали – это одна из отличительных сторон работы, включая постоянный ток, имеющий обратную полярность. Тепло электроды проводят плохо. Это и есть причина их мгновенного разрушения при использовании тока высокого значения. Чтобы шов был максимально прочным, нужно его охлаждать. Используют для этого обдув воздухом и прокладку из меди. Если в состав стали входит никель или хром, то для охлаждения подойдет вода.

Выберите совместный дизайн и установите

Ниже приведено базовое пошаговое руководство, которое следует соблюдать при сварке нержавеющей стали. Начните с определения наилучшего способа присоединения к вашим основным металлам. Правильная конструкция швов и их подгонка являются важными шагами для обеспечения надежной связи при завершении сварки. Обязательно проверьте требуемую прочность, положение сварки, толщину металла и доступность соединения.

Пять основных типов суставов — прикладом, углом, краем, кругом и тройником. Эти пять соединений могут быть расположены во многих комбинациях для создания большого количества сварных швов. Светильники и приспособления полезны для закрепления деталей на месте во время процедуры соединения. Листовой металл и большинство филевых и коленных суставов должны быть плотно зажаты по всей длине работы.

Приступая к работе, нужно настроить ток и выбрать электроды по нержавейке. К металлу их подносят очень аккуратно, чтобы не было залипаний. Клемму массы подключают к материалу. Затем поджигают дугу. Под углом к поверхности металла подносят электрод и придерживают его на расстоянии нескольких миллиметров. Образовавшуюся окалину аккуратно убирают с помощью молотка и тщательно зачищают шлифовальными кругами или металлической щеткой. Но полностью удалить слой оксида сможет только раствор кислоты. Готовую конструкцию опускают в ванну с данным веществом и после удаления окалины шлифуют.

Определение подходящего инертного защитного газа

Три наиболее распространенных процесса сварки нержавеющей стали. Сварочное оборудование для этого процесса в настоящее время является самым недорогим из описанных здесь методов. Это процесс электрической сварки, при котором тепло для сварки генерируется электрической дугой между концом нерасходуемого вольфрамового электрода и основного металла. Он обеспечивает защиту, раскисление и стабилизацию дуги. Может быть добавлено дополнительное экранирование. Сопло для всасывания дыма вокруг пистолета или вытяжного шкафа помогает уменьшить дым и пары. Обычно он требует небольшой очистки после сварки. Экранирование получается из поставляемой снаружи газовой или газовой смеси. Он используется на небольших, более тонких датчиках и производит мелкий шов. Передача спрей — металл передается по дуге, создавая непрерывный спрей мелких капель металла. Эти капли проецируются вниз к основному металу.

Электродное покрытие обеспечивает экранирование.
Обычно это требует минимальной или никакой последующей сварки после сварки.
При необходимости может быть добавлен металлический наполнитель.

Для более толстых участков могут быть использованы смеси аргон-гелий или чистый гелий.

Важной особенностью при сварочных работах является контроль промежутка дуги. Шов будет выглядеть криво, если промежуток дуги слишком большой, и, наоборот, не успеет схватиться, если он маленький. Ведь с помощью дуги плавится нержавеющий металл.

Угол наклона электрода для нержавейки должен быть не большим и не маленьким.

Выберите подходящий наполнительный металл

Для более глубокого проникновения можно использовать чистый гелий. Наиболее распространенный вольфрам используется на 2%. Корректировки могут быть сделаны в зависимости от специфики приложения. Для применений, когда обе части являются одним и тем же сплавом, выберите наполнительный металл с составом, аналогичным составу основных металлов. Это обеспечит сваривание аналогичных свойств. Неравномерность применения базовых металлов требует выбора на основе механических свойств, свободы от растрескивания и совместимости.

Сваривание деталей из нержавеющей стали — это сложный и трудоемкий высокотехнологичный процесс, который потребует от исполнителей соответствующей квалификации, применения специального оборудования и правильного выбора электродов. В расплавленном состоянии нержавеющая сталь становится жидкой, словно вода, что существенно усложняет формирование правильного валика шва. Используемые для подобной сварки электроды должны иметь состав сплава, максимально приближенный к составу основных металлов. Одной из особенностей такой сварки нержавеющей стали является невозможность выполнения данных работ в вертикальном и потолочном положении.

Электроды по нержавейке

Сложность выполнения состоит также в том, что после температурной обработки металл теряет антикоррозийные свойства, а это приводит к появлению ржавчины в соединительном шве. Чтобы исключить подобное электроды для нержавейки содержат многочисленные легирующие материалы, которые повышают антикоррозийные свойства соединения. Если же использовать дешевые электроды, которые не содержат в своем составе легирующих материалов, это приводит к ухудшению качества выполняемых работ. Наибольшую популярность при работе с нержавейкой получили сварочные аппараты, которые работают с постоянным током, тогда как при использовании переменного тока существенно страдает качество соединения.

В особенности сложно работать с тонкими элементами из нержавеющей стали, где требуется правильно подбирать используемые электроды и грамотно выполнять всю работу. В данном случае существует опасность прожига металлических элементов, что в последующем потребуется сложной наплавки.

Следует сказать, что, несмотря на сложность работы с нержавеющей сталью, этот материал нашел широкое применение в промышленности и быту. Объясняется подобная распространенность нержавейки ее отличными эксплуатационными характеристиками и прочностью. Сварочные работы могут выполняться при ремонте трубопроводов, сваривании металлокаркаса, соединении металлоконструкции и при различных ремонтных работах. Все требования к электродам для нержавеющей стали оговариваются в ГОСТе, что позволяет несколько упростить выбор.

Электроды по нержавейке маркировка

Наибольшей популярностью на рынке пользуются электроды от шведской компании ESAB, представленные в широком ассортименте и отличающиеся великолепным качеством исполнения.

ОК61.30. Универсальные стержни для сварки нержавейки, которые отлично подходят для сплавов с добавками никеля и хрома. Полученный наплавленный сплав отличается устойчивостью к коррозии.
ОК6135. Эта марка предназначена для сварки деталей из нержавейки, которые имеют повышенные требования к качеству материала. Наплавка получается особенно прочной, что позволяет выдерживать повышенные нагрузки. Можно использовать такие электроды для соединения различных нагруженных конструкций и ответственных сооружений.
ОК67.45. Эта разновидность электродов отличается повышенными свойствами сваривания, поэтому их можно порекомендовать для использования в сложных условиях работы.
ОК63.30. Стержни этой марки содержат минимум углерода, что позволяет использовать их для низкоуглеродистых стальных нержавеющих сплавов. Обеспечивают отличную прочность соединения.
Из отечественных разновидностей нержавеющей стали можно выделить следующие:
ЦТ15. Обладают повышенной температурной устойчивостью, стойкостью к агрессивной химической среде и позволяют получить соединение отличного качества.
ОЗЛ8. Данная разновидность стержней отличается длительным сроком эксплуатации, что позволяет сваривать детали с высокой прочностью. Соединение обладает отличными показателями антикоррозийной стойкости.
ОЗЛ6. Универсальная разновидность, которая отлично подходит для чистой нержавеющей стали. Возможно также соединение нержавейки с черным металлом.

Химический состав стержней

Химический состав таких электродов включает различные металлы, углерод и водород с фосфором. Необходимо сказать, что выбирая такой наплавочный материал для сварки, необходимо учитывать химический состав самого стержня и соединяемого металла.

Свойства сварочные электроды по нержавейке напрямую зависят от их состава. Отметим повышенную прочность, пластичность и температурную устойчивость. При этом большинство таких стержней в расплавленном состоянии обладает повышенной текучестью, что следует учитывать при выполнении сварочных работ.

Какими электродами варить нержавейку?

Необходимо сказать, что от правильности выбора зависит качество соединения, его долговечность и отличные показатели антикоррозийной стойкости. Любое даже незначительное отклонение в химическом составе электродов и основного металла приведет к существенному ухудшению прочности соединения. Именно поэтому вопросам выбора следует уделить максимум внимания.

Одним из важнейших параметров является диаметр стержня, который зависит от толщины основного металла. Специалисты рекомендуют выбирать диаметр стержня равный толщине свариваемого металла. В то же время следует помнить, что при сваривании нержавейки толщиной в 3 миллиметра и менее следует соблюдать максимальную аккуратность, так как существует опасность проварить материалы даже при низких показателях рабочего потока.

Предпочтительно выбирать длинные электроды, которые позволят выполнить шов без прерывания сварки, а, следственно, такое соединение будет максимально прочным и долговечным. У распространенных в настоящее время марок стержней длина может колебаться от 5 до 10 сантиметров. В отдельных случаях для выполнения длинных швов можно использовать специальные электроды, размером в 45 сантиметров и более.

Как варить нержавейку электродом?

Одной из особенностей работы с нержавейкой является высокая температура плавления и повышенная скорость выполнения работ. Именно поэтому следует действовать предельно аккуратно и в то же время быстро. Для формирования правильного валика шва необходимо выработать специальную технику, в противном случае можно будет получить бесформенную массу из наплавленного металла. Для предупреждения появления холодных трещин рекомендуется до окончания обязательно подогревать и поддерживать его высокую температуру. Для сварки необходимо использовать горелки и инверторы с возможностью регулировки температуры.

Электроды плавящиеся переменного тока | 5sklad.ru Строительные и отделочные материалы

Сварочные аппараты переменного тока постепенно оставляют свои позиции. В промышленности они теперь практически не используются, в строительстве доживают последние дни, а в авторемонтных предприятиях их применяют разве что для сварки на скорую руку каких-нибудь съемников или других приспособлений. Небольшой подъем спроса отмечается лишь на малогабаритные модели сварочных аппаратов переменного тока, которые приобретают частники для производства незначительных объемов сварочных работ по хозяйству. Да и те в последнее время все больше отдают предпочтение недорогим моделям инверторов.

Вместе с тем, сварочные электроды переменного тока продолжают выпускать и спрос на них нисколько не упал. Связано это с тем, что их можно использовать для сварки постоянным током без каких-либо ограничений. А стоимость электродов переменного тока ниже стоимости электродов постоянного тока. Правда, качество сварного шва все же получается несколько хуже, но во многих конструкциях это бывает несущественно.

В настоящее время на рынке широко представлены электроды переменного тока отечественного и импортного производства. Стоит отметить, что многие импортные электроды переменного тока производятся по лицензии отечественных компаний и исследовательских центров. Это связано с тем, что электроды переменного тока в нашей стране используются более 70 лет, а их разработка и улучшение параметров все эти годы производилось на специализированных научных площадках.

Так, известный шведский концерн ESAB производит по лицензии отечественные марки электродов переменного тока типа ОЗС-12, АНО-6, АНО-4, АНО-21 на дочернем предприятии, расположенном в Санкт-Петербурге. Кроме этих марок сварочные штучные электроды переменного тока представлены следующими марками: МР-3С, МР-3, ОЗС-4, ОЗС-6. Эти электроды имеют основное, рутиловое и ильменитовое покрытие. Электроды с разными видами покрытия предназначены для сварки различных видов стали – от обычной до низколегированной. Диаметр электродов переменного тока может лежать в диапазоне от 1,5 до 5 мм. Сварочный ток изменяется в пределах от 40 до 400 А.

Преимуществами сварочных электродов переменного тока являются низкая стоимость, повсеместная доступность, удовлетворительное качество сварки, низкая требовательность по условиям просушки, довольно высокая стабильность дуги после поджига даже при пониженном напряжении сети.

К недостаткам нужно отнести большое количество брызг при сварке, сложность поджига дуги на переменном токе (сухие электроды переменного тока при работе инверторами поджигаются хорошо), потерю дуги и залипание электродов при несоответствии выбранного типа электродов типу свариваемой стали.

Электроды для сварки переменным током

Сварка переменным током характеризуется менее устойчивым поведением дуги. Это происходит в силу многократного изменения полярности дуги за единицу времени. Что негативно сказывается на качестве шва – он получается более широким и при сварке переменным током чаще образуется такой дефект, как набрызг капель металла вокруг сварного шва. Именно поэтому сварочные электроды переменного тока призваны компенсировать эти недостатки сварки. Впрочем, все электроды для переменного тока приспособлены к сварке постоянным током.

Арт. Номер	Марка	Аналог	Размер	Фасовка.	Произво-
		марки		Вес, кг	дитель
4332162010	OK 43. 32	ано-21	1.6x300mm	11,40	ESAB
4332202410	OK 43.32	ано-21	2.0x300mm	12,00	ESAB
4332253400	OK 43.32	ано-21	2.5x350mm	14,40	ESAB
4332323400	OK 43.32	ано-21	3.2x350mm	14,10	ESAB
4332403400	OK 43.32	ано-21	4.0x350mm	14,40	ESAB

4600202410	OK 46.00	ано-6	2.0×300	12,6	ESAB
4600253200	OK 46.00	ано-6	2.5×350	16,5	ESAB
4600323200	OK 46. 00	ано-6	3.2×350	16,5	ESAB
4600403200	OK 46.00	ано-6	4.0×350	16,2	ESAB
4600503200	OK 46.00	ано-6	5.0×350	16,5	ESAB

4800253200	OK 48.00	уони 13/45	2.5x350mm	12,6	ESAB
4800323200	OK 48.00	уони 13/45	3.2x350mm	16,5	ESAB
4800324200	OK 48.00	уони 13/45	3.2x450mm	16,5	ESAB
4800404200	OK 48.00	уони 13/45	4.0x450mm	16,2	ESAB
4800504200	OK 48. 00	уони 13/45	5.0x450mm	16,5	ESAB

4804253000	OK 48.04	уони 13/55	2.5x350mm	12,90	ESAB
4804324000	OK 48.04	уони 13/55	3.2x450mm	17,70	ESAB
4804404000	OK 48.04	уони 13/55	4.0x450mm	18,00	ESAB
4804504000	OK 48.04	уони 13/55	5.0x450mm	18,00	ESAB

Электроды переменного тока

Показать: 10255075100

Сортировка: По умолчаниюНазвание (А — Я)Название (Я — А)Цена (низкая > высокая)Цена (высокая > низкая)Модель (А — Я)Модель (Я — А)

Универсальный электрод для широкого применения в промышленности и быту. Предназначен для ручной дуго..

210р./кг.

Универсальный электрод для широкого применения в промышленности и быту. Предназначен для ручной дуго..

210р./пачка

Универсальный электрод для широкого применения в промышленности и быту. Предназначен для ручной дуго..

480р./пачка

Электроды ОЗС-12 д.1,6 мм. СЗСМ (Судиславль) предназначены для сварки методом MMA(РДС) угл..

300р./пачка

Электрод ОК 46.00 ESAB предназначен для сварки методом MMA углеродистых конструкционных и судов. .

460р./кг.

Электрод ОК 46.00 ESAB предназначен для сварки методом MMA углеродистых конструкционных и судов..

262р./кг.

Электрод ОК 46.00 ESAB предназначен для сварки методом MMA углеродистых конструкционных и судов..

350р./кг.

Электрод ОК 46.00 ESAB предназначен для сварки методом MMA углеродистых конструкционных и судов..

252р./кг.

Электрод ОК 46.00 ESAB предназначен для сварки методом MMA углеродистых конструкционных и судовых ст..

207р. /кг.

Электрод ОК 46.00 ESAB предназначен для сварки методом MMA углеродистых конструкционных и судов..

175р./кг.

Электроды однофазных плазмотронов переменного тока и материалы для их изготовления Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 533.9.004.14

В.Е. Кузнецов, А.А. Киселев, Р.В. Овчинников, Ю.Д. Дудник

ЭЛЕКТРОДЫ ОДНОФАЗНЫХ ПЛАЗМОТРОНОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА И МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Основное промышленное назначение генераторов — это получение плазменного потока для нагрева технологических объектов. Низкотемпературные генераторы плазмы в настоящий момент используются достаточно широко, создан целый ряд конструкций плазмотронов переменного тока [1], предназначенных для переработки или уничтожения отходов [2], развиваются технологии обработки материалов [3, 4], резки металлов [5] и т. п.

В связи с этим обеспечение надежной работы плазмотрона в течение длительного времени, снижение стоимости изготовления и эксплуатационных затрат — задачи актуальные и требующие внимания, так как их выполнение позволит в дальнейшем получить новые конкурентные преимущества и обеспечить широкое внедрение плазменных техники и технологий в промышленность.

В технологических приложениях традиционно применяется модель плазмотрона переменного тока со стержневыми электродами мощностью до 50 кВт как наиболее простая и востребованная [6, 7].

Особенностью данной конструкции является ее высокая надежность, простота изготовления и стабильность рабочих параметров;

для нее используется стержневая конструкция электродов [8].

Стержневой электрод размещается в водо-охлаждаемом цилиндрическом канале 1, подача рабочего газа осуществляется тангенциально, а для формирования плазменной струи используется сужающееся коническое сопло 2 (рис. 1.).

Работа плазмотрона основана на следующем принципе: между стенкой канала и наконечником электрода прикладывается высокое переменное напряжение (с амплитудой порядка нескольких киловольт, достаточной для самостоятельного пробоя минимального расстояния между электродом и стенкой канала). В зоне минимального расстояния между ними при достижении достаточной разности потенциалов возникает электрический пробой. Инициированная дуга под действием газо- и электродинамических сил движется в сторону сопла плазмотрона. Сначала дуга удлиняется в радиальном направлении по мере изменения зазора между стенкой камеры и наконечником электрода. Затем, когда одна из ее привязок достигает торца электрода и остается на нем, другая движется по стенке канала дальше и выходит на его наружную торцевую кромку; там она замыкается в воздухе с дугой другого канала.

Рис. 1. Высоковольтный плазмотрон переменного тока: а — общий вид; б — пример эксплуатации; 1 — водоохлаждаемый цилиндрический канал, 2—сужающееся коническое сопло, 3 — электрод

Это замыкание происходит, если длина канала плазмотрона меньше длины самоустанавливающейся дуги, и напряжение источника питания обеспечивает стабильную (без пауз тока) работу плазмотрона. При изменении полярности дуга вновь инициируется в насыщенном носителями зарядов канале дуги предыдущей части периода, а в случае погасания — опять в зоне минимального зазора между стенкой и наконечником электрода. Тангенциальный газовый поток стабилизирует дугу в осевой зоне канала, защищая стенки канала от ее термического воздействия.

Стержневой электрод выполнен в виде тела вращения и имеет общую ось с каналом, в котором устанавливается. Электрод состоит из двух основных элементов: изолятора и наконечника (рис. 2.).

Основная функция наконечника — обеспечение стабильного зажигания дуги и работы плазмотрона в течение всего времени его эксплуатации. Зазор между стенкой цилиндрического канала и областью наконечника выбирается в зависимости от условия самостоятельного пробоя, а также от напряжения, приложенного между электродами. Электрод выполнен так, что между уплотнительной втулкой и областью максимального диаметра наконечника (в осевом направлении) существует промежуток с меньшим диаметром. Таким образом, при установке в корпусе плазмотрона, между стенкой канала и электродом образуется кольцевая полость, ограниченная в осевом направлении уплотнительной (без зазоров) втулкой изолятора с одной стороны и зоной максимального диаметра наконечника (с малым зазором) с другой. Эта полость играет роль вихревой камеры, в нее подается рабочий газ из тангенциально расположенного отверстия в стенке канала. Закрученный поток формируется в зоне присоединения наконечника электрода к изолятору, обтекает зону минимального зазора между электродом и стенкой канала и движется в сто-

1 2

Рис. 2. Конструкция стержневого электрода: 1 — проходной изолятор; 2 — сменный наконечник

рону выхода из канала через коническое сопло.

Основными факторами [9], приводящими к износу поверхности электродов низкотемпературных плазмотронов, являются следующие воздействия:

термическое со стороны электрической дуги;

электроэрозионное;

коррозионно-окислительное (при использовании воздуха в качестве рабочего газа).

В зоне непосредственного воздействия привязки электрической дуги на поверхность электрода возможен его локальный разогрев до температуры в несколько тысяч градусов. При перемещении пятна привязки на поверхности электродов могут появляться кратеры и их комплексы, возникать трещины и отколы вследствие термических и усталостных напряжений (рис. 3).

Поэтому для изготовления электродов достаточно часто используется медь, которая обладает высокой теплопроводностью и электропроводностью; это позволяет снизить потери на электросопротивление и эффективно отводить тепло, выделяющееся в процессе горения дуги. Вместе с тем не стоит забывать, что для меди характерны сравнительно низкие температуры плавления (1083 °С) и испарения (2310 °С) и что ее показатели по длительности работы и удельной эрозии не являются очень высокими [13]:

Ток дуги, А……………………………2,8

Удельная эрозия, г/Кл ■………….2,78-10-4

Время наработки, ч……………….25

Рис. 3. Фотография поверхности электрода плазмотрона после нескольких часов работы

Очевидно, что приведенные результаты по долговечности электродов, изготовленных из меди, не могут быть признаны удовлетворительными для промышленного применения данной системы.

Чтобы увеличить время работы и уменьшить электроэрозионный износ материала электрода, целесообразно использовать композиции с добавками металлов, более тугоплавких, чем медь, например железа. Исследование композиционных материалов, содержащих микрочастицы железа, показывает, что микроизменение поверхности электрода под воздействием электрической дуги зависит от концентрации тугоплавкого компонента (железа) в данном микрообъеме материала. Наиболее медленно износ происходит на участках с наибольшей концентрацией железа, при этом внешние границы исследуемых образцов имеют вид дугообразных линий неправильной формы, проходящих по цепочке частиц железа [ 10]. Таким образом, добавки тугоплавких материалов в состав медной матрицы открывают перспективное направление усовершенствования материала электродов. В качестве же добавок может быть использовано не только железо, но и, например, хром. В табл. 1 по данным источников [11, 12] приведены сравнительные электро- и теплофи-зические характеристики меди, железа и хрома.

Из данных, приведенных в табл. 1, следует, что хром обладает более высокой температурой плавления и испарения, а также более высоки-

ми значениями величин скрытой теплоты плавления и испарения, чем медь и железо, вследствие чего можно ожидать большего эффекта от его введения при тех же концентрациях по сравнению с железом.

Для выяснения степени влияния добавок тугоплавкого материала на долговечность и для разработки технологии создания материала (применительно к электроду) была выполнена серия ресурсных испытаний стержневых электродов для плазмотронов переменного тока.

Первоначально были опробованы каркасные карбидные композиционные материалы, содержащие медь. Каркасная структура (два взаимопроникающих каркаса — карбидный и металлический) представляет собой двухфазную систему. Была выдвинута гипотеза, что тугоплавкий, стойкий к окислению карбидный каркас удерживает в своих порах медь и таким образом при температурах выше точки плавления последней сохраняет работоспособность материала.

Для проверки этой гипотезы был поставлен ряд экспериментов. Их результаты (время работы плазмотрона было приблизительно 10 часов) представлены на рис. 4.

Установлено, что при увеличении времени работы электрода эрозионный унос материала значительно возрастает. Наилучший результат, полученный для композиционного материала на основе карбида хрома с добавлением меди при длительности работы электрода около 40 часов, характеризуется следующими значениями величин:

Таблица 1

Электро- и теплофизические характеристики металлов для изготовления электродов

Физическая величина Значение

Си Fe Сг

Температура, °С

плавления 1083 1535 1900

испарения 2310 2450 1900

Теплоемкость, кал(г-град) 0,093 0,113 0,110

Скрытая теплота, кал/град

плавления 42 49 67

испарения 1146 1455 1603

Теплопроводность,

кал(см-с-град) 0,920 0,161 0,160

Удельное электросопротивление,

10-8 Ом м 1,72 9,8 14,4

о р

18-1

16-

14-

12-

10-

▲ a

1 i 1 //—■—r~

15 16 30 32

~~i—

-r~

-1

Содержание меди, %

Рис. 4. Зависимость величины удельной эрозии от содержания меди в композиционном материале на основе карбида хрома при двух значения тока дуги, А: 4,5 (1) и 7,8 (2)

Ток дуги, А………………………………….6,7

Удельная эрозия, г/Кл…………………..9,810-6

Ввиду достаточно высокой стоимости и технологических ограничений на получение каркасных материалов, были проведены опыты с другими материалами, полученными методами порошковой металлургии. Результаты экспериментов приведены в табл. 2.

Таблица 2

Экспериментальные результаты по использованию электродов из разных материалов

Состав материала Длительность работы, ч Ток дуги, А Удельная эрозия, 10-6 г/Кл

70 %Cu + 30 %Fe ~ 40 6,9 3,2

Cu + CrC ~ 20 7,1 14,5

Таким образом, в работе получены следующие результаты.

Определен фазовый состав композиционных материалов медь — тугоплавкая добавка, соответствующий минимальному эрозионному уносу, который можно считать оптимальным для данных режимов работы плазмотрона.

Экспериментально установлено, что композиционный материал состава железо — медь обладает наилучшими электроэрозионными показателями в данном диапазоне мощности плазмотрона переменного тока.

При изготовлении электродов из порошкового композиционного материала состава 70%Си + 30%Fe получен ресурс работы плазмотрона переменного тока более 100 часов при незначительной величине эрозионного уноса материала электрода — 3,810-6 г/Кл.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Rutberg, Ph.G. Thermal methods ofwaste treatment [Текст]: Environmental Technologies Handbook. Chapter 4/ Ph.G. Rutberg; Edited by N. Cheremisinoff.— Lanham, Maryland, Toronto, Oxford: Government Institutes. The Scarecrow Press, Inc., 2005.— P. 161—192.

2. Rutberg, Ph.G. On efficiency of plasma gasification of wood residues [Текст] / Ph.G. Rutberg, A.N. Bratsev,

V.A. Kuznetsov [et al.] // Biomass and Bioenergy.- Elsevier Ltd, 2011.- 35/1.- P. 495-504.

3. Абдуллин, И.Ш. Влияние потока низкотемпературной плазмы на гигроскопические свойства текстильных материалов из натуральных волокон [Текст] / И.Ш. Абдуллин, В.В. Кудинов, В.В. Хамматова // Перспективные материалы.- 2007.- №2.- C. 65-69.

4. Кутепов, А.М. Плазменное модифицирование текстильных материалов: перспективы и проблемы [Текст] / А.М. Кутепов, А.Г. Захаров, А.И. Максимов [и др.] // Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева).- 2002.- Т. XLVI.- № 1.- С. 103-115.

5. Hogan, J.A. Plasma processes of cutting and welding [Текст] / J.A. Hogan, J.B. Lewis // 20 Years To Practical Plasma.- 1976.- Hypertherm.

6. Рутберг, Ф.Г. Плазмотроны переменного тока со стержневыми электродами мощностью от 5 до 50 кВт для плазмохимических приложений [Текст] / Ф.Г. Рутберг, А.А. Сафронов, Г.В. Наконечный [и др.] // Известия вузов. Физика.- 2007.- № 9.- С. 77-79.

7. Рутберг, Ф.Г. Перспективы применения низкотемпературной плазмы в котельных агрегатах ТЭС [Текст] / Ф.Г. Рутберг, В.Л. Горячев, А.А. Сафронов // Известия Академии наук. Энергетика.- 1993.- № 5.-С. 110-117.

8. Rutberg, Ph.G. Research of erosion of water cooling electrodes of powerful AC plasma generators [Текст] / Ph.G. Rutberg, A.A. Safronov, V.E. Kuznetsov [et al.] // The European Materials Conf. Book of Abstract E-MRS.

ICEM-2000 Strasbourg (May 30- June 2, 2000) Symposium A.TPP—6 Thermal Plasma Processes A/P-98. P. A-36.

9. Rutberg, Ph. Physics and technology of high-current discharges in dense gas media and flows [Текст] / Ph. Rutberg.- N. Y.: Nova Science Publishers, Inc, 2009. — 214 р.

10. Виноградов, С.Е. Исследование механизмов износа электродов плазмотрона [Текст] / С.Е. Виноградов, В.В., Рыбин, Ф.Г. Рутберг [и др.] // Вопросы материаловедения.— 2002.—№ 2.— С. 52—59.

НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Электроды АНО-4 АРС предназначены для ручной дуговой сварки конструкций из углеродистых марок сталей по ДСТУ 2651 / ГОСТ 380 (Ст 0, Ст 1, Ст 2, Ст 3) всех степеней раскисления — «КП», «ПС», «СП» и ГОСТ 1050-88 (05кп, 08кп, 08пс, 08, 10кп, 10пс, 10, 15кп, 15пс, 15, 20кп, 20пс, 20).

ISO 2560-А- E 38 0 R 1 2

AWS A5.1: E6013

ГОСТ 9466-75

ТУ У 28.7-34142621-007:2012

ТУ BY 490419789.003-2018 (Беларусь)

Э46-АНО-4 АРС-Ø-УД
Е 43 2 (3) Р 21

ВИД ПОКРЫТИЯ

Рутиловое

Электроды АНО-4 Арсенал 3,0 мм, вес 1 уп = 2,5 кг

НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

ISO 2560-А- E 38 0 R 1 2

AWS A5.1: E6013

ГОСТ 9466-75

ТУ У 28.7-34142621-007:2012

ТУ BY 490419789.003-2018 (Беларусь)

Э46-АНО-4 АРС-Ø-УД
Е 43 2 (3) Р 21

ВИД ПОКРЫТИЯ

Рутиловое

Электроды АНО-4 Арсенал 4,0 мм, вес 1 уп = 5,0 кг

НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

ISO 2560-А- E 38 0 R 1 2

AWS A5.1: E6013

ГОСТ 9466-75

ТУ У 28.7-34142621-007:2012

ТУ BY 490419789.003-2018 (Беларусь)

Э46-АНО-4 АРС-Ø-УД
Е 43 2 (3) Р 21

ВИД ПОКРЫТИЯ

Рутиловое

Электроды VARIS ANO-4, 2,0 мм, вес 1 уп = 1 кг

Классификация:

LST EN ISO 2560-A	:E 38 2 R12
AWS A5.1	:E 6013
ГОСТ 9467	:Э 46

Описание:

Электроды предназначены для сварки рядовых и ответственных конструкций из низкоуглеродистых сталей.

Одобрения:

TÜV, Сертифiкат Вiдловiдности УкрСЕРПО, Сертификат Национальной Системы Сертификации Республики Беларусь (СтБ).

Вид покрытия:

Рутиловое.

Пространственные положения сварки:

Все, кроме «вертикальной вниз».

Род тока и полярность:

Переменный ток; постоянный ток любой полярности

Сварочный ток:

ø, мм	2.00	2.50	3.00	3.25	4.00	5.00
I, A	50-80	60-110	90-140	100-160	140-210	150-270

Химический состав наплавленного металла (%):

C	Si	Mn	P	S
≤0.10	≤0.10	0.55-0.80	≤0.040	≤0.030

Механические свойства металла шва:

Предел текучести	≥380МПа
Предел прочности	≥470Мпа
Относительное удлинение	≥22%
Ударная вязкость при +20˚С	≥80 Дж/см²
Ударная вязкость при -20˚С	≥60 Дж/см²

Сварочно-технологические свойства:

Легкое зажигание и повторное зажигание, спокойная и стабильная дуга, малое разбрызгивание, хорошая отделяемость шалка, переход без нарезки.

Повторное прокаливание перед употреблением:

180˚С/40мин.

Упаковка:

ø, мм	2.00	2.50	3.00	3.25	4.00	5.00
Длина, мм	300	350	350	350	450	450
Количество в упаков.,шт	~102	~167	~116	~99	~85	~54
Масса в упаковке, кг	1	3	3	3	5	5

~=±

Металлы:

Ст0, Ст1сп, Ст1пс, Ст1кп, Ст2сп, Ст2пс, Ст2кл,Ст3сп,СТ3кл (ГОСТ 380)
сталь 10, сталь 15, сталь 20 (ГОСТ 1050) S235-S295, P235-P295 (EN 10025, EN 10027-1, EN 10028-2).

Установки:

Котлы горячей воды и паровые котлы (температура до 450°С и давление до 5МПа).
Трубопроводы горячей воды и пара (только третьей и четвертой категории).
Строительные конструкции. Корпусные части кораблей. Сельскохозяйственное оборудование.

Электроды VARIS ANO-4, 3,0 мм, вес 1 уп = 3 кг

Классификация:

LST EN ISO 2560-A	:E 38 2 R12
AWS A5.1	:E 6013
ГОСТ 9467	:Э 46

Описание:

Электроды предназначены для сварки рядовых и ответственных конструкций из низкоуглеродистых сталей.

Одобрения:

Вид покрытия:

Рутиловое.

Пространственные положения сварки:

Все, кроме «вертикальной вниз».

Род тока и полярность:

Переменный ток; постоянный ток любой полярности

Сварочный ток:

ø, мм	2.00	2.50	3.00	3.25	4.00	5.00
I, A	50-80	60-110	90-140	100-160	140-210	150-270

Химический состав наплавленного металла (%):

C	Si	Mn	P	S
≤0.10	≤0.10	0.55-0.80	≤0.040	≤0.030

Механические свойства металла шва:

Предел текучести	≥380МПа
Предел прочности	≥470Мпа
Относительное удлинение	≥22%
Ударная вязкость при +20˚С	≥80 Дж/см²
Ударная вязкость при -20˚С	≥60 Дж/см²

Сварочно-технологические свойства:

Повторное прокаливание перед употреблением:

180˚С/40мин.

Упаковка:

ø, мм	2.00	2.50	3.00	3.25	4.00	5.00
Длина, мм	300	350	350	350	450	450
Количество в упаков.,шт	~102	~167	~116	~99	~85	~54
Масса в упаковке, кг	1	3	3	3	5	5

~=±

Металлы:

Установки:

Электроды VARIS ANO-4, 4,0 мм, вес 1 уп = 5 кг

Классификация:

LST EN ISO 2560-A	:E 38 2 R12
AWS A5.1	:E 6013
ГОСТ 9467	:Э 46

Описание:

Электроды предназначены для сварки рядовых и ответственных конструкций из низкоуглеродистых сталей.

Одобрения:

Вид покрытия:

Рутиловое.

Пространственные положения сварки:

Все, кроме «вертикальной вниз».

Род тока и полярность:

Переменный ток; постоянный ток любой полярности

Сварочный ток:

ø, мм	2.00	2.50	3.00	3.25	4.00	5.00
I, A	50-80	60-110	90-140	100-160	140-210	150-270

Химический состав наплавленного металла (%):

C	Si	Mn	P	S
≤0.10	≤0.10	0.55-0.80	≤0.040	≤0.030

Механические свойства металла шва:

Предел текучести	≥380МПа
Предел прочности	≥470Мпа
Относительное удлинение	≥22%
Ударная вязкость при +20˚С	≥80 Дж/см²
Ударная вязкость при -20˚С	≥60 Дж/см²

Сварочно-технологические свойства:

Повторное прокаливание перед употреблением:

180˚С/40мин.

Упаковка:

ø, мм	2.00	2.50	3.00	3.25	4.00	5.00
Длина, мм	300	350	350	350	450	450
Количество в упаков.,шт	~102	~167	~116	~99	~85	~54
Масса в упаковке, кг	1	3	3	3	5	5

~=±

Металлы:

Установки:

Электроды ESAB OK 46.30, 2,5 мм, вес 1 уп = 5 кг

Тип покрытия – рутилово-целлюлозное.

Уникальный в своем классе электрод, обладающий великолепными сварочно-технологическими характеристиками, предназначенный для сварки конструкций из низкоуглеродистых и низколегированных сталей с пределом текучести до 380 МПа во всех пространственных положениях на постоянном токе обратной полярности и переменном токе. Электрод отличается относительно слабой чувствительностью к ржавчине и другим поверхностным загрязнениям, легкостью отделения шлака и формированием гладкой поверхности наплавленного валика с плавным переходом к основному металлу. Благодаря легкости, как первого, так и повторных поджигов, электрод незаменим для сварки короткими швами, корневых проходов, прихваток и сварке с периодическими обрывами дуги. В отличие от большинства рутиловых электродов, благодаря возможности выполнять сварку в положении «вертикаль на спуск» в сочетании со значительно более низкими пороговыми значениями минимального тока, при котором стабильно горит дуга, ОК 46.00 позволяют выполнять сварку тонкостенных изделий, а также применять этот электрод для сварки деталей с гальваническим покрытием. Низкое напряжение холостого хода и стабильное горение дуги на предельно малых токах позволяет использовать эти электроды для сварки от бытовых источников.

Ток: ~ / = (+ / ̶ )

Режимы прокалки: 70-90°С, 60 мин

Напряжение холостого хода: 50В

Классификации и одобрения электродов:

ГОСТ 9467: Э46

ГОСТ Р ИСО 2560-A: E 38 0 RC 1 2

EN ISO 2560-A: E 38 0 RC 1 2

AWS A5.1: E6013

ABS: 2

BV: 2

DNV: 2

GL: 2

LR: 2

RS: 2

PPP: 2

Тип. хим. состав наплавленного металла:

С	Mn	Si	P	S
0,08	0,40	0,30	max 0,030	max 0,030

Типичные механические свойства металла шва:

σ_т: ≥380МПа

σ_в: ≥510Мпа

δ: ≥24%

KCV:

+20°C: ≥137 Дж/см²

0°C: ≥59 Дж/см²

-20°C: ≥35 Дж/см²

KCU:

+20°C: ≥110 Дж/см²

-40°C: ≥40 Дж/см²

Электроды ESAB OK 46.30, 3,2 мм, вес 1 уп = 5,3 кг

Тип покрытия – рутилово-целлюлозное.

Ток: ~ / = (+ / ̶ )

Режимы прокалки: 70-90°С, 60 мин

Напряжение холостого хода: 50В

Классификации и одобрения электродов:

ГОСТ 9467: Э46

ГОСТ Р ИСО 2560-A: E 38 0 RC 1 2

EN ISO 2560-A: E 38 0 RC 1 2

AWS A5.1: E6013

ABS: 2

BV: 2

DNV: 2

GL: 2

LR: 2

RS: 2

PPP: 2

Тип. хим. состав наплавленного металла:

С	Mn	Si	P	S
0,08	0,40	0,30	max 0,030	max 0,030

Типичные механические свойства металла шва:

σ_т: ≥380МПа

σ_в: ≥510Мпа

δ: ≥24%

KCV:

+20°C: ≥137 Дж/см²

0°C: ≥59 Дж/см²

-20°C: ≥35 Дж/см²

KCU:

+20°C: ≥110 Дж/см²

-40°C: ≥40 Дж/см²

Электроды ESAB OK 46.30, 4,0 мм, вес 1 уп = 6,7 кг

Тип покрытия – рутилово-целлюлозное.

Ток: ~ / = (+ / ̶ )

Режимы прокалки: 70-90°С, 60 мин

Напряжение холостого хода: 50В

Классификации и одобрения электродов:

ГОСТ 9467: Э46

ГОСТ Р ИСО 2560-A: E 38 0 RC 1 2

EN ISO 2560-A: E 38 0 RC 1 2

AWS A5.1: E6013

ABS: 2

BV: 2

DNV: 2

GL: 2

LR: 2

RS: 2

PPP: 2

Тип. хим. состав наплавленного металла:

С	Mn	Si	P	S
0,08	0,40	0,30	max 0,030	max 0,030

Типичные механические свойства металла шва:

σ_т: ≥380МПа

σ_в: ≥510Мпа

δ: ≥24%

KCV:

+20°C: ≥137 Дж/см²

0°C: ≥59 Дж/см²

-20°C: ≥35 Дж/см²

KCU:

+20°C: ≥110 Дж/см²

-40°C: ≥40 Дж/см²

Электроды ESAB OK 46.30, 5,0 мм, вес 1 уп = 6,3 кг

Тип покрытия – рутилово-целлюлозное.

Ток: ~ / = (+ / ̶ )

Режимы прокалки: 70-90°С, 60 мин

Напряжение холостого хода: 50В

Классификации и одобрения электродов:

ГОСТ 9467: Э46

ГОСТ Р ИСО 2560-A: E 38 0 RC 1 2

EN ISO 2560-A: E 38 0 RC 1 2

AWS A5.1: E6013

ABS: 2

BV: 2

DNV: 2

GL: 2

LR: 2

RS: 2

PPP: 2

Тип. хим. состав наплавленного металла:

С	Mn	Si	P	S
0,08	0,40	0,30	max 0,030	max 0,030

Типичные механические свойства металла шва:

σ_т: ≥380МПа

σ_в: ≥510Мпа

δ: ≥24%

KCV:

+20°C: ≥137 Дж/см²

0°C: ≥59 Дж/см²

-20°C: ≥35 Дж/см²

KCU:

+20°C: ≥110 Дж/см²

-40°C: ≥40 Дж/см²

Полярность постоянного и переменного тока для SMAW

Q: Я надеюсь, что вы могли бы пролить свет на тему, которая кажется популярной на форумах. Почему электроды 6011 не предназначены или не используются для корневых проходов и сварки труб в целом (кроме сварки труб переменным током)? У стержней 6010 лучшие механические или рабочие характеристики, чем у стержней 6011? Я знаю, что для более прочных труб есть более прочные стержни XX10. Однако при растяжении 60 000 в чем преимущество 6010 перед 6011?

Рисунок 1: График мощности сварки при полярности DC + или DC-

A: E6010 и E6011 — это две классификации Американского сварочного общества (AWS) для электродов для дуговой сварки защищенных металлов (SMAW) (стержневые электроды).Эти два типа очень похожи. Оба электрода изготовлены из низкоуглеродистой стали (минимальный предел прочности при растяжении 60 тыс. Фунтов на квадратный дюйм) с покрытием на основе целлюлозы для сварки в любых положениях и в различных областях применения. Они имеют аналогичные характеристики дуги или рабочие характеристики и механические свойства. Основное различие между ними заключается в рекомендуемой полярности сварки. Электроды E6010 предназначены только для постоянного тока (DC). При этом электроды E6011 можно использовать как на переменном токе (AC), так и на постоянном. Более конкретно, электрод E6010 имеет покрытие типа натрия с высоким содержанием целлюлозы, а электрод E6011 имеет покрытие типа калия с высоким содержанием целлюлозы.Последний помогает поддерживать зажигание дуги, поскольку мощность сварки меняется с положительной на отрицательную. Если говорить упрощенно, электрод E6011 похож на электрод E6010, предназначенный для работы с полярностью переменного тока.

Ваш вопрос ведет к более общему обсуждению сварочной мощности постоянного и переменного тока. В большинстве случаев предпочтительной полярностью при сварке является постоянный ток. Независимо от того, имеет ли это полярность DC + (положительный или «обратный» электрод) или полярность DC- (отрицательный или «прямой» электрод), постоянный ток обеспечивает более плавную сварку, чем переменный ток.Рисунок 1 представляет собой график зависимости мощности сварки постоянным током от времени. Выходной сигнал постоянно находится на постоянном уровне тока. Все электроды могут работать от полярности постоянного тока. Для более ответственных сварочных работ, таких как сварка труб и / или сварка высокопрочных низколегированных сталей, почти всегда используется полярность постоянного тока.

Поэтому, возвращаясь к вашему вопросу, логично, что для более ответственного применения, такого как сварка труб, будут указаны только электроды E6010, а не электроды E6011.Обратите внимание, что для сварки штангой обычно используется полярность DC +. Он обеспечивает хороший профиль валика с более высоким уровнем проплавления. Полярность постоянного тока приводит к меньшему проникновению и более высокой скорости плавления электрода. Иногда его используют, например, для обработки тонкого листового металла, чтобы предотвратить прожог.

С другой стороны, при выходе переменного тока сварочный ток меняется с положительного на отрицательный и обратно. В Северной Америке электричество чередуется со скоростью шестьдесят раз в секунду или 60 герц (в то время как большинство других регионов мира вырабатывают электричество с частотой 50 Гц).Рисунок 2 представляет собой график выходного переменного тока, часто называемый синусоидальным графиком переменного тока. Обратите внимание, что 120 раз в секунду сварочная мощность пересекает осевую линию, что соответствует нулевой силе тока или отсутствию выходной мощности. Хотя это состояние отсутствия выхода возникает только на долю секунды, результатом является то, что при использовании многих электродов дуга имеет тенденцию часто «выскакивать» или гаснуть при полярности переменного тока. Чтобы решить эту проблему, некоторые электроды разработаны специально для работы от переменного тока. В их покрытии есть определенные элементы, которые помогают поддерживать зажигание дуги, когда выходная мощность проходит через периоды низкой мощности и отсутствия выходной мощности (что в общих чертах представлено красной зоной на графике на рис. 2).

Однако возникающая дуга по-прежнему имеет тенденцию к более сильным колебаниям или дрожанию, чем при полярности постоянного тока. На рисунке 3 перечислены различные типы покрытий и токов в соответствии со спецификацией присадочного металла AWS A5.1 для электродов с покрытием из низкоуглеродистой стали. Обратите внимание на электроды, предназначенные только для постоянного тока, и те, которые можно использовать как для постоянного, так и для переменного тока. Также обратите внимание, что полярности указаны в алфавитном порядке, а не по первичной и вторичной рекомендациям.

Рисунок 2: График мощности сварки при полярности переменного тока

Таблица различных типов покрытий электродов и токов

В целом (и, по крайней мере, в Северной Америке) постоянный ток является предпочтительной полярностью для всех электродов.Однако есть несколько ситуаций, когда используется полярность переменного тока. Первая, самая распространенная ситуация — когда у вас нет выбора. Это потому, что вы используете источник питания только с выходом переменного тока. Это типично для недорогих сварочных аппаратов начального уровня, часто называемых сварочными аппаратами «жужжащего типа». Некоторые распространенные электроды, используемые с этими небольшими сварочными аппаратами, включают E6011, E6013 и специальные типы «E7018 AC».

Вторая ситуация, в которой следует использовать полярность переменного тока, заключается в устранении проблем с дугой.Это явление, при котором дуга блуждает или выходит из стыка, и чаще встречается при использовании электродов большого диаметра при более высоких уровнях тока. Несмотря на то, что существуют и другие способы устранения проблем с дугой, которые можно использовать с полярностью постоянного тока, переключение на переменный ток часто оказывается эффективным решением. Обычные электроды, используемые на переменном токе при высоких уровнях тока, включают типы E6027 и E7024.

Урок 3 — Покрытые электроды для сварки низкоуглеродистой стали

Урок 3 — Покрытые электроды для сварки низкоуглеродистой стали © АВТОРСКИЕ ПРАВА 2000 ГРУППА ЭСАБ, ИНК.УРОК III 3.3.1 Химическая Состав Сварной металл (AWS A5.1-91) — Химические требования следующим образом: а) Классификации E6010, E6011, E6012, E6013, E6020, E6022 и E6027 нет требований.б) Классификация E7018 и E7027 должны содержать не более 1,60% марганца, 0,75% кремния, 0,30% никеля, 0,20% хрома, 0,30% молибда- num и 0,08% ванадия. в) Классификации E7014, E7015, E7016, E7024, E7028 и E7048 должны иметь не более 1,25% марганца, 0,90% кремния, 0,30% никеля, 0,20% хрома, 0,30% молибдена и 0,08% Ванадий. 3.3.2 Механический Свойства (AWS А5.1-91) — Физические испытания проводятся на всех образцы в состоянии «после сварки» условие.Это означает, что сварной шов или металл шва не подвергается любому виду термической обработки. Образцы для испытаний на растяжение для электродов всех классификаций кроме типов с низким содержанием водорода (E7015, E7016, E7018, E7028 и E7048) выдерживаются при 200 ° F. до 220 ° F в течение сорока восьми (48) часов перед тем, как подвергнуться растяжению контрольная работа. Это не считается термическая обработка. Он просто ускоряет диффузию водорода из сварной металл сварной с электродами из целлюлозы или диоксида титана.ПРИМЕР: E 60 1 0 (1) (2) (3) (4) 1. E — Подставки под электрод. 2. Два цифры указывают предел прочности на разрыв x 1000 фунтов на квадратный дюйм. 4. Последняя цифра указывает на удобство использования электрода, т.е. тип текущий и тип покрытие. В некоторых случаях, и третий, и четвертый цифры значимы. 3. Третье цифра относится к положению сварки. EXX1X Все положения (плоское, горизонтальное, вертикальный, потолочный).EXX2X по горизонтали и только квартира. EXX3X Только плоское положение. EXX4X Flat, накладные, горизонтальные, вертикальные вниз. Классификация Текущая дуга Покрытие проникновения И шлаковое железо Порошок EXX10 DCEP копание Глубокая целлюлоза — натрий 0-10% EXXX1 AC или DCEP копание Глубокая целлюлоза — калий 0 EXXX2 AC или DCEN Medium Средняя Титания — натрий 0-10% EXXX3 AC или DCEN или DCEP Soft Светлая Титания — калий 0- 10% EXXX4 AC или DCEN или DCEP Мягкий свет Титания — железный порошок 25-40% EXXX5 DCEP Средний Средняя Низкая гид.- натрий 0 EXXX6 AC или DCEP Medium Средняя Низкая гид. — калий 0 EXXX8 AC или DCEP Medium Средняя Низкая гид. — железный порошок 25-40% EXX20 AC или DCEN Medium Среднее железо оксид — натрий 0 EXX22 AC или DCEN или DCEP Medium Среднее железо оксид — натрий 0 EXX24 AC или DCEN или DCEP Soft Светлая Титания — железный порошок 50% EXX27 AC или DCEN или DCEP Medium Среднее железо оксидно-железный порошок 50% EXX28 AC или DCEP Medium Средняя Низкая гид.- железный порошок 50% EXX48 AC или DCEP Medium Средняя Низкая гид. — железный порошок 25-40% DCEP — Электрод постоянного тока положительный Примечание: Процентное содержание железного порошка в зависимости от веса покрытия. DCEN — Электрод постоянного тока отрицательный ЭЛЕКТРОДЫ С СТАЛЬНЫМ ПОКРЫТИЕМ КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОДОВ ФИГУРА 3

Все позиции Inconel AC / DC | Электроды и сплавы

Просмотреть техническое описание продукта
Просмотреть паспорт безопасности продукта

МЕЖДУНАРОДНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ

AWS / ASME A 5.11 E NiCrFe-3

EN / ISO 14172: E-Ni6082 NiCr20Mn3Nb

DIN 1736: EL-NiCr15FeMn

NFA 81-347: EF 20,70 NiCrMnFe B 20 BH

Для сварки разнородных сплавов на основе никеля, легированных сталей или нержавеющих сталей.

Ниобиевый подшипник, универсальный электрод из инконеля для соединения жаропрочных и криогенных сталей и никеля.
Отлично вне позиции.
Феноменальные физические свойства.
Исключительно легкое удаление шлака.
Очень хорошо работает с переменным током.
Также доступен в форме TIG под кодом продукта 6082.

Анализ металла сварного шва (типичный вес,%)

Микроструктура: В состоянии после сварки этот металл шва на никелевой основе состоит из аустенита с небольшим количеством карбидов.

Цвет флюса: Серо-коричневый

С	млн	Si	S	П	Кр	Nb	Fe	Co	Cu	Ta	Ti	Ni
.04	6,0	,40	.005	.01	16,5	2,0	6,0	.12	,1	1,3	,1	бал

Типичные механические свойства

Неразбавленный металл шва Максимальное значение До:

Предел прочности при растяжении 100000 фунтов на кв. Дюйм (700 МПа)

Предел текучести 420 МПа (60000 фунтов на кв. Дюйм)

Относительное удлинение 43%

Сварочный ток и инструкции

Рекомендуемый ток: DC положительный (+), AC

Диаметр (мм)	3/32 (2.5)	1/8 (3,25)	5/32 (4,0)
Минимальная сила тока	50	70	90
Максимальный ток	70	95	120

Методы сварки: Сварка при минимальной силе тока для поддержания низкого тепловложения.

Положения при сварке: Плоское, горизонтальное, вертикальное вверх, потолочное

Скорость осаждения:

Диаметр (мм)	Длина (мм)	Weldmetal / Электрод	Электроды на фунт (кг) Weldmetal	Время дуги Наплавление мин / фунт (кг)	Сила тока Настройки	Восстановление Скорость
3/32 (2.5)	12 ″ (300)	.37 унций. (10,5 г)	43 (95)	37 (82)	60	105%
1/8 (3,25)	14 ″ (350)	.76 унций (22 г)	21 (47)	24 (53)	90	105%
5/32 (4.0)	14 ″ (350)	1,14 унции (32 г)	14 (31)	17 (38)	105	105%

ПРИБЛИЗИТЕЛЬНАЯ УПАКОВКА И РАЗМЕРЫ ЭЛЕКТРОДА

Диаметр (мм)	3/32 (2,5)	1/8 (3.25)	5/32 (4,0)
Длина (мм)	12 ″ (300)	14 ″ (350)	14 ″ (350)
электродов / фунт	24	13	9
электродов / кг	53	28	19

СохранитьСохранить

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Электрохимические характеристики электродов из RuO2 и активированного угля (AC) с использованием поливалентного электролита Ni (NO3) 2 для накопления заряда

Основные моменты

•: Водный электролит на основе никеля может быть хорошим кандидатом для RuO ₂ и Суперконденсаторы на базе переменного тока.
•: Введение Ni ₂₊ может привести к повышенной кристалличности электродов RuO ₂.
•: Большой размер Ni ₂₊ может ограничить его диффузию в кристаллический RuO ₂.
•: Необратимость Ni (OH) ₂ на поверхности электрода может привести к плохой циклической емкости.

Реферат

Среди различных оксидов переходных металлов оксид рутения (RuO ₂) широко изучался благодаря своей высокой ионной проводимости, превосходной электрохимической обратимости и превосходным псевдоемкостным свойствам.Однако это значительно дорого с точки зрения практического применения. С другой стороны, активированный уголь (AC) был привлекательным выбором для электрохимических двухслойных суперконденсаторов из-за его регулируемой пористости и площади поверхности, высокой электронной проводимости и низкой стоимости. В данном исследовании мы изучили электрохимическое поведение нанокристаллического RuO ₂ по отношению к переменному току в асимметричной конфигурации с использованием поливалентного водного электролита Ni (NO ₃) ₂ с целью понять применимость поливалентного и недорогого Ni электролит на основе для накопления заряда в электродах RuO ₂.Электрохимические характеристики асимметричных ячеек RuO ₂ / AC в 1M водном электролите Ni (NO ₃) ₂ показали максимальную удельную емкость 248 Фг ⁻¹ для электродов из RuO ₂ с удерживанием 93,9%. его начальной емкости за тысячу циклов. Эти результаты продемонстрировали возможность накопления заряда в электродах RuO ₂ и переменного тока с использованием многовалентного иона / электролита Ni ²⁺, проливая свет на возможные изменения кристалличности и химии поверхности электрода RuO ₂.

Ключевые слова

Оксид рутения

Суперконденсаторы

Многовалентные электролиты

Активированный уголь

Псевдоемкость

Ион никеля

Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи ООО (0)

Цитирующие статьи

Полевое микромиксирование с фазовым управлением с использованием электроосмоса переменного тока

Nguyen, N.T.И Хуанг, X. Смешивание в микроканалах на основе гидродинамической фокусировки и сегментации с временным перемежением: моделирование и эксперимент. Лабораторный чип 5 , 1320–1326 (2005).

Google Scholar

Lim, T. W. et al. Трехмерный микромиксер с пересекающимися коллекторами для быстрого смешивания на небольшой длине канала. Лабораторный чип 11 , 100–103 (2011).

Google Scholar

SadAbadi, H., Packirisamy, M. & Wuthrich, R. Высокопроизводительный каскадный микромиксер PDMS на основе потоков разделения и рекомбинации для приложений «лаборатория на кристалле». Rsc Adv. 3 , 7296–7305 (2013).

Google Scholar

Liu, R.H. et al. Пассивное перемешивание в трехмерном змеевидном микроканале. J. Microelectromechanical Syst. 9 , 190–197 (2000).

Google Scholar

Heo, H. S. & Suh, Y. K. Улучшение перемешивания в прямом канале при низких числах Рейнольдса с различным расположением блоков. J. Mech. Sci. Technol. 19 , 199–208 (2005).

Google Scholar

Stroock, A. D. et al. Хаотичный миксер для микроканалов. Наука 295 , 647–651 (2002).

Google Scholar

Янг, Дж. Т., Хуанг, К. Дж., Тунг, К. Ю., Ху, И. К. и Лю, П. С. Хаотический микромиксер, управляемый конструктивным вихревым перемешиванием. J. Micromech. Microeng. 17 , 2084–2092 (2007).

Google Scholar

Цай, Г. З., Сюэ, Л., Чжан, Х. Л. и Линь, Дж. Х. Обзор микромиксеров. Micromachines 8 , 274, UNSP, https://doi.org/10.3390/mi80

(2017).

Харнетт, К. К., Темплтон, Дж., Данфи-Гузман, К. А., Сенуси, Ю. М. и Кануфф, М. П. Конструкция микрожидкостного смесителя, приводимого в действие электроосмосом с индуцированным зарядом, на основе модели. Lab a Chip 8 , 565–572 (2008).

Google Scholar

10.

Нури Д., Забихи-Хесари А. и Пассандидех-Фард М. Быстрое перемешивание в микромиксерах с использованием магнитного поля. Sens. Actuat a-Phys. 255 , 79–86 (2017).

Google Scholar

11.

Petkovic, K. et al. Быстрое обнаружение антител к вирусу Хендра: интегрированное устройство с анализом наночастиц и хаотическим микросмешиванием. Лабораторный чип 17 , 169–177 (2017).

Google Scholar

12.

Чен, X. Я. и Чжан, Л. Обзор микромиксеров, работающих с магнитными наноматериалами. Microchim Acta 184 , 3639–3649 (2017).

Google Scholar

13.

Груманн, М., Гейпель, А., Риггер, Л., Зенгерле, Р. и Дукри, Дж. Смешивание в периодическом режиме на центробежных микрофлюидных платформах. Лабораторный чип 5 , 560–565 (2005).

Google Scholar

14.

Ли, С. Х., ван Ноорт, Д., Ли, Дж. Й., Чжан, Б. Т. и Парк, Т. Х. Эффективное перемешивание в микрожидкостном чипе с использованием магнитных частиц. Лабораторный чип 9 , 479–482 (2009).

Google Scholar

15.

Ахмед Д., Мао, X. Л., Джулури, Б. К. и Хуанг, Т. Дж. Быстрый микрожидкостный смеситель на основе микропузырьков, захваченных в боковые стенки с акустическим приводом. Microfluidics Nanofluidics 7 , 727–731 (2009).

Google Scholar

16.

Huang, P.H. et al. Акустофлюидный микромиксер на основе колеблющихся острых граней боковин. Лабораторный чип 13 , 3847–3852 (2013).

Google Scholar

17.

Луонг, Т. Д., Фан, В. Н. и Нгуен, Н. Т. Высокопроизводительные микромиксеры, основанные на акустическом потоке, вызванном поверхностной акустической волной. Microfluidics Nanofluidics 10 , 619–625 (2011).

Google Scholar

18.

Wu, Y. P. et al. Новый микромиксер на основе полевого транзистора с переменным током. Лабораторный чип 17 , 186–197 (2017).

Google Scholar

19.

Самией, Э., Дерби, М. Д. Д., Ван ден Берг, А. и Хоорфар, М. Электрогидродинамический метод для быстрого перемешивания неподвижных капель на цифровых микрофлюидных платформах. Лабораторный чип 17 , 227–234 (2017).

Google Scholar

20.

Чой, Э., Квон, К., Ли, С.Дж., Ким, Д. и Парк, Дж. Неравновесный электрокинетический микромиксер с трехмерными наноканальными сетями. Лабораторный чип 15 , 1794–1798 (2015).

Google Scholar

21.

Сасаки, Н., Китамори, Т. и Ким, Х. Б. Смешивание жидкостей с использованием электротермического потока переменного тока на меандрирующих электродах в микроканале. Электрофорез 33 , 2668–2673 (2012).

Google Scholar

22.

Сонг, Х. Дж., Кай, З. Л., Но, Х. и Беннетт, Д. Дж. Хаотическое перемешивание в микроканалах посредством низкочастотного переключения поперечного электроосмотического потока, генерируемого на интегрированных микроэлектродах. Лабораторный чип 10 , 734–740 (2010).

Google Scholar

23.

Ng, W. Y., Goh, S., Lam, Y. C., Yang, C. & Rodriguez, I. Перемешивание электроосмотических и электротермических потоков с постоянным током в микроканалах. Лабораторный чип 9 , 802–809 (2009).

Google Scholar

24.

Хуанг, С. Х., Ван, С. К., Ху, Х. С. и Ценг, Ф. Г. Электроосмотические микровихри переменного тока, генерируемые в плоскости микровихрей для стационарного или непрерывного перемешивания жидкостей. Приводы Sens. B-Chem. 125 , 326–336 (2007).

Google Scholar

25.

Сасаки, Н., Китамори, Т. и Ким, Х. Б. Электроосмотический микромиксер переменного тока для химической обработки в микроканале. Лабораторный чип 6 , 550–554 (2006).

Google Scholar

26.

Nampoothiri, K. N., Seshasayee, M. S., Srinivasan, V., Bobji, M. S. & Sen, P. Прямой нагрев водяных капель с использованием высокочастотных сигналов напряжения на платформе EWOD. Приводы Sens. B-Chem. 273 , 862–872 (2018).

Google Scholar

27.

Модаррес, П.& Табризиан, М. Диэлектрофорез биомакромолекул на переменном токе: взаимодействие электрокинетических эффектов. Приводы Sens. B-Chem. 252 , 391–408 (2017).

Google Scholar

28.

Cheng, I.F., Yang, H.L., Chung, C.C. и Chang, H.C. Быстродействующий электрохимический биосенсор на основе электрокинетики переменного тока, усиливающий иммунную реакцию. Аналитик 138 , 4656–4662 (2013).

Google Scholar

29.

Chuang, C.H. et al. Иммуносенсор для сверхчувствительного и количественного определения рака мочевого пузыря при обследовании в месте оказания медицинской помощи. Biosens. Биоэлектрон. 84 , 126–132 (2016).

Google Scholar

30.

Wu, C. C., Huang, W. C. и Hu, C. C. Сверхчувствительный электрохимический импедиметрический биосенсорный чип ДНК без меток, интегрированный с электроосмотическим вихрем переменного тока, смещенным постоянным током. Приводы Sens. B-Chem. 209 , 61–68 (2015).

Google Scholar

31.

Song, Y.J. et al. Наноплазможидкостное обнаружение цитокинов сверхнизкой концентрации с усилением электроосмоса на переменном токе. Nano Lett. 17 , 2374–2380 (2017).

Google Scholar

32.

Hart, R., Ergezen, E., Lec, R. & Noh, H. Улучшенное обнаружение белка на электрокинетических микровесах с кварцевым кристаллом переменного тока (EKQCM). Biosens. Биоэлектрон. 26 , 3391–3397 (2011).

Google Scholar

33.

Грин, Н. Г., Рамос, А., Гонсалес, А., Морган, Х. и Кастелланос, А. Поток жидкости, индуцированный неоднородными электрическими полями переменного тока в электролитах на микроэлектродах. III. Наблюдение за линиями тока и численное моделирование. Phys. Ред. E https://doi.org/10.1103/Physreve.66.026305 (2002).

34.

Рамос, А., Морган, Х., Грин, Н. Г. и Кастелланос, А. Течение жидкости в микроэлектродах, вызванное электрическим полем переменного тока. J. Colloid Interface Sci. 217 , 420–422 (1999).

Google Scholar

35.

Green, N.G. et al. Течение жидкости, индуцированное неоднородными переменными электрическими полями в электролитах на микроэлектродах. I. Экспериментальные измерения. Phys. Ред. E 61,4 , 4011, https://doi.org/10.1103/PhysRevE.61.4011 (2000).

Артикул Google Scholar

36.

Рамос А., Морган Х., Грин Н. Г. и Кастелланос А. Электрокинетика переменного тока: обзор сил в структурах микроэлектродов. J. Phys. D.-Appl. Phys. 31 , 2338–2353 (1998).

Google Scholar

37.

Bandopadhyay, A. & Ghosh, U. Электрогидродинамические явления. Дж. Индиан И.Sci. 98 , 201–225 (2018).

Google Scholar

38.

Сэвилл, Д. А. ЭЛЕКТРОГИДРОДИНАМИКА: Модель протекающего диэлектрика Тейлора-Мельчера. Annu. Rev. Fluid Mech. 29 , 27–64 (1997).

MathSciNet Google Scholar

39.

Гонсалес А., Рамос А., Грин Н. Г., Кастелланос А. и Морган Х. Поток жидкости, индуцированный неоднородными электрическими полями переменного тока в электролитах на микроэлектродах.II. Линейный двухслойный. Анал. Phys. Ред. E 61 , 4019–4028 (2000).

Google Scholar

40.

Ван, Ю. Н. и Фу, Л. М. Микронасосы и биомедицинские приложения — обзор. Microelectron. Англ. 195 , 121–138 (2018).

Google Scholar

41.

Уорд, К. и Фан, З. Х. Смешивание в микрофлюидных устройствах и методы улучшения. J. Micromech. Microeng. https://doi.org/10.1088/0960-1317/25/9/094001 (2015).

42.

Салари, А. и Томпсон, М. Последние достижения в области электрокинетических методов обогащения проб переменного тока для разработки биосенсоров. Приводы Sens. B-Chem. 255 , 3601–3615 (2018).

Google Scholar

43.

Mirzajani, H. et al. Разработка и описание пассивной одноразовой беспроводной электроосмотической лаборатории на пленке переменного тока для манипуляций с частицами и жидкостями. Приводы Sens. B-Chem. 235 , 330–342 (2016).

Google Scholar

44.

Харт, Р., Лек, Р. и Но, Х. Улучшение гетерогенных иммуноанализов с использованием электроосмоса переменного тока. Приводы Sens. B-Chem. 147 , 366–375 (2010).

Google Scholar

45.

Йе, Л. Х., Сюэ, С., Джу, С. В., Цянь, С. и Хсу, Дж. П. Управление полевым эффектом свойства поверхностного заряда и электроосмотического потока в наножидкости. J. Phys. Chem. C 116 , 4209–4216 (2012).

Google Scholar

46.

van der Wouden, E.J. et al. Полевое управление электроосмотическим потоком в микрофлюидных сетях. Colloids Surf. а-Physicochem. Англ. Asp. 267 , 110–116 (2005).

Google Scholar

47.

Karnik, R. et al. Электростатический контроль ионов и молекул в наножидкостных транзисторах. Nano Lett. 5 , 943–948 (2005).

Google Scholar

48.

Buch, J. S., Wang, P. C., DeVoe, D. L. & Lee, C. S. Управление потоком с полевым эффектом в микрофлюидной системе на основе полидиметилсилоксана. Электрофорез 22 , 3902–3907 (2001).

Google Scholar

49.

Рамос, А., Гонсалес, А., Кастелланос, А., Грин, Н.Г. и Морган, Х. Перекачивание жидкостей переменным напряжением, приложенным к асимметричным парам микроэлектродов. Phys. Ред. E 67 , 056302 (2003).

Google Scholar

50.

Fu, H., Liu, X. L. & Li, S. J. Индексы смешивания, учитывающие комбинацию среднего значения и информации о дисперсии из изображений интенсивности для оценки эффективности микросмешивания. Rsc Adv. 7 , 10906–10914 (2017).

Google Scholar

51.

Ласточкин, Д., Чжоу, Р. Х., Ван, П., Бен, Ю. Х. и Чанг, Х. С. Конструкция электрокинетического микронасоса и микромиксера, основанная на фарадеевской поляризации переменного тока. J. Appl. Phys. 96 , 1730–1733 (2004).

Google Scholar

52.

Ву, Дж. Т., Ду, Дж. Р., Джуанг, Ю. Дж. И Вэй, Х. Х. Выпрямленное удлиненное течение из-за асимметричного электроосмоса, индуцированного поляризацией переменного тока. Заявл. Phys. Lett. https://doi.org/10.1063/1.2717146 (2007).

53.

Кастелланос А., Рамос А., Гонсалес А., Грин Н. Г. и Морган Х. Электрогидродинамика и диэлектрофорез в микросистемах: законы масштабирования. J. Phys. D.-Appl. Phys. 36 , 2584–2597 (2003).

Google Scholar

54.

Грин, Н. Г., Рамос, А., Гонсалес, А., Кастелланос, А. и Морган, Х. Электротермический поток жидкости на микроэлектродах. J. Electrost. 53 , 71–87 (2001).

Google Scholar

55.

Луара, С., Кауфманн, П., Мезик, И. и Мейнхарт, К.Д. Теоретическое и экспериментальное исследование электротермических потоков переменного тока. J. Phys. D-Appl. Phys. https://doi.org/10.1088/0022-3727/45/18/185301 (2012).

56.

Laouini, A. et al. Приготовление, характеристика и применение липосом: состояние дел. Дж.Colloid Sci. Biotec. 1 , 147–168 (2012).

Google Scholar

57.

Динг, С. К., Антон, Н., Вандамм, Т. Ф. и Серра, С. А. Микрожидкостные системы нанопреципитации для получения чистого лекарственного средства или полимерных наночастиц, нагруженных лекарственным средством: обзор. Мнение эксперта. Лекарство Del. 13 , 1447–1460 (2016).

Google Scholar

58.

Лу, М.Q. et al. Микрожидкостная гидродинамическая фокусировка для синтеза наноматериалов. Нано сегодня 11 , 778–792 (2016).

Google Scholar

59.

Wang, J. M. et al. Капельная микрофлюидика для производства микрочастиц и наночастиц. Микромашины 8 https://doi.org/10.3390/mi8010022 (2017).

60.

Хуанг, П.Х. и другие. Акустофлюидный синтез дисперсных наноматериалов. Adv. Sci. 6,19 , 13 (2019).

61.

Модаррес П. и Тебризиан М. Электрогидродинамическое микромиксирование для синтеза высокомонодисперсных наноразмерных липосом. ACS Appl. Nano Mater. https://doi.org/10.1021/acsanm.9b02407 (2020).

Артикул Google Scholar

62.

Модаррес П. и Тебризиан М. в 2 020 IEEE 33-я Международная конференция по микроэлектромеханическим системам (МЭМС) .1068–1070.

Выбор редакции — Обзор — Конструкция электрода из активированного угля: инженерный компромисс в отношении характеристик емкостной деионизации

Технология опреснения считается важным средством для неограниченного снабжения пресной водой путем производства питьевой воды из морской и солоноватой воды источники. ^1,2 Интересно, что поставка опресненной воды не зависит от климатических условий. ³ В целом опреснение является высокоэнергетической технологией.Нехватка воды и энергии — две основные проблемы 21 века. ⁴ Тем не менее, инновации могут позволить нам обеспечить производство пресной воды с меньшими затратами и в то же время улучшить использование энергии. Разработано несколько технологий термического и мембранного опреснения. ⁵ На сегодняшний день обратный осмос (RO), многократная дистилляция (MED), многоступенчатое мгновенное опреснение (MSF) и электродиализ (ED) широко используются для опреснения морской и солоноватой воды в больших масштабах.В отличие от электродиализа (ED), другие технологии работают за счет удаления основного компонента (воды), а не второстепенного (соли или минералы), поэтому они становятся менее эффективными для опреснения солоноватой воды из-за низкой концентрации соли. ⁶

Емкостная деионизация (CDI) — это развивающаяся технология опреснения, извлекающая соли и минералы из соленой воды таким образом, что потребленные заряды во время зарядки электрода могут быть повторно захвачены во время разряда электрода, ⁷, тем самым позволяя CDI быть энергией. эффективная и менее дорогостоящая альтернативная технология опреснения соленой воды по сравнению с другими традиционными технологиями опреснения.Действительно, возврат части энергии был одним из ключевых аспектов технологии CDI. ⁸ Концепция CDI может быть описана как процесс электросорбции, который в основном может быть объяснен на основе характеристик конденсатора с двойным электрическим слоем. Подобно суперконденсаторам, ионы обратимо накапливаются в двойном электрическом слое (EDL) в углеродных порах в CDI. ^9–11 Эта инновационная технология опреснения обладает рядом преимуществ, включая легкое удаление второстепенных продуктов из основного продукта за счет емкостного эффекта и фарадеевского взаимодействия при низком напряжении ячейки.^9,12 Кроме того, у него есть другие приятные атрибуты, такие как энергосбережение, экологичность, ¹³ простота конфигурации и низкие эксплуатационные расходы. ¹⁴ В основном, производительность CDI в значительной степени зависит от электрода, но также и от конфигурации ячейки и рабочих параметров. ^12,15 Таким образом, повышение производительности может быть исследовано путем изготовления идеальных электродов, оптимизации рабочих параметров, разработки надежных конфигураций CDI и / или интеграции CDI с другими технологиями опреснения.

По статистике, публикации в области исследований CDI по большей части посвящены решающей роли электрода по сравнению с другими факторами, влияющими на характеристики CDI. ¹⁵ Другими словами, на электрод приходится львиная доля факторов, влияющих на производительность систем CDI. Активированный уголь (AC) широко известен как первый и наиболее часто используемый материал для емкостных технологий. ^11,16 Большая площадь поверхности, электропроводность, химическая стабильность в широком электрохимическом окне, инертность, легко настраиваемая морфология пор и благоприятная изотерма адсорбции — все это указывает на то, что переменный ток является идеальным кандидатом для электродов CDI.^4,17,18 Кроме того, AC является экологически чистым материалом и коммерчески доступен по относительно низкой цене. ¹⁹ Электрод CDI с идеальными емкостными характеристиками должен обладать большой удельной поверхностью, высокой проводимостью, хорошей смачиваемостью, химической стабильностью и соответствующей пористостью. ^{12–14,20–22} Однако было показано, что переменный ток имеет более низкую удельную емкость, чем ожидаемое теоретическое значение. ²¹ Следовательно, его всегда необходимо модифицировать и конструировать с использованием различных модификаторов (проводящих добавок, связующих, восстановителей, окислителей, псевдоемкостных материалов, оксидов металлов, поверхностно-активных веществ, полимеров и т. Д.) для повышения производительности. По сути, рациональная конструкция электрода переменного тока имеет первостепенное значение для оптимальной работы CDI. ²³ Конструкция электродов переменного тока стала чуть ли не Святым Граалем исследований в области технологии CDI. Сообщалось о различных физических, химических и биологических методах модификации AC, ²⁴, демонстрирующих различные улучшения электрохимических характеристик. Однако большинство этих улучшений происходит за счет ухудшения некоторых свойств электродов.

В последнее время было опубликовано несколько обзоров, касающихся электродных материалов CDI. Oladunni et al., ¹⁵ Liu et al., ¹⁷ Huang et al. ²⁵ и Thamilselvan et al. ²⁶ представил всесторонний обзор недавно разработанных углеродных нанокомпозитов для применения в процессе емкостной деионизации. Bhatnagar et al. ²⁴ сообщил об обзоре методов модификации переменного тока для обработки воды. Han et al. ¹² рассмотрены структура и функциональные возможности новых углеродных и фарадеевских электродных материалов для высокоэффективной емкостной деионизации.Кроме того, Ratajczak et al. представил обзор емкостных технологий на основе углеродных материалов. ¹¹

В этом обзоре влияние модификаторов на производительность CDI очерчено в контексте инженерного компромисса. Обсуждаются полезные и вредные эффекты различных модификаторов на электрохимическую активность переменного тока, как показано на рис. 1. В целом представлена всеобъемлющая классификация ячеек CDI, основанная на различных архитектурных аспектах со сравнительными характеристиками.Кроме того, выяснена взаимозависимость между электродными аспектами и конфигурацией ячейки CDI. Наконец, был резюмирован краткий обзор разработки конструкции электродов переменного тока с некоторыми перспективными руководящими принципами исследований. Цель нашего обзора здесь — раскрыть влияние конструкции электродов переменного тока на характеристики CDI и как сбалансировать компромисс между свойствами электродов в процессе модификации. Это также вводит взаимозависимость между аспектами электродов и конфигурацией ячейки CDI.Зная это, он дает представление об аспектах модификации электродов без ущерба для электрохимических показателей. Кроме того, взаимозависимость электрода и ячейки CDI проливает свет на рациональную конструкцию, чтобы воспользоваться преимуществами модификации электродов при соответствующей конфигурации ячейки CDI.

Улучшение структуры

Структурные свойства электрода включают площадь поверхности, пористость (структура пор, распределение пор по размерам и извилистость) и текстуру.Накопительная емкость (заряд и накопление ионов) и кинетика сильно зависят от доступной площади поверхности и пористости электрода. ²⁷ Таким образом, CDI как межфазный процесс очень чувствителен к имеющейся поверхности и пористости электродного материала. Емкостное накопление ионов и кинетика электросорбции в матрице могут быть улучшены за счет физической и / или химической модификации электрода. Действительно, площадь поверхности и распределение пор по размерам играют решающую роль в конструкции углеродного электрода.Чтобы оптимизировать емкостные характеристики, много усилий было сосредоточено на увеличении площади поверхности, а также на контроле над размером пор. ²⁸ Ли и др. комбинированный AC с ограниченным количеством функционализированных углеродных нанотрубок (FCNT), при этом гомогенная дисперсия увеличивала удельную поверхность (SSA) электрода. ²⁹ В некотором смысле добавление FCNT предотвращает возникновение агломерации частиц и закупоривания пор.

Физическая активация может расширять поры за счет мягкой газификации и увеличивать площадь поверхности по мере создания большего количества пор.^30,31 Интересно, что AC, который намеренно дефункциональнализован посредством обработки водородом, демонстрирует увеличенный SSA, объем пор и средний размер пор, вызванный одновременным схлопыванием микропор и созданием большего количества мезопор, тем самым улучшая характеристики CDI. ³² Villar et al. подвергали переменному току водородной обработке для получения электродного материала с высокой кажущейся SSA. Увеличение поверхности при обработке переменным током H ₂ при 400 ° C и увеличение среднего диаметра пор привело к более высокой зарядовой емкости.³³ В этом отношении изменение расположения пор и распределения по размерам может привести к подходящей структуре пор для переноса солевых ионов. Многие исследователи выяснили важность стратегического развития мезопористых и микропористых структур, которые могут способствовать оптимальной электросорбции. Действительно, электрохимическая характеристика показывает различное емкостное поведение из-за различного соотношения мезопор и микропор. КОН и СО ₂ были назначены для увеличения регулируемого соотношения микропор и мезопор в AC соответственно.³⁴

Кроме того, рациональная конструкция структуры переменного тока может улучшить как электросорбцию, так и накопление ионов. ^35,36 Несколько исследователей сообщили о роли микропор, мезопор и макропор в работе электродов. Микропоры увеличивают SSA и накопление заряда, что приводит к высокой удельной емкости. Мезопоры увеличивают ионную проводимость, обеспечивая благоприятный и быстрый перенос ионов в матрице электрода, что улучшает кинетику электросорбции.Макропоры действуют как буферные резервуары для ионов. ^19,37 Следовательно, разработка упорядоченных углеродных электродов с контролируемым количеством мезопористых и микропор является важной стратегией для оптимизации электродов. Большой SSA и укороченные пути для диффузии ионов были приписаны трехмерным (3D) мезоструктурам и хорошо взаимосвязанным диффузионным путям материала электродов. Действительно, структура пор (упорядоченная или случайная) и распределение пор по размерам (мезопоры и микропоры) имеют большое влияние на характеристики электрода.³⁸ Тем не менее, некоторые из них оправданы, поскольку преобладание микропор и сильная извилистость пор могут ограничивать характеристики CDI. Распределение переменного тока с широкими порами может вызвать серьезное снижение емкости в течение короткого времени утечки тока. ^39,40 Несколько композитов на основе AC, включая: восстановленный графен с AC (RG-AC), AC с оксидами металлов (AC-MO), AC с углеродными нанотрубками (AC-CNTS), AC с металлорганическими каркасами (AC -MOFs), мезопористый углерод с углеродными нанотрубками (MC-CNT), композит мезопористого с микропористыми AC (CAs-AC) и AC с углеродными нановолокнами (AC-CNFs) ^17,39,41. структура межсоединений в матрице электрода.Например, Wouters et al. использовали оксиды металлов для модификации углеродного материала для удаления ионов. Углеродный материал с SSA намного ниже, чем у покрывающих ксерогелей оксидов металлов, показал увеличение SSA всего композита. Напротив, снижение SSA наблюдалось, когда ткань из активированного угля с высоким SSA покрыта ксерогелями из оксидов металлов. ⁴² Что касается влияния покрытий из оксидов металлов на углеродные материалы, SSA композитов зависит от природы углеродных материалов.Кроме того, Риу и Сео сообщили о тетраэдрической координации диоксида титана, диспергированного на поверхности ткани переменного тока, для настройки структуры поверхности наряду с уменьшением физической адсорбции, тем самым вызывая усиленную адсорбцию электрического поля. Модификация химического состава поверхности обеспечивает более доступную поверхность с увеличенным количеством адсорбционных центров за счет участия атомов титана. ⁴³

Song et al. сообщили о новом композитном электроде путем ультразвуковой сборки переменного тока с взаимосвязанной графеновой сетью (ICGN) для приложения CDI.Изготовленный электрод (AC / mPEAG) показал сверхвысокую электросорбционную способность 12,58 мг / г ^-1 по сравнению с 5,31 мг / г ^-1 исходного электрода переменного тока. Интеркаляция включенного mPEAG генерирует макропоры, которые благоприятны для буферизации ионов, тем самым сокращая расстояние диффузии от границы раздела до матрицы, тогда как мезопоры облегчают перенос ионов и электросорбцию. ¹⁹ Извилистость электродов переменного тока может значительно повлиять на скорость ионной проводимости через электролит в электродной матрице.По сути, извилистость — это соотношение, которое характеризует извилистые пути диффузии жидкости и электропроводности в пористой среде. Здесь он описывает отношение микроскопической длины пути в порах, нормированное на декартово расстояние прохождения ионов между конечными точками пути. ⁴⁴ Таким образом, он влияет на динамику заряда электрода посредством эффективной ионной проводимости и ионной диффузии. ^44–46 Добавление макроскопических пор с низкой извилистостью увеличивает ионную проводимость и улучшенную емкость при высоких скоростях развертки, а также макроскопические поры снижают эффективную извилистость, обеспечивая более прямые пути к емкостным интерфейсам.⁴⁵ Tang et al. разработала углеродный материал с преобладанием макропор и микропор (HPAC) для суперконденсаторов и электродов CDI. ⁴ HPAC показал хорошо распределенные макропоры, которые могут обеспечивать буферные резервуары для ионов и мелких частиц, которые могут обеспечивать большую площадь внешней поверхности. Размер макропор и распределение размеров HPAC были меньше и плотнее, чем AC и MC. Кроме того, интрузионная порометрия выявила самый высокий средний диаметр пор (353,2 нм) HPAC по сравнению с AC (33.3 нм). Высокая емкость и адсорбционная способность HPAC обычно приписываются соседним стенкам пор (большой SSA), большому объему пор для искаженных ионов и структуре пор, которая вызывает короткий путь переноса ионов для более быстрой диффузии.

Кроме того, связующее влияет на распределение пор углеродных материалов по размерам. Использование различных связующих приводит к маленькой или большой пористости с большей доступной пористостью в мезопористой области. Се и его коллеги применили органически-неорганическое гибридное связующее для улучшения характеристик CDI.⁴⁷ Предполагается, что гибридное связующее улучшает структуру пор. Однако связующие могут блокировать поры в высокопористом угле. Кроме того, сообщалось, что некоторые гидрофильные связующие, обладающие способностью к набуханию, изменяют контакт частиц и, следовательно, изменяют пористость. ⁴⁸ Таким образом, конструкция электродов без связующего дает прекрасную возможность решить дилемму использования связующего. Кроме того, инертные газы (N ₂ и Ar) играют решающую роль в пиролизе, где они предотвращают закрытие пор, их разрушение или усадку.⁴⁹ Графитизация легко происходит в атмосфере инертного газа с одновременным уменьшением извилистости. Кроме того, пиролиз в атмосфере инертного газа может увеличить испарение соединений, непригодных для образования пор.

Смачиваемость

Чем влажнее, тем лучше. ⁵⁰ Смачиваемость — один из важных факторов, который может повлиять на характеристики электрода. ⁵¹ Электроды CDI требуют высокой смачиваемости для их совместимости с водными средами. Действительно, лучшее смачивание электродного материала обеспечивает отличный межфазный контакт и массоперенос.Поверхность AC очень гидрофобна, поэтому плохо взаимодействует с водой. ⁵² Хотя переменный ток имеет отличную SSA, удельная емкость намного ниже ожидаемой. ⁵³ Низкая емкость частично объясняется плохой смачиваемостью, которая приводит к неблагоприятному контакту между поверхностью электрода и водным раствором; таким образом ионы в растворе не достигают внутренней части активного материала. Chang et al. синтезировали гидрофильное жидкое связующее для изготовления электродов переменного тока.⁵⁴ В отличие от других полимерных связующих, это жидкое связующее обеспечивает улучшенную смачиваемость, таким образом демонстрируя превосходные характеристики CDI. Точно так же Парк и Чой изготовили угольные электроды с водорастворимым связующим вместо гидрофобных связующих. ⁵¹ Путем введения гидрофильных функциональных групп на углеродную поверхность химическими средствами значительно улучшается смачиваемость. Различные функциональные группы азота и кислорода, включая амины, сульфоны, карбоксилаты и карбонилы, могут значительно повысить гидрофильность, сопровождаемую улучшенной смачиваемостью углеродного материала.⁵⁵ Некоторые окислители, такие как HNO ₃, H ₂ O ₂ и KMnO4, также были использованы для введения кислородсодержащих групп (гидроксил, карбоксил, карбонил, лактон и хинин) на поверхность угольного электрода. , тем самым улучшая смачиваемость. ^39,56

Fic et al. изучили влияние ПАВ на емкостные свойства углеродного электрода. ⁵⁷ Значительное улучшение емкости было приписано уменьшению поверхностного натяжения и усилению распространения заряда.Электрод с повышенной смачиваемостью обеспечивает большую полезную поверхность и снижает внутреннее сопротивление, что оказывает положительное влияние на электрохимические характеристики водных электролитов. Более того, проникновение электролита в поры электрода контролируется не только структурой пор, но и поверхностным натяжением. ⁵⁸ AC был модифицирован поверхностно-активным олеатом натрия для улучшения удельной емкости и накопления энергии в двойном электрохимическом слое (EDL). Повышение емкости в основном объясняется улучшением смачиваемости углеродного материала, что обеспечивает высокую полезную площадь поверхности и низкое внутреннее сопротивление.Несомненно, поверхностно-активные вещества могут значительно улучшить емкость электрода за счет своей способности снижать поверхностное натяжение. ⁵⁹ Кроме того, Аслан и соавторы ⁶⁰ представили новую стратегию использования улучшенной пористости без ущерба для способности и эффективности удаления соли CDI, ввиду ограниченного смачивания AC в водной среде. Также было показано, что смешивание гидрофобных и гидрофильных углеродов улучшает смачивание. Эти электроды из смешанного углерода показали высокую степень съема и хорошую эффективность заряда.Покрытия из оксидов металлов также могут увеличивать смачиваемость гидрофобных материалов из-за их гидрофильной природы. ⁴² SiO ₂ и γ -Al ₂ O ₃/ γ -AlOOH были использованы для модификации углеродного материала для применения CDI. Угольный электрод с покрытием демонстрировал повышенное удаление ионов по сравнению с углеродом без покрытия. Более того, гибридизация углеродистого материала с закреплением неорганических материалов, таких как ZnO, SnO ₂, ZrO ₂ и TiO ₂, в последнее время привлекла внимание с целью преодоления некоторых недостатков AC в процессе CDI.⁶¹ Композит переменного тока с азотом и TiO ₂ / ZrO ₂ был синтезирован для улучшения низкой емкости и смачиваемости переменного тока. ²³ В то время как электрод с покрытием TiO ₂ и чистый углеродный электрод показали одинаковую удельную емкость, система TiO ₂, вероятно, улучшила эффективность опреснения из-за увеличения переноса ионов и воды в пористую структуру более гидрофильной поверхности. ⁶²

Электрическая и ионная проводимость

Электропроводность определяет кинетику электрохимического процесса в электроде.Улучшая кинетику, можно улучшить скорость удаления солей и можно уменьшить размер CDI и / или повысить производительность. ⁶³ Хотя текстурные особенности напрямую влияют на электрохимические характеристики угольного электрода, необходимо учитывать дополнительную роль проводимости. Увеличение проводимости улучшает кинетику, тем самым увеличивая электросорбционную способность, эффективное удаление солей и снижение внутреннего сопротивления. AC не является твердым веществом и заполнен миллионами микрокарманов (микроскопических отверстий и пор), которые делают его одним из самых пористых материалов из известных.Эти микрокарманы, заполненные воздухом, значительно снижают способность переменного тока проводить электричество. Кроме того, пористая природа переменного тока может напрямую влиять на перенос ионов, а также электронов, вызывая медленное удаление ионов и потерю проводимости. ³⁷

Чтобы преобразовать аморфную структуру углерода в графитовую структуру, AC подвергают пиролизу для получения углерода с более упорядоченной матрицей, связанной с высокой электропроводностью. В основном термическая обработка влияет на концевые части, содержащие кислород и водород, которые составляют каркас материалов.Однако последовательное увеличение графитовых доменов возможно только при температуре выше 2000 ° C в инертной атмосфере. ⁶⁴ Природа переноса электронов всегда пропорциональна степени кристалличности углеродных материалов. ⁶⁵ Ши и его коллеги улучшили проводимость переменного тока и создали графитоподобный переменный ток путем каталитической графитизации с использованием плазмы N ₂ и загрузки железа. N _{2 легирование} улучшает доступность поверхности AC, в то время как загрузка железа (III) способствует упорядоченному расположению зерен, увеличивая, таким образом, объемную долю кристаллов обработанного AC.⁶⁴ Sánchez et al. сообщили об улучшении электрохимических характеристик углеродного электрода после термообработки до 900 ° C, что в основном связано с одновременным увеличением проводимости. ⁶⁶ Кроме того, графитизация — это термодинамический процесс, который может преобразовывать аморфный углерод в хорошо упорядоченную трехмерную графитовую структуру. ⁶⁷

Кроме того, для повышения проводимости электродов переменного тока широко используются различные добавки, такие как технический углерод, FCNT, графен и металлы.^63,68 Alencherry et al. исследовали влияние увеличения электропроводности углеродных композитов на характеристики CDI за счет включения серебра (Ag) и FCNT в порошковый AC. Пропитка серебром привела к повышенной электропроводности электрода, обусловленной подходящей передачей заряда между частицами между частицами переменного тока. Кроме того, пропитка серебром снижает объемное удельное сопротивление, что приводит к увеличению накопления заряда, тем самым обеспечивая более высокие электродные потенциалы на границе раздела электрод-электролит.⁶³ Кроме того, Wang et al. разработали трехмерный композит, загрузив переменный ток в каркас из графитового войлока с высокой проводимостью для повышения электронной проводимости. ⁶⁹

Использование суспензионных электродов стало недавним дополнением к миру CDI. Однако неплотное соединение углеродных частиц в проточном электроде может привести к плохой проводимости, что может снизить производительность CDI. С другой стороны, улучшение связности за счет высокой массовой доли углерода в суспензии может привести к увеличению вязкости, что ограничивает текучесть.Cho et al. В электроды переменного тока были введены FCNT, которые создают проводящие мостики между частицами переменного тока, тем самым увеличивая удаление солей без необходимости использования высоконагруженных активных материалов. ⁷⁰ Аналогичным образом Lee et al. использовали FCNT в качестве проводящих агентов электрода CDI. Снижение удельного сопротивления в функционализированном переменном токе было приписано необычайной электропроводности FCNT с их углеродной структурой sp ². ²⁹

Исмагилов и др.⁷¹ и Hulicova-Jurcakova et al. ⁷² сообщили об увеличении электропроводности, генерируемой богатым электронами азотом, введенным в углеродную сеть, который может перемещать больше электронов в делокализованную π -систему. Кроме того, легирующие примеси азота вместе с наведенными пустотами или дефектами обеспечивают отличную проводимость и пути переноса, тем самым способствуя эффективному распространению электронов и ионов в пористый электрод. ⁷³ Более того, было приписано, что некоторые неионные соединения создают ионные каналы, которые могут облегчить перенос ионов на границе раздела электрод-электролит, а также распространение заряда.⁷⁴ Молекулы могут самоорганизовываться в структуры ионных путей, тем самым обеспечивая лучшее распространение заряда при самоорганизации электрода с поверхностным агентом. Влияние этих ионных каналов существенно для переноса ионов между границей раздела и мезопорами. При исследовании влияния поверхностно-активных веществ на емкость Fic et al. сообщили о влиянии поверхностно-активных веществ (Triton ^® X-100) на диффузию в процессе накопления заряда за счет более быстрого и стабильного распространения заряда.Кроме того, взаимодействие между гидрофобной структурой поверхностно-активных веществ и π электронов углеродной матрицы может привести к улучшению проводимости системы. ⁵⁷

Поверхностный заряд и потенциал смещения нулевого заряда

Поверхностный заряд и потенциал нулевого заряда являются очень важными свойствами угольных электродов для применения CDI. ⁷⁵ Недавние открытия показали, что высокое удаление солей в ячейке CDI требует надлежащего управления поверхностным зарядом на угольных электродах.В основном AC имеет инертную поверхность и очень благоприятен для неионных взаимодействий с органическими соединениями. Тем не менее, накопление заряда на поверхности переменного тока может способствовать адсорбции ионных соединений посредством ионного взаимодействия. Путем химической модификации суммарный положительный или отрицательный поверхностный заряд может быть передан на электрод переменного тока, что может быть многообещающим решением для повышения стабильности работы. Gao et al. использовали угольные электроды с различным поверхностным зарядом для разработки новой конфигурации ячейки CDI, названной инвертированной емкостной деионизацией (i-CDI).В этой конфигурации ячейки химические заряды на поверхности электрода обеспечивают адсорбцию, когда ячейка закорочена. ⁷⁶ Промышленные угольные электроды, обработанные растворами этилендиамина и азотной кислоты, создают как положительные, так и отрицательные химические заряды на поверхности электрода. Улучшенное удаление солей в ячейке i-CDI было частично связано с увеличением химического поверхностного заряда. ⁷⁵ AC был функционализирован поверхностно-активным веществом на основе четвертичных аминов (CTAB), которое создавало положительно заряженную поверхность для удаления нитратов без приложения внешнего потенциала.⁷⁷ Более того, Wang et al. исследовали влияние поверхностного потенциала на емкостные характеристики при зарядке протонами и, в частности, адсорбированными ионами. ^78,79 Тот факт, что поверхностный потенциал может быть изменен кристаллической фазой оксидного материала, был дополнительно доказан. ⁸⁰

Процесс CDI при переменной поляризации также показал интересное влияние поверхностного заряда на удаление соли. При равном образовании положительно и отрицательно заряженных участков поверхности во время чередующейся поляризации электронные заряды более эффективно способствуют адсорбции ионов, что приводит к высокому значению адсорбции.В случае дисбаланса поверхностных зарядов на электроде, часть электронного заряда паразитно расходуется на выравнивание дисбаланса поверхностных зарядов. Следовательно, управление поверхностным зарядом на угольных электродах было многообещающим путем для уменьшения потери электронного заряда из-за дисбаланса заряда. ⁸¹ Кроме того, введение поверхностного заряда на электрод может минимизировать эффект отталкивания коионов. Композит нафион-АС проявлял индуцированное ионное отталкивание, тем самым ослабляя коионный эффект.⁸ Кроме того, совпадение внешнего приложенного потенциала с поверхностным зарядом электрода способствует электросорбции. ⁴² Другими словами, поверхностный заряд на электроде CDI обеспечивает улучшенную адсорбцию и быструю регенерацию противоположно заряженных ионов. По сути, катионы и анионы обычно переходят на электрод с отрицательным и положительным потенциалами соответственно. Во время регенерации эта тенденция может вызвать неполную регенерацию электрода CDI.Следовательно, для решения этой проблемы можно использовать противоположный поверхностный заряд, предотвращая переход ионов от одного электрода к другому. ^42,82

Расположение потенциала нулевого заряда (E _PZC) над окном рабочего напряжения играет важную роль в электросорбции. ^83,84 Этот потенциал можно определить как переходную стадию поверхностного заряда. Другими словами, в E _PZC, начинается одновременная адсорбция катионов и десорбция анионов, когда приложенный потенциал отрицательно проходит через E _PZC и наоборот.⁸⁵ Электрод E _PZC может сильно влиять на удаление солей, эффективность заряда и циклическую стабильность в CDI. ⁸⁶ Окно рабочего напряжения регулируется разностью потенциалов между E _PZC анода и E _PZC катода. Это распределение E _PZC играет важную роль в производительности CDI. Более того, состояние адсорбции электрода CDI можно предсказать на основании значения E _PZC и потенциала электрода (E).⁸⁷ То же значение E _PZC и E подразумевает минимальный суммарный ионный заряд на электроде. Когда E больше, чем E _{, адсорбция анионов PZC} предпочтительна, тогда как более высокое значение E _PZC адсорбируется, чем катионы E. ⁸⁸ Другими словами, наименьшая адсорбция ионов приходится на область E _PZC. Из-за модификации поверхности положительно или отрицательно заряженные функциональные группы могут перемещать E _PZC в электроде переменного тока. Кислотную обработку, оксид металла ⁸⁹, ⁹⁰ и сульфирование ⁹¹ использовали для положительного сдвига E _PZC в результате введения отрицательно заряженных частиц.Кватернизованный поли (4-винилпиридин), ⁸⁶ амины ⁹² могут вводить положительно заряженные группы и отрицательно сдвигать E _PZC катода. Несбалансированное распределение приложенного потенциала из-за постепенного окисления анода может привести к явлению инверсии, при котором десорбция коионов становится доминирующей во время зарядки и повторной адсорбцией при разрядке. ⁸⁵

Имеется зависимость производительности CDI от смещения угольных электродов E _PZC при длительной эксплуатации.После продолжительного цикла происходит смещение E _PZC, а положительное смещение E _PZC происходит из-за медленного окисления анода. ^83,85 Развитие окисления положительного электрода может защитить область рабочего потенциала. Для симметричной ячейки CDI, работающей при постоянном напряжении, адсорбция ионов становится эффективной, когда пара электродов обладает чистым поверхностным зарядом, равным нулю. Коэн с соавторами применили контролируемое окисление электродов переменного тока в растворе HNO ₃ для положительного сдвига E _PZC с целью развития более широкой области потенциала.⁹³ Анод с положительным поверхностным зарядом в паре с катодом с отрицательным зарядом может усилить и расширить эффект напряжения CDI. Кроме того, промышленные углеродные электроды периодически окислялись, чтобы увеличить отрицательный поверхностный заряд, тем самым создавая пару электродов с разными значениями E _PZC при коротком замыкании (E _o). ^76,92 Gao и соавторы сообщили о более благоприятной адсорбции Cl ^— на аноде по сравнению с адсорбцией Na ⁺ на катоде, что может ограничивать характеристики CDI.Для создания отрицательного заряда углеродный электрод был модифицирован путем покрытия SiO ₂ и поверхностными группами –COOH от окисления. Эти модификации были использованы для корректировки расположения E _PZC на катоде, что привело к усилению адсорбции Na ⁺ и уменьшению отталкивания коионов. ⁸³

Стабильность

Циклическая стабильность — это отношение емкости в n-м цикле к максимальной способности удаления ионов, ⁹⁴, и это важный фактор при оценке долговечности электрода для поддержания его максимальной производительности.Высокая стабильность считается одним из основных свойств идеального электрода. Естественно, электроды переменного тока демонстрируют затухание деионизации, вызванное потерей цикличности после нескольких циклов. Значительные усилия, направленные на уменьшение химической деградации электродов CDI, привлекли значительное внимание сообщества CDI. Разработка электродов CDI с минимальным химическим разрушением очень важна для увеличения срока службы. Коррозия анода в ячейках CDI является серьезной проблемой, которая вызывает плохую стабильность цикла во время процесса опреснения.^9,85 Постепенное окисление анода приводит к несбалансированному распределению приложенного потенциала с одновременным повреждением пор, возникающим из-за образования окислительно-восстановительных продуктов на поверхности углерода.

Кроме того, непрерывная коррозия положительно поляризованного электрода при зарядке приводит к явлению, называемому «эффектом инверсии», который относится к десорбции ионов, пока ячейка все еще поляризована и заряжена. ⁸⁵ Были разработаны различные методы, позволяющие сохранить стабильность во время продолжительной езды на велосипеде.Модификация поверхности (покрытие, окисление / восстановление и легирование) считается эффективной стратегией уменьшения коррозии электродов. Srimuk et al. модифицированный AC с помощью диоксида титана, чтобы предотвратить участие кислорода в окислении углерода. Таким образом, гибрид AC-Titania продемонстрировал повышенную адсорбционную способность солей (SAC) и длительную стабильность при циклировании в насыщенных кислородом солевых средах. ⁹ В реальных условиях атмосферный кислород (21%) радикально влияет на снижение стабильности CDI.Когда кислород диффундирует в воду и вступает в реакцию с углеродным электродом, это приводит к реакции восстановления кислорода с последующим выделением H ₂ O _2,, что приводит к разрушению электродов переменного тока. ⁹⁵ Структура пор и функциональность поверхности также влияют на стабильность. Было показано, что электрод с очень маленьким размером пор и большим количеством кислородных функциональных групп имеет сильно выраженную деградацию при увеличении числа циклов. ⁹⁶ Хотя кислородные функциональные группы улучшают смачиваемость поверхности, переменный ток с высоким содержанием кислородных функциональных групп должен работать при низком напряжении для сохранения стабильности.В качестве альтернативы использование инвертированной конфигурации CDI может решить проблему ограничений окислительно-восстановительной реакции.

Разработка мезоструктурированных углеродных электродов с упорядоченными и хорошо связанными мезоканалами обеспечивает стабильную циклическую смену характеристик CDI. ¹⁰ Активированный уголь, полученный из новолака, был деактивизирован путем обработки водородом. Было показано, что эта обработка увеличивает стабильность электрода, связанную с уменьшением количества карбоксильных групп на поверхности. ³² AC, модифицированный поверхностно-активными веществами, дополнительно сообщалось, что он демонстрирует превосходную стабильность цикла в широком диапазоне потенциалов, и это объясняется ингибированием побочных реакций на поверхности электрода.^57,97 Кроме того, AC, модифицированный углеродными наноточек (C-точки), показал превосходную циклическую стабильность в течение многих тысяч последовательных циклов с отличным сохранением емкости. Способность C-точек переносить заряд и изменять интерфейс, по-видимому, указывает на то, что AC / C-точки могут быть полезным средством значительного повышения стабильности электрода. ⁹⁸

Инкапсуляция углеродных материалов — это новый подход к созданию более эффективного электрода с повышенной стабильностью.Путем инкапсулирования электрод заделывают в химический субстрат, включающий УНТ или полимеры, для придания селективности или электрохимической стабильности (смягчения разложения электролита на поверхности электрода). Юнг и др. использовали цвиттерионные полимеры для покрытия переменного тока, чтобы обеспечить стойкий барьер для стабилизации структуры электрода. Полимерный слой препятствует реакции между угольным электродом и электролитом. Более того, инкапсуляция поверхности переменного тока также может увеличить количество центров ионной адсорбции и площадь поверхности, тем самым улучшая разделение зарядов и эффективность удаления ионов.⁹⁹ Электроды переменного тока с превосходной электрохимической стабильностью и сверхвысокими характеристиками были синтезированы посредством инкапсуляции ультратонким слоем Al ₂ O ₃ посредством осаждения атомных слоев. Эти замечательные характеристики были приписаны эффекту слоя Al ₂ O ₃, защищающего кислородные функциональные группы от фарадеевских реакций. Другими словами, эти электроды переменного тока могли быть защищены от нежелательных реакций с электролитом.¹⁰⁰ Кроме того, Zhao et al. применила стратегию инкапсуляции углерода на основе полианилина (PANI) для повышения удельной емкости сферических композитов на основе серы / крахмала. Улучшенные электрохимические характеристики были приписаны способности инкапсулированного AC (PANI-AC) действовать как амортизатор, а также как барьер для улавливания растворимых промежуточных продуктов во время процесса зарядки-разрядки. ¹⁰¹

Механическая прочность

Чтобы получить превосходную механическую стабильность и межфазную адгезию, связующие вещества являются необходимым компонентом при производстве электродов переменного тока.⁴⁷ Связующие играют важную роль в связывании активных материалов с проводящими добавками и обеспечении стабильного прикрепления к токосъемнику. Несколько связующих веществ и их производных, в частности поливинилидендифторид (PVDF), политетрафторэтилен (PTFE), поливиниловый спирт (PVA), полиметакриловая кислота (PMAA), сульфоянтарная кислота (SSA) ¹⁰², широко используются для связывания порошка AC с надлежащая механическая прочность. ПВДФ является наиболее широко используемым связующим благодаря своим выдающимся свойствам, включая высокую механическую прочность и термическую стабильность.¹⁰³ Asquith et al. изготовили электроды переменного тока с использованием сополимеров сульфированного поли (ариленэфирсульфона) в качестве связующего. Сополимер показал адекватное связывание углеродных частиц с хорошей адгезией углеродной сажи к AC. ¹⁰⁴ Органическое-неорганическое гибридное связующее использовалось при изготовлении прочного электрода переменного тока для высокоэффективного применения CDI. Подготовленный электрод переменного тока приобрел значительные механические свойства с желаемой гибкостью для создания компактного блока CDI с параллельными цилиндрами.⁴⁷ Неорганико-органические связующие поддерживают хорошую термическую стабильность при значительном подавлении растрескивания и хрупкости.

Park et al. использовали связующее на основе поливинилового спирта (ПВС), поперечно сшитое глутаровой кислотой, в качестве нового гидрофильного связующего, которое могло бы обеспечить механическую прочность без ухудшения смачиваемости. ⁵¹ Использование полиуретанового эластомера в качестве нового связующего для электрода переменного тока привело к повышенной гибкости и ингибированию образования механических трещин, таким образом решая проблему, связанную с более жестким PVDF.¹⁰⁵ Связующие на основе фенольной смолы (PR) и эпоксидной смолы (ER) демонстрируют выдающуюся стабильность при высокой температуре и давлении. Жидкое связующее, обозначенное как AA, было синтезировано с азодиизобутиронитрилом и акриловой кислотой для разработки электрода переменного тока в процессе CDI. По сравнению с другими связующими (ПТФЭ, PR и ER) AA показал высочайшую гибкость и долговечность. ⁵⁴ Кроме того, поливинилпирролидон (ПВП), смешанный с поливинилбутиралем (ПВБ), дает композитное связующее с хорошей механической стабильностью и водостойкостью, что делает его более привлекательным для изготовления электродов.¹⁰⁶ Cai et al. подготовили электрод переменного тока с нафион в качестве связующего. Улучшенная адгезия и механические свойства были приписаны добавке Nafion. ⁸ Кроме того, AC, пропитанный азотом и серосодержащими веществами (дициандиамидом, мочевиной и тиомочевиной) при высокой температуре, привел к повышенной механической прочности. ¹⁰⁷

Псевдоемкостные свойства

Хотя переменный ток обладает большим SSA, который отвечает за превосходное накопление заряда на границе раздела, в ходе электрохимического циклирования сырой переменный ток страдает от относительно низкой удельной емкости по сравнению с его теоретической емкостью.¹⁰⁸ Чтобы увеличить удельную емкость электродов переменного тока, некоторые исследовательские усилия были сосредоточены на псевдоемкостном поведении за счет создания поверхностных функциональных групп с помощью химической обработки, ¹⁰⁹ оксид металла (MnO ₂, RuO ₂, V ₂ O ₅, MgO, ZnO и др.) Пропитка ^41,110 и легирование. ^41,111,112 Псевдоемкостный процесс — это обратимая окислительно-восстановительная реакция или процесс интеркаляции, связанный с переносом заряда.Псевдоемкостное накопление заряда достигается за счет обратимых фарадеевских реакций на поверхности электродного материала. ¹¹³ В отличие от электростатического накопления в двойных электрических слоях (EDL), псевдоконденсаторы накапливают заряд за счет обратимых окислительно-восстановительных реакций, которые могут быть немного более медленными. ¹¹⁴ Функциональные возможности, в основном карбоксильные, фенольные и лактоновые группы, могут обеспечить дополнительную емкость за счет псевдоемкостного механизма. ^{25 115} MnO ₂ / AC и RuO ₂ / AC композитные электроды со смешанным емкостно-фарадеевским поведением были изготовлены для приложений CDI.Высокие характеристики были приписаны смешанной емкостной функциональности, соответствующей EDL-заряду переменного тока и псевдемкостной окислительно-восстановительной реакции MnO ₂ или RuO ₂ соответственно. ¹¹⁶ Кроме того, осаждение атомного слоя (ALD) оксида ванадия (V ₂ O ₅) на поверхности переменного тока создало композитный электрод с улучшенным накоплением заряда и увеличенной емкостью из-за вклада псевдоемкости. ¹¹⁷

Гетероатомы вызывают больший интерес, поскольку они конкурируют с дорогими псевдоемкостными материалами, такими как RuO ₂.¹¹¹ Легирование обеспечивает псевдоемкостный вклад в общую емкость электрода, и, таким образом, легированный гетероатомами углерод проявляет как емкость двойного электрического слоя (EDLC), так и псевдоемкость. ¹¹⁸ Азот, сера и фосфор являются эффективными гетероатомами для обеспечения псевдемкостной функциональности. ¹¹⁹ Этот псевдочувствительный вклад возникает из-за фарадеевской окислительно-восстановительной реакции электроактивных частиц функциональных групп на поверхности углеродных электродов.¹²⁰ Процесс карбонизации, который позволяет передавать функциональные гетероатомы, был использован для придания псевдоемкости углеродистому материалу. Перенос исходных гетероатомов или легирования во время карбонизации вызывает в углеродном материале как EDLC, так и псевдоемкость. ¹¹⁸ Хотя легирование гетероатомами снижает SSA за счет эффекта выщелачивания, эти частицы наделяют электронодонорные характеристики и обеспечивают множество электрохимически активных центров для псевдоконкурентных реакций, ведущих к увеличению способности аккумулировать ионы независимо от уменьшенного SSA.Для понимания роли окислительно-восстановительных переходов, индуцированных азотом, был синтезирован углеродный электрод, легированный азотом. Карбонизация с одновременным легированием азота при обработке аммонием вызывает замену атомов углерода гетероатомами азота при поддержании постоянного содержания кислорода. ¹²⁰ Окислительно-восстановительный потенциал в ходе окислительно-восстановительных реакций гетероатомов посредством обратимого присоединения / отщепления ионных частиц вызывает псевдоемкость. Следовательно, емкость углерода, содержащего гетероатом, оказывается более высокой по сравнению с углеродом, не содержащим гетероатомов.В каком-то смысле всегда присутствует псевдоемкостный вклад в общую емкость углеродного электрода от гетероатомов (азот, кислород, сера и т. Д.) Поверхностных функциональных групп. Эффективная настройка легирования гетероатомов азотом и кислородом, самодегировавшимся углеродом, привела к оптимальному псевдоемкостному вкладу даже при умеренном уровне азота. ¹¹³

Первоначальный AC, обработанный меламином и мочевиной, проявлял псевдоемкостное поведение, приписываемое содержанию азота и кислорода в поверхностных функциональных группах.⁷² Моча использовалась в качестве предшественника углерода и гетероатомов для получения пористого углеродного электрода, легированного гетероатомами, с повышенной псевдоемкостью и EDLC. ¹¹⁹ Электроды переменного тока были модифицированы обработкой озоном с последующей пропиткой гидроксидом кобальта (II) для получения высокой емкости. Включение кислорода и оксидов переходных металлов приводит к дополнительным псевдоемкостным фарадеевским реакциям. Во время поляризации гидроксид кобальта (II) электрохимически превращается в оксид кобальтоза (Co ₃ O ₄), который отвечает за псевдоемкостный эффект.¹²¹ He и соавторы ¹²² в своем исследовании емкостного механизма кислородных функциональных групп на поверхности углеродных электродов сообщили об улучшении емкости за счет псевдоемкостного поведения, обеспечиваемого кислородными функциональными группами. Псевдоемкость была приписана переносу электрона между кислородными функциональными группами и H ₃ O ⁺ в кислой среде, сопровождающимся разделением положительных и отрицательных зарядов. В щелочной среде псевдоемкость приписывалась реакции внедрения / удаления гидратированных ионов в пору.

Каталитическая активность (электрокатализ и фотокатализ)

Оксиды металлов, такие как TiO ₂, MnO ₂, NiCo ₂ O ₄, Co ₃ O ₄, Fe _{₂ 3} и Fe ₃ O ₄ проявляют каталитическую активность в отношении реакции восстановления кислорода (ORR), ^9,123,124, которая может косвенно влиять на электрод CDI. Srimuk et al. использовали диоксид титана для химической модификации переменного тока с целью увеличения ORR, который можно было бы использовать в качестве механизма предотвращения участия кислорода в коррозии углеродного электрода.Гибриды AC-Titania показали превосходную стабильность в системах CDI, работающих в насыщенной кислородом соленой воде. Кроме того, каталитическая активность в отношении восстановления кислорода препятствует образованию перекиси водорода. ⁹ Материал фотоэлектрода был подготовлен для системы фотокатализа-CDI (PCS) ради синергетического преобразования и удаления общих ионов хрома из водного раствора. Использовались два противоположных электрода, положительный фотоэлектрод, МОФ MIL-53 (Fe) и отрицательный электросорбционный электрод.Напряжение постоянного тока (DC) и видимый свет подавались на PCS для одновременного преобразования и удаления Cr с использованием синергетического эффекта фотокатализа и CDI. ¹²⁵

Селективность

Переменный ток, функционализированный ионоселективными функциональными группами, рассматривается как новое средство конкуренции по селективности, которая была уникальной для мембранной емкостной деионизации (MCDI). Удаление определенных ионов, а не удаление всех ионов из исходного раствора дает преимущество в виде снижения затрат на энергию.²² Селективное удаление ионов объясняется в основном ионной валентностью, стерическими эффектами и взаимодействием между размером пор и радиусом гидратации. ⁸³ В основном электроды полагаются исключительно на механизм на основе электрического поля для накопления заряда в EDL, и, следовательно, стандартный CDI не обеспечивает какой-либо желаемой ионной селективности. Редокс-активные материалы представляют собой многообещающую платформу для контроля селективности по отношению к различным ионам на границе раздела окислительно-восстановительного электрода. Су и Хаттон сообщили, что электрод переменного тока, покрытый окислительно-восстановительным материалом (ПВФ / УНТ), показал интересную селективность, которая зависела от природы заряженных частиц.¹²⁶ Oyarzun et al. функционализированные электроды переменного тока с цетилтриметиламмонийбромидом (CTAB) и противоэлектрод с додецилбензолсульфонатом натрия (SDBS) для селективного удаления нитрата (NO ₃ ^—) над хлоридом (Cl ^—) в i-CDI. ⁷⁷ TiO ₂ наночастиц, привитых динатрий-4, 5-дигидрокси-1,3-бензолдисульфонатом (Tiron), наносили на AC для образования ионоселективного слоя в процессе CDI. Подготовленный композитный электрод переменного тока показал ионную селективность и пониженное отталкивание коионов.⁵⁵ Анионообменная смола (смола BHP55) была использована при изготовлении нитрат-селективного углеродного электрода из смеси хлорид-, нитрат- и сульфат-ионов в ячейке CDI. ²² Wu et al. покрытый АС анион-селективным кватернизованным поли (4-винилпиридином) для гибридного применения CDI. ¹²⁷ Кроме того, исследование связи между свойствами электрода и электросорбционным поведением ионов выявило вклад отношения мезопористости / микропористости как средства контроля ионной селективности.²⁰ Позже селективность по ионам была достигнута путем применения ультрамикропористого углерода в процессе электросорбции на основе различий в размерах гидратированных частиц. ^128,129

Текучесть и реологические свойства FCDI

Текучесть и реологические свойства незаменимы по отношению к емкостным технологиям на основе текучих электродов. ¹³⁰ Реологические свойства важны для обеспечения отсутствия засорения, пока электродная суспензия течет по узкому каналу.^131,132 В основном, высокое содержание углерода обеспечивает улучшенную проводимость, что приводит к высокому току и, таким образом, более эффективному удалению солей. С другой стороны, высокое содержание углерода приводит к повышенной вязкости, что требует большого количества энергии для перекачивания. ¹³³ AC был модифицирован для улучшения характеристик потока и уменьшения вязкости (паразитной) углеродных суспензий, особенно в системах с проточным электродом CDI (FCDI). Используя окисленный активный материал, Hatzell et al.продемонстрировали использование высокой плотности массы без увеличения потребности в энергии для накачки в FCDI. Более того, реология углеродных суспензий заметно изменяется из-за изменения поверхностных гетероатомов. Функционализация AC приводит к разделению частиц и поддерживает текучесть суспензии с большей диспергируемостью. Следовательно, уменьшение агрегации изменяет текучесть. ⁶ Park et al. модифицированная подвеска переменного тока с ионными головными группами для проточных электродов. АС, покрытый анионообменными или катионообменными полимерами, демонстрирует пониженную вязкость при высоком содержании углерода.Ионным функциональным группам на поверхности AC было приписано снижение характеристической вязкости за счет индуцированного электростатического отталкивания, что привело к желаемой дисперсии частиц AC без агрегации. ¹³¹

Ухудшение пористости и уменьшение площади поверхности

Пористость и площадь поверхности являются основными целями для улучшения EDLC. ¹³⁴ Тем не менее, большая часть улучшенных электрохимических характеристик электродов переменного тока достигается за счет уменьшения или закупорки пор и уменьшения SSA.Функционализация переменного тока с помощью HNO ₃, H ₂ O ₂, H ₂ SO ₄, придают гетероатомы, которые могут улучшить емкость и стабильность электродов CDI. Однако обработка AC окислителями выявила уменьшенный объем пор из-за новых функций внутри или на входе в поры. Zhang et al. сообщили о разрушении структуры пор из-за технологии изготовления с введением гетероатома. ¹¹³ Кроме того, в контексте баланса масс все различные функциональные группы, введенные в AC, могут вызывать уменьшение доступной площади поверхности.¹¹⁵

Данные BET показали низкую SSA композита AC (AC / MnO ₂) по сравнению с исходным AC. Было приписано, что MnO ₂ блокирует некоторые поры и увеличивает сопротивление при уменьшении диаметра пор. ¹³⁵ Электрод переменного тока, покрытый γ -Al ₂ O ₃ в качестве анода и SiO ₂ в качестве катода в асимметричном CDI, продемонстрировал повышенную электросорбционную способность, но радикальное снижение SSA с 1630 мкм ² г ^{−1 от} до 1290 м ² г ⁻¹ с 1.7% SiO ₂ и с 1630 м ² г ^-1 до 1293 м ² г ^-1 с 0,35% γ -Al ₂ O ₃. ⁴² Повышенная стабильность работы переменного тока с гибридными электродами из титана (AC / TiO ₂) во время процесса CDI в насыщенной кислородом соленой воде была достигнута за счет снижения SSA из-за закупорки пор из-за загрузки титана. ⁹ Кроме того, AC был покрыт оксидом ванадия для повышения емкости накопления электрохимического заряда за счет псевдочувствительного механизма.Однако добавление псевдоемкостных слоев уменьшило доступные поры и емкость двойного слоя. ¹¹⁷

Поверхностно-активные вещества также влияют на площадь поверхности переменного тока и структуру пор. Измерения BET модифицированного AC показывают уменьшение SSA по сравнению с исходным AC, а также уменьшение объема пор как для микропор, так и для мезопор. Агрегация поверхностно-активных веществ в высокой концентрации приводит к замедлению транспорта ионов электролита из-за закупорки пор AC, уменьшения объема пор и уменьшения SSA.^58,59 Более того, Alencherry et al. включены УНТ и серебро (Ag) для увеличения гидрофильности и электропроводности электродов переменного тока для CDI, в то время как эти модифицированные электроды показали значительную закупорку пор, связанную с уменьшением SSA, которое было приписано Ag и CNT соответственно. ⁶³ AC, обработанный силановым связующим для улучшения совместимости между AC, связующим и коллектором, также привел к уменьшению SSA и уменьшению диаметра пор.²¹ Действительно, связующие или когезионные агенты неизбежно покрывают некоторые участки поверхности или поры угольных электродов. Следовательно, свойства связующих и их количество при изготовлении электродов влияют на электрохимические характеристики.

Перекрытие двойного электрического слоя

Перекрытие EDL, связанное с ограничивающим эффектом поровой структуры, может снизить как скорость массопереноса, так и количество ионов внутри пор в состоянии равновесия. ¹³⁶ Перекрытие EDL в микропорах AC происходит, когда средний размер пор обычно меньше длины Дебая.¹⁶ Дисбаланс между эффектом перекрытия EDL и количеством участков электросорбции в микропористом переменном токе может значительно вызвать потери в емкостном опреснении. ¹³⁷ Yang et al. разработала модель EDL для прогнозирования электросорбции ионов из водных растворов угольными электродами. ¹³⁸ Электроды с большим количеством микропор показали значительное снижение электросорбционной способности из-за наличия пор с шириной меньше заданного значения (ширина поры отсечки), которые не влияют на общую емкость из-за перекрытия EDL .Кроме того, в электрическом поле на электросорбцию в микропорах углеродных электродов может влиять как SSA, так и EDL перекрытие.

Изменение структуры пор во время модификации AC может привести к уменьшению ширины пор до значений, меньших, чем ширина поры отсечки; следовательно, эти поры не влияют на общую адсорбционную способность. Другими словами, модификация может вызвать потерю баланса между количеством электросорбтивных сайтов и перекрытием EDL. В электрическом поле, когда SSA увеличивается, эффект перекрытия EDL становится больше; следовательно, адсорбция ионов снижается.С другой стороны, когда SSA слишком низкое, электрод обеспечивает очень небольшое количество адсорбционных центров на поверхности, что приводит к снижению способности обессоливания. Наличие мезопор в углеродном электроде может ослабить эффект перекрытия EDL. ¹³⁹ Porada и соавторы сообщили о роли мезопор в уменьшении перекрытия EDL. ¹⁴⁰ Обычно для приготовления электрода переменного тока требуются добавки, особенно сажа в качестве проводящей добавки, чтобы заполнить пустоты между частицами активного материала.Следовательно, неподходящее изменение мезопористой / микропористой фракции может препятствовать кинетике сорбции из-за искажения EDL. ²⁰ Pi et al. сообщили о преимуществах частично графитированного переменного тока с улучшенной проводимостью и неповрежденной иерархической пористой структурой в отсутствие проводящих агентов. ¹⁴¹

Электронное и ионное сопротивление

Электронное и ионное сопротивление в электродах CDI определяют перенос электронов и ионов соответственно в матрице электрода.Эти сопротивления способствуют падению напряжения, связанному с высоким потреблением энергии и затруднением кинетики адсорбции. ^63,142 Иерархическая структура пор в переменном токе играет важную роль в процессе электросорбции. Макропоры действуют как пути переноса ионов, в то время как микропоры являются хозяином образования EDL и накопления ионов. ¹⁴² Модификация переменного тока и добавление добавок могут повлиять на структуру переменного тока, что может привести к искажению маршрута и затруднению распространения электронов и ионов в матрице электрода.Хотя использование связующих является обязательным для связывания порошка переменного тока с задним контактом, эти связующие могут препятствовать доступу ионов к порам ^{51, 143} и давать электроды с плохой электропроводностью. ^102,104 Более того, сополимерные связующие могут проявлять набухание, связанное с уменьшением путей переноса заряда между частицами углерода, тем самым уменьшая образование EDL в микропорах. Кроме того, функциональные возможности гетероатомов могут улучшать смачиваемость и придавать псевдоемкостное поведение.Однако у этих поверхностных функциональных групп есть некоторые недостатки, такие как уменьшение проводимости электрода, предотвращение проникновения ионов в поры из-за уменьшения объема. ¹²² Кроме того, Min et al. сообщили об устойчивости к зарядке и уменьшенной ионной диффузии, происходящей из-за межфазного сопротивления углеродного электрода со слоем наночастиц TiO ₂, привитых Тайроном. ⁵⁵

Гидрофобность

Функциональность поверхности — это параметр, определяющий смачиваемость угольного электрода.¹⁴⁴ Сообщалось о дефункциональности как нарушение смачиваемости AC в водной среде. Ding et al. исследовали влияние функциональных групп на электрохимические характеристики электрода переменного тока. Хотя дефункционализация AC в атмосфере аргона и водорода при высокой температуре привела к относительно высокому SSA по сравнению с исходным AC, поверхность стала более гидрофобной, что сопровождалось плохой смачиваемостью. ¹¹⁵ Обработка AC с помощью CO ₂ увеличивает SSA и улучшает пористость за счет декарбоксилирования.Следовательно, углеродные материалы становятся более гидрофобными, что затрудняет процесс смачивания. ⁶⁰ Villar et al. подвергали переменный ток различным видам обработки (обработка диоксидом углерода, обработка водородом и термическая обработка) с целью изменения пористости и химического состава поверхности. Интересно, что образец с большим количеством SSA и большим средним диаметром пор показал меньшую адсорбционную способность, чем другие. Высокая гидрофобность, вызванная удалением поверхностных функциональных групп, была приписана затрудненной диффузии ионов в углеродную матрицу.³³ Кроме того, для изготовления электродов переменного тока требуются полимерные связующие, а обычно используемые связующие являются гидрофобными, такими как поливинилиденфторид (ПВДФ) и политетрафторэтилен (ПТФЭ). Следовательно, эти связующие снижают смачиваемость электрода ¹⁰⁴ и создают дополнительную гидрофобность на углеродном электроде, что сопровождается снижением скорости диффузии электролита в углеродную структуру.

Жесткость и хрупкость

Использование связующих влияет на механическое поведение угольных электродов и влияет на электрохимические характеристики.¹⁴⁵ Жесткие связующие могут обеспечивать высокую механическую прочность, тогда как гибкие связующие обеспечивают низкую механическую прочность. Однако высокая механическая прочность может привести к уменьшению емкости, ^102,, тогда как электрод с более низкой механической прочностью может вызвать потерю активного материала, который слабо связан, и выход из строя интерфейса электродов. PVDF обладает выдающейся механической, термической и химической стабильностью ^102,105, что делает его наиболее широко используемым связующим при производстве электродов переменного тока.Однако его жесткость может привести к появлению трещин на поверхности электрода и, как следствие, к снижению рабочих характеристик электрода. ^105,145 Asquith и соавторы заменили ПВДФ гидрофильными сополимерами (сульфон простого полиариленового эфира) с пониженной механической прочностью. Достигнута улучшенная смачиваемость, но уменьшенная прочность и хрупкость, что приводит к потере углеродных частиц. ¹⁰⁴ Fang et al. использовал полиуретановый эластомер в качестве гибкого связующего, чтобы решить проблему жесткости электрода переменного тока.Несмотря на это достижение, проводимость и стабильность оказались неудовлетворительными по сравнению с ПВДФ. ¹⁰⁵

Коррозия и снижение стабильности

Несмотря на то, что введение псевдоемкостного материала в углеродный электрод может привести к увеличению накопления заряда, фарадеевские реакции могут препятствовать скорости переноса заряда, что сопровождается снижением стабильности электрода. ¹⁴⁶ Подобно аккумуляторным электродам, композитные электроды из углерода с оксидами металлов часто имеют плохую стабильность.^41,117,147 Кроме того, химическая обработка считается предпочтительным способом увеличения концентрации поверхностных функциональных групп. ⁷⁶ Однако эти поверхностные функциональные возможности могут участвовать в фарадеевских реакциях ¹⁶ и вызывать накопление необратимых окислительно-восстановительных продуктов, осаждаемых в порах, что приводит к уменьшению емкости. С другой стороны, удаление поверхностных функциональных групп посредством восстановления Ar / H ₂ придает электроду переменного тока уменьшенное окно электрохимической стабильности (ESW), тем самым препятствуя расширению рабочего диапазона напряжения.¹¹⁵

В таблице I были суммированы положительные и отрицательные эффекты различных модификаторов на электрод переменного тока, а также возможные будущие достижения.

Таблица I. Эффекты различных модификаторов переменного тока и будущие достижения рассматриваются здесь.

Модификаторы электродов переменного тока	Преимущества и преимущества	Проблемы и недостатки	Будущие успехи
Без модификатора	Высокая SSA	Низкая емкость	Интеграция переменного тока с новыми материалами с превосходными электрохимическими свойствами
	Высокая пористость	Высокая извилистость	Комбинация разных размеров
		Окисление
		Нет селективности
Черный углерод	Электропроводность	Уменьшенный SSA	Новые и улучшенные электропроводящие добавки
		Нарушение пористости	Электронные медиаторы в проточных электродах
		EDL внахлест
Связующие	Механическая прочность	Гидрофобность	Изготовление электродов без связующего
	Адгезия	Сопротивление	Синтез гидрофильных связующих с подходящей механической прочностью
	Повышенная пористость	Жесткость
		Отек
Окислители (HNO ₃, O ₃, O ₂, H ₂ O ₂, KMnO ₄, H ₂ SO ₄, H ₃ PO и др.)	Функциональные группы	Уменьшить объем пор
	Смачиваемость	Уменьшенный SSA
	Псевдоемкость	Коррозия
	Поверхностный заряд
	Текучесть
Восстановители (H ₂, амин, NH ₃, NaOH и т. Д.)	Повышенная пористость	Гидрофобность
	Повышенный SSA	ЭШВ уменьшенная
	Поверхностный заряд	Уменьшенный объем пор
	Дефункциональность
Оксиды металлов (TiO ₂, SiO ₂, Al ₂ O ₃ и т. Д.)	Поверхностный заряд	Закупорка пор	Мультиметаллические оксидные покрытия с контролируемым распределением пор по размерам
	Смачиваемость	Уменьшенный SSA
	Каталитическая активность
	Инкапсуляция
Наноуглероды (ФУНТ, графен и др.)	Электропроводность	Уменьшенный SSA	Гибриды и гидрофильные наноструктуры
	Гидрофильность	Закупорка пор
Псевдоемкостные материалы (RuO ₂, MnO ₂, проводящие полимеры и т. Д.)	Псевдоемкость	Плохая устойчивость	Знакомство с синергетическими свойствами различных псевдоемкостных материалов
	Электропроводность	Закупорка пор
		Уменьшенный SSA
Гетероатомные присадки (N ₂, S, P, F, B и т. Д.)	Псевдоемкость	Уменьшенный объем пор	со-легирование с несколькими гетероатомами
	Электропроводность
	Смачиваемость
	Стабильность
Поверхностно-активные вещества (катионные, ионные и наноионные)	Поверхностный заряд	Уменьшенный объем пор	Использование смешанных поверхностно-активных веществ ради синергизма
	Смачиваемость	Электронное сопротивление
	Избирательность
	Активные сайты
	Ионы каналов
	Предотвратить коррозию
Ионообменные смолы (BHP55 и др.) и цвитерионные полимеры	Поверхностный заряд	Сопротивление	Новые ионообменные смолы с превосходными свойствами
	Избирательность	Объем уменьш.
	Механическая прочность
	Инкапсуляция
Инертные газы (Ar, He, N ₂ и др.)	Повышенная пористость

Во время электрохимической операции природа и конструкция электрода напрямую влияют на производительность ячейки CDI в данной конфигурации (расположение катода, анода, сепаратора и соленой воды вместе) и наоборот. Оптимизация свойств AC в направлении идеальности не может быть отделена от данной конфигурации ячейки CDI. Хотя электроды вносят существенный вклад в производительность CDI, они должны быть сконфигурированы таким образом, чтобы обеспечить высокую производительность, стабильную циклическую стабильность, высокую скорость удаления и т. Д.Более того, выбор конфигурации ячейки CDI и правильное сочетание соответствующих электродов имеет важное значение для успеха этой технологии.

Существует взаимозависимость (рис. 8) между электродами, конфигурацией ячейки CDI и рабочими параметрами. ²⁵ Следовательно, важно выбрать конфигурацию ячейки CDI, которая учитывает конструкцию и свойства электродов. В качестве альтернативы характеристики электродов могут определять конструкцию данной ячейки. Кроме того, функция конкретной конфигурации ячейки CDI может быть передана обычной ячейке CDI посредством модификации электродов.Например, Мин и др. ⁵⁵ использовал неорганическую пористую пленку TiO ₂ с привитым железом на электроде переменного тока для получения свойств ионообменной эффективности и эффективности удаления солей MCDI (рис. 9a – 9c). Электрод показал хорошую ионообменную способность и сниженный эффект отталкивания коионов без использования ионообменной мембраны.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 8. Упрощенная схематическая иллюстрация взаимозависимости в производительности CDI и тестировании.Электрод, конфигурация ячейки CDI и рабочие параметры взаимозависимы, что оказывает ключевое влияние на всю производительность системы CDI. В то же время активность электрода определяется компромиссом между физическими, химическими и электрохимическими свойствами, присущими модификаторам в процессе проектирования.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 9. (a) Сравнение изменения проводимости (b) Скорость адсорбции, (c) Эффективность удаления солей, ⁵⁵ (d) Средняя скорость адсорбции соли (ASAR), ⁸⁶ (e) В FBCDI питающая вода проходит через сепаратор между электродами состоят из наноразмерных пор, которые увеличивают площадь поверхности, но предотвращают поток через электроды. (f) Поток в FTECDI, где питающая вода протекает непосредственно через электрод с иерархической пористостью, связанной с низким гидравлическим сопротивлением. ¹⁶¹

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Эффективность удаления солей в ячейке CDI с симметричными электродами зависит от баланса между отрицательными и положительными химическими зарядами на поверхности электрода.¹⁵⁶ Другими словами, оптимальная производительность была получена, когда чистый поверхностный заряд был равен нулю как для анода, так и для катода. Тем не менее, симметричная конфигурация более подвержена электрохимическому разрушению по сравнению с асимметричной конфигурацией, особенно при высоком рабочем напряжении. Таким образом, инкапсуляция электродов и использование IEM играют важную роль в уменьшении замирания цикличности в симметричном CDI. С другой стороны, асимметричный CDI основан на различении двух электродов для установления расширенного окна напряжения, которое может работать за пределами напряжения термодинамического разложения.¹⁷⁴ Необходимые характеристики асимметричной конфигурации могут быть получены путем интеграции переменного тока с другими материалами. Выбирая электродные материалы или модифицируя эти материалы, можно повлиять на общую производительность системы CDI для данного сценария применения, а также повысить устойчивость системы к деградации при увеличении цикличности. ¹⁷⁵ Однако из-за большого выбора материалов электродов, которые подходят для данного окна напряжения, выбранные пары анода и катода в асимметричных или гибридных конфигурациях становятся более сложными в отношении емкости, а также показателей производительности и эффективности.

Чтобы избежать несоответствия емкостей между положительными электродами на основе оксида и отрицательными электродами на основе углерода, гетероатомы азота и кислорода, легированные переменным током, были назначены для использования в качестве идеального отрицательного электрода в асимметричной конфигурации. ¹¹³ С другой стороны, симметричная конфигурация с пористыми углеродными материалами, богатыми азотом, имеет конкурентное преимущество перед асимметричной конфигурацией, поскольку позволяет избежать дисбаланса мощности на двух концах (анод и катод).⁷³ Кроме того, за счет включения псевдоемкостных материалов в углеродные электроды получают один с высокой емкостью, которая может ослабить дисбаланс масс в асимметричной конфигурации. По сути, электроды используют свойство псевдоемкости, чтобы уменьшить несоответствие емкости и кинетики емкостного и фарадеевского электродов. Углеродные материалы, модифицированные озоном, являются подходящими кандидатами для изготовления отрицательных электродов; следовательно, для эффективной асимметричной конфигурации необходим положительный электрод с высоким перенапряжением для выделения кислорода.Кроме того, переменный ток, пропитанный оксидами переходных металлов или электроды на основе псевдоемкостей, был назначен в качестве положительного электрода, чтобы расширить диапазон рабочих напряжений и избежать окислительной деградации . ^121,125 Как правило, гибридные или асимметричные конфигурации обеспечивают улучшенные электрохимические характеристики за счет стратегической конструкции. В частности, гибридные конфигурации позволяют комбинировать емкостные и фарадеевские электроды или псевдемкостный электрод в одной и той же ячейке CDI для увеличения емкости и скорости.¹⁷⁶ Кроме того, емкость гибридной конфигурации частично определяется фарадеевским электродом; следовательно, конструкция электрода с высокой скоростью имеет решающее значение, поскольку фарадеевские реакции протекают медленно.

Работа конфигурации i-CDI зависит исключительно от химического заряда поверхности. Образование химического заряда на поверхности переменного тока делает его подходящим электродом для i-CDI по сравнению с MCDI или обычным CDI (рис. 9d). Путем модификации электрод переменного тока может управлять характеристиками новой конструкции CDI с другим рабочим режимом, чем у обычного элемента CDI.Кроме того, электроды переменного тока со смещенным E _PZC показывают лучшие характеристики в i-CDI, чем обычные CDI. Максимальная движущая сила для адсорбции предотвращает любое выталкивание положительных коионов в i-CDI за счет смещения E _PZC анода из-за анодного окисления. ⁸⁶ Подобно обычному CDI, i-CDI также ограничен низким напряжением ячейки. Тем не менее, перемещение электрода E _PZC может увеличить окно рабочего напряжения i-CDI.

Режим потока в геометрии FTECDI в значительной степени определяется пористостью электрода.Кроме того, геометрия влияет на высокую скорость электроокисления положительно поляризованных электродов. ⁷ В основном, добавление макропор может уменьшить извилистость электрода переменного тока, тем самым увеличивая емкость и улучшая кинетику. Однако интегральный КПД этого электрода зависит от конкретной архитектуры ячейки. ⁴⁵ Поток сырья в FBCDI проходит через сепаратор (рис. 9e) между электродами, который часто состоит из нанопор размером менее 50 нм (высокое SSA), которые страдают от плохого потока из-за высокого гидравлического сопротивления.¹⁶¹ Существует улучшенный компромисс между SSA и распространением в FTECDI. Таким образом, при проектировании электродов следует учитывать режим потока в конкретной геометрии. Для FTECDI требуется высокопористый электрод с иерархической пористостью (рис. 9f), что обеспечивает как низкое гидравлическое сопротивление, так и высокую удельную емкость. Сусс и др. сообщили о достоинствах углеродных электродов с бимодальной структурой пор, связанных с низким гидравлическим сопротивлением в геометриях FTECDI.Использование макроскопического пористого электрода в FBCDI требует гораздо большего времени для зарядки и опреснения элементов. ^158,161 Напротив, макроскопические пористые электроды в FTECDI позволяют значительно сократить время опреснения и опреснения при более высокой солености подачи на загрузку, ¹⁶¹ из-за преимуществ низкой извилистости, связанной с эффективным потоком. Для очень микропористого AC дальнейшая активация может создать больше мезопор, связанных с уменьшением SSA. С другой стороны, переменный ток с высоким значением SSA может не иметь высокой емкости, если большая часть площади поверхности не участвует в электросорбции.

Кроме того, геометрия FCDI возникла с использованием текучих углеродных электродов, ¹⁷⁷ в которых вся поверхность может быть вовлечена в процесс опреснения, тем самым создавая высокую емкость. Однако проточные электроды страдают от относительно низкой проводимости из-за плохой связи частиц электродов переменного тока, что может препятствовать эффективности FCDI. По сути, высокая массовая нагрузка AC в суспензии приводит к одновременному увеличению связности и вязкости.⁷⁰ Тем не менее, имеется значительное повышение производительности за счет новой конструкции ячеек и оптимизации характеристик суспензии. ¹⁶⁰

Производительность CDI зависит от электродов, архитектуры ячейки и рабочих параметров. Идеально оптимизированные электроды могут обеспечить львиную долю производительности в системах CDI. Переменный ток был основным материалом для изготовления электродов CDI, и с помощью различных модификаторов были получены новые возможности для оптимизации электродов.Регулируя физические и химические свойства, переменный ток, который проявляет повышенную активность и универсальность в отношении электрохимических характеристик, может быть дополнительно улучшен для повышения производительности систем CDI. Однако следует предупредить, что, как мы предположили выше, некоторые попытки модифицировать электроды в отношении одной благоприятной характеристики могут повлиять на другую пагубным образом. Действительно, в эпоху интенсивного использования модификаторов электродов существует потребность в рациональной конструкции без ущерба для некоторых показателей электрохимических характеристик.Что касается электрохимических характеристик, переменный ток обладает некоторыми внутренними недостатками, такими как гидрофобность и низкая проводимость, и поэтому можно рассмотреть возможность модификации электрода переменного тока материалами с превосходными электрохимическими свойствами.

На основе обсуждения было предложено несколько возможных будущих усовершенствований модификации переменного тока. Электропроводящие добавки с текстурой, аналогичной AC, могут поддерживать целостность поверхности и уменьшать перекрытие EDL. Кроме того, перед нанесением покрытия оксидами металлов необходимо определить текстурные характеристики переменного тока, чтобы контролировать размер пор в их композитах.Изготовление электродов без связующего или использование гидрофильных связующих с подходящей механической прочностью может уменьшить проблемы, связанные с использованием связующего. Эффективные электронные медиаторы могут повысить проводимость проточных электродов с желаемыми реологическими свойствами. Использование нескольких модификаторов может повысить улучшение емкости за счет использования их синергизма и / или сосуществования. Например, для увеличения емкости можно использовать совместное легирование нескольких гетероатомов. Кроме того, поверхностно-активные вещества могут влиять как на межфазное поведение, так и на электрохимические характеристики угольных электродов.Следовательно, мы можем постулировать, что усиление активности AC в смешанной системе поверхностно-активных веществ (синергизм) может быть намного лучше, чем использование одного поверхностно-активного вещества.

Однако, когда в состав электрода вводят несколько модификаторов, активность необходимо оценивать с учетом потенциальной опасности для здоровья. Другое предложение состоит в том, что при проектировании электродов переменного тока необходимо учитывать размеры. Путем переплетения переменного тока (нулевого измерения) с многомерными материалами можно улучшить характеристики электрода.В самом деле, разработка переменного тока с одномерным (1D), двухмерным (2D) или трехмерным (3D) материалом с использованием материалов разной размерности в качестве шаблонов или комбинации различных размерностей в одном и том же электроде может быть подходом к расширению Область проектирования электродов переменного тока для повышения производительности. Кроме того, большинство конструкций электродов, описанных в литературе, являются лабораторными исследованиями. Таким образом, полная оценка эффектов модификаторов в практическом контексте еще не подтверждена в крупном масштабе.Вообще говоря, зная влияние модификаторов на конструкцию электродов, можно получить представление о рациональной конструкции.

По сути, настройка всей системы является предварительным условием для того, чтобы уравновесить компромисс между проводимостью-пористостью, функциональной групповой пористостью, механической прочностью-гибкостью, SSA-диффузией, проводимостью-текучестью, эффективностью опреснения-эффективностью заряда и т. Д. к настраиваемому поведению переменного тока, которое можно было бы доработать для повышения производительности.Адаптация физико-химических свойств переменного тока и гибридизация с другими материалами (с превосходной электрохимической активностью) по-прежнему открывает большие возможности для улучшения характеристик CDI. И последнее, но не менее важное: выбор модификатора должен учитывать необходимые характеристики электродов для данной конфигурации CDI. Другими словами, конструкция электродов должна соответствовать данным характеристикам конкретной конфигурации CDI, которая будет использоваться для данного приложения, чтобы воспользоваться преимуществами взаимозависимости.

описание, преимущества, марки. Виды электродов для нержавейки

Виды электродов для сварки нержавеющей стали

Электроды по нержавейке

Особенности электродов для сварки нержавейки

Электроды для нержавейки – марки и виды

Изделия не предназначенные для нержавейки

Этапы сварки нержавейки электродом

Выберите совместный дизайн и установите

Определение подходящего инертного защитного газа

Выберите подходящий наполнительный металл

Электроды по нержавейке

Электроды по нержавейке маркировка

Химический состав стержней

Какими электродами варить нержавейку?

Как варить нержавейку электродом?

Электроды плавящиеся переменного тока | 5sklad.ru Строительные и отделочные материалы

Электроды для сварки переменным током

Электроды переменного тока

Электроды универсальный (постоянный/переменный ток)

Электроды MONOLITH RC 2,5 мм, вес 1 уп = 2,5 кг

Электроды MONOLITH RC 2,5 мм, вес 1 уп = 1,0 кг

Электроды MONOLITH RC 3,0 мм, вес 1 уп = 1,0 кг

Электроды MONOLITH RC 3,2 мм, вес 1 уп = 2,5 кг

Электроды MONOLITH RC 3,0 мм, вес 1 уп = 2,5 кг

Электроды MONOLITH RC 3,2 мм, вес 1 уп = 1,0 кг

Электроды MONOLITH RC 4,0 мм, вес 1 уп = 2,5 кг

Электроды АНО-4 Арсенал 2,5 мм, вес 1 уп = 2,5 кг

Электроды АНО-4 Арсенал 3,0 мм, вес 1 уп = 2,5 кг

Электроды АНО-4 Арсенал 4,0 мм, вес 1 уп = 5,0 кг

Электроды VARIS ANO-4, 2,0 мм, вес 1 уп = 1 кг

Электроды VARIS ANO-4, 3,0 мм, вес 1 уп = 3 кг

Электроды VARIS ANO-4, 4,0 мм, вес 1 уп = 5 кг

Электроды ESAB OK 46.30, 2,5 мм, вес 1 уп = 5 кг

Электроды ESAB OK 46.30, 3,2 мм, вес 1 уп = 5,3 кг

Электроды ESAB OK 46.30, 4,0 мм, вес 1 уп = 6,7 кг

Электроды ESAB OK 46.30, 5,0 мм, вес 1 уп = 6,3 кг

Полярность постоянного и переменного тока для SMAW

Урок 3 — Покрытые электроды для сварки низкоуглеродистой стали

Все позиции Inconel AC / DC | Электроды и сплавы

МЕЖДУНАРОДНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ

Анализ металла сварного шва (типичный вес,%)

Типичные механические свойства

Сварочный ток и инструкции

ПРИБЛИЗИТЕЛЬНАЯ УПАКОВКА И РАЗМЕРЫ ЭЛЕКТРОДА

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Что сохраняется в файле cookie?

Электрохимические характеристики электродов из RuO2 и активированного угля (AC) с использованием поливалентного электролита Ni (NO3) 2 для накопления заряда

Основные моменты

Реферат

Ключевые слова

Рекомендуемые статьи

Цитирующие статьи

Полевое микромиксирование с фазовым управлением с использованием электроосмоса переменного тока

Выбор редакции — Обзор — Конструкция электрода из активированного угля: инженерный компромисс в отношении характеристик емкостной деионизации

Улучшение структуры

Смачиваемость

Электрическая и ионная проводимость

Поверхностный заряд и потенциал смещения нулевого заряда

Стабильность

Механическая прочность

Псевдоемкостные свойства

Каталитическая активность (электрокатализ и фотокатализ)

Селективность

Текучесть и реологические свойства FCDI

Ухудшение пористости и уменьшение площади поверхности

Перекрытие двойного электрического слоя

Электронное и ионное сопротивление

Гидрофобность

Жесткость и хрупкость

Коррозия и снижение стабильности

Добавить комментарий Отменить ответ