1. Elektrod
Anod
Anoden och katoden har olika funktioner och har olika materialkrav.
Delas in i två kategorier: löslig och olöslig. I elektrolytiska celler för raffinering av koppar är anodmaterialet löslig blisterkoppar som ska raffineras. Det löser sig i lösningen under elektrolys för att fylla på kopparn som kommer ut ur lösningen vid katoden. I elektrolytiska celler som används för att elektrolysera vattenlösningar (som saltvattenlösningar) är anoderna olösliga och de förändras i princip inte under elektrolysprocessen, men de har ofta en katalytisk effekt på de anodreaktioner som utförs på elektrodytan. Inom den kemiska industrin används mest olösliga anoder.
Förutom att uppfylla de grundläggande kraven för allmänna elektrodmaterial (såsom ledningsförmåga, katalytisk aktivitetsstyrka, bearbetning, källa, pris), måste anodmaterial också vara olösliga och icke-passiverade i stark anodisk polarisation och högre temperaturanolyter. , med hög stabilitet. Grafit har länge varit det mest använda anodmaterialet. Emellertid är grafit porös, har dålig mekanisk hållfasthet och oxideras lätt till koldioxid. Den korroderas hela tiden och skalas av under elektrolysprocessen, vilket gör att elektrodavståndet gradvis ökar och cellspänningen ökar. När den används för elektrolys av saltvattenlösning är överpotentialen för klorutveckling på grafitelektroden också hög.
Metalloxidelektroden som bildades genom att belägga ruteniumoxid och titanoxid på en titanbas som föreslogs av H. Beer på 1960-talet var en stor innovation inom anodmaterial. Ruteniumdioxid har god katalytisk aktivitet för vissa anodereaktioner såsom klorutveckling och syreutveckling, och kan arbeta vid hög strömtäthet med relativt låg cellspänning. Den mest enastående egenskapen är att den har god kemisk stabilitet och dess livslängd är mycket längre än för grafitanoder. Till exempel, i membranelektrolysatorer som används i klor-alkaliproduktion, kan deras livslängd uppgå till mer än 10 år. Eftersom den inte är lätt att korrodera och är formstabil kallas den för en dimensionsstabil anod. För att anpassa sig till olika krav och användningsområden kan andra komponenter läggas till beläggningen. Till exempel kan tillsats av tenn och iridium öka överpotentialen för syre och förbättra anodens selektivitet. Att lägga till platina kan förbättra elektrodens stabilitet. För närvarande har ädelmetallbelagda metallanoder fått stor reklam inom den kemiska industrin.
I smältsaltelektrolysatorer, eftersom elektrolystemperaturen är mycket högre än i vattenlösningselektrolysatorer, är kraven på anodmaterial strängare. För elektrolys av smält natriumhydroxid används vanligtvis stål, nickel och deras legeringar. För elektrolys av smält klorid kan endast grafit användas.
Katod
När metall eller legering används som katod, eftersom den arbetar med en relativt negativ potential, kan den ofta spela en roll i katodskyddet och är mindre korrosiv, så katodmaterialet är lättare att välja. I en vattenhaltig elektrolytisk cell producerar katoden i allmänhet en väteutvecklingsreaktion och har en hög överpotential. Därför är den huvudsakliga förbättringsriktningen för katodmaterial att minska väteutvecklingens överpotential. Förutom när man använder svavelsyra som elektrolyt, måste bly eller grafit användas som katod, lågkolhaltigt stål är ett vanligt använt katodmaterial. För att minska energiförbrukningen används för närvarande olika metoder för att framställa katoder med hög specifik ytarea och katalytisk aktivitet, såsom porösa nickelpläterade katoder.
För att förbättra produktkvaliteten kan även speciella katodmaterial användas. Till exempel, i kvicksilverkatoden som används för att elektrolysera saltvattenlösning för att producera kaustik soda med kvicksilvermetoden, används den höga överpotentialen för väteutveckling från kvicksilver för att släppa ut natriumjoner för att generera natriumamalgam, som sedan används i en speciell utrustning, sönderdelas natriumamalgam med vatten för att framställa alkalilösning med hög renhet och hög koncentration. Dessutom, för att spara elektrisk energi, kan en syreförbrukande katod också användas för att reducera syre vid katoden för att ersätta väteutvecklingsreaktionen. Enligt teoretiska beräkningar kan cellspänningen reduceras med 1,23V.
2. Diafragma
För att förhindra blandning av katod- och anodprodukter och undvika eventuella skadliga reaktioner, används i elektrolytiska celler i princip membran för att separera katod- och anodkamrarna. Diafragman måste ha en viss porositet för att joner ska kunna passera utan att molekyler eller bubblor får passera. När ström flyter genom membranet måste det ohmska spänningsfallet för membranet vara lågt. Dessa prestandakrav förblir i princip oförändrade under användning, och de kräver god kemisk stabilitet och mekanisk hållfasthet under inverkan av elektrolyterna i katod- och anodkamrarna. Vid elektrolysering av vatten är elektrolyterna i katod- och anodkamrarna desamma. Den elektrolytiska cellens membran behöver bara separera katod- och anodkamrarna för att säkerställa renheten av väte och syre och förhindra explosioner orsakade av blandning av väte och syre. En vanligare och mer komplicerad situation är att elektrolytsammansättningarna i elektrolytcellens katod- och anodkamrar är olika. Vid denna tidpunkt måste membranet också förhindra ömsesidig diffusion och interaktion av elektrolytiska produkter i elektrolyterna i katod- och anodkamrarna. Exempelvis kan membranet i membranets elektrolyscell vid klor-alkaliproduktion öka motståndet hos hydroxidjonerna från katodkammaren till anodkammaren.
Membran är gjorda av inerta material, såsom asbestmembranen som länge använts i klor-alkaliindustrin. Prestandan hos asbestavskiljare är dock instabil. När saltlösningen innehåller kalcium- och magnesiumföroreningar genereras lätt hydroxidfällning i separatorn, vilket minskar permeabiliteten. Vid relativt höga temperaturer och under inverkan av elektrolyt kan svullnad och lossning uppstå. Ta av. För detta ändamål kan harts tillsättas till asbest som ett förstärkningsmaterial, eller ett mikroporöst membran kan tillverkas med harts som huvudkropp, vilket avsevärt kan förbättra stabiliteten och den mekaniska styrkan. Katjonbytarmembranet som utvecklats i klor-alkali-tillverkning de senaste åren är en ny typ av membranmaterial. Den har selektivitet för jongenomträngning, vilket i princip kan förhindra att kloridjoner kommer in i katodkammaren, så att en alkalilösning med extremt låg natriumkloridhalt kan produceras.