1. Elektroda
Anoda
Anoda i katoda imaju različite funkcije i zahtijevaju različite materijale.
Dijele se u dvije kategorije: topljive i netopljive. U elektrolitičkim ćelijama za rafiniranje bakra, materijal anode je topljivi blister bakar koji se rafinira. Otapa se u otopini tijekom elektrolize kako bi obnovio bakar koji izlazi iz otopine na katodi. U elektrolitičkim ćelijama koje se koriste za elektrolizu vodenih otopina (kao što su otopine slane vode), anode su netopljive i u osnovi se ne mijenjaju tijekom procesa elektrolize, ali često imaju katalitički učinak na anodne reakcije koje se odvijaju na površini elektrode. U kemijskoj industriji uglavnom se koriste netopljive anode.
Uz ispunjavanje osnovnih zahtjeva za općenite elektrodne materijale (kao što su vodljivost, snaga katalitičke aktivnosti, obrada, izvor, cijena), anodni materijali također moraju biti netopivi i nepasivirani u jakoj anodnoj polarizaciji i anolitima na višim temperaturama. , s visokom stabilnošću. Grafit je dugo bio najrašireniji anodni materijal. Međutim, grafit je porozan, ima slabu mehaničku čvrstoću i lako se oksidira u ugljični dioksid. Stalno se korodira i ljušti tijekom procesa elektrolize, uzrokujući postupno povećanje udaljenosti elektrode i povećanje napona ćelije. Kada se koristi za elektrolizu otopine slane vode, pretjerani potencijal razvijanja klora na grafitnoj elektrodi također je visok.
Elektroda od metalnog oksida formirana oblaganjem rutenijevog oksida i titanovog oksida na titanijskoj bazi koju je predložio H. Beer 1960-ih bila je velika inovacija u anodnim materijalima. Rutenij dioksid ima dobru katalitičku aktivnost za određene anodne reakcije kao što su razvijanje klora i kisika, i može raditi pri visokoj gustoći struje s relativno niskim naponom ćelije. Najistaknutija značajka je da ima dobru kemijsku stabilnost i radni vijek mu je mnogo duži nego kod grafitnih anoda. Na primjer, u elektrolizerima s membranom koji se koriste u proizvodnji klor-alkalija, njihov životni vijek može doseći više od 10 godina. Budući da nije lako korodirati i dimenzionalno je stabilna, naziva se dimenzionalno stabilna anoda. Kako bi se prilagodili različitim zahtjevima i namjenama, premazu se mogu dodati i druge komponente. Na primjer, dodavanje kositra i iridija može povećati prenapon kisika i poboljšati selektivnost anode. Dodavanje platine može poboljšati stabilnost elektrode. Trenutno su metalne anode obložene plemenitim metalima naširoko promovirane u kemijskoj industriji.
U elektrolizatorima rastaljene soli, budući da je temperatura elektrolize mnogo viša od one u elektrolizerima s vodenom otopinom, zahtjevi za materijale anoda su stroži. Za elektrolizu rastaljenog natrijevog hidroksida općenito se koriste čelik, nikal i njihove legure. Za elektrolizu rastaljenog klorida može se koristiti samo grafit.
Katoda
Kad se metal ili legura koristi kao katoda, budući da radi na relativno negativnom potencijalu, često može igrati ulogu u katodnoj zaštiti i manje je korozivna, pa je katodni materijal lakše odabrati. U vodenoj elektrolitičkoj ćeliji, katoda općenito proizvodi reakciju razvijanja vodika i ima visok prenapon. Stoga je glavni smjer poboljšanja katodnih materijala smanjenje prenapona razvijanja vodika. Osim kada se kao elektrolit koristi sumporna kiselina, olovo ili grafit moraju se koristiti kao katoda, čelik s niskim udjelom ugljika često je korišten katodni materijal. Kako bi se smanjila potrošnja energije, trenutno se koriste različite metode za pripremu katoda s visokom specifičnom površinom i katalitičkom aktivnošću, kao što su porozne poniklane katode.
Kako bi se poboljšala kvaliteta proizvoda, mogu se koristiti i posebni katodni materijali. Na primjer, u živinoj katodi koja se koristi za elektrolizu otopine slane vode za proizvodnju kaustične sode koristeći živinu metodu, visoki pretjerani potencijal razvijanja vodika iz žive koristi se za ispuštanje natrijevih iona za stvaranje natrijevog amalgama, koji se zatim koristi u posebnoj opreme, natrijev amalgam se razgrađuje s vodom kako bi se pripremila otopina lužine visoke čistoće i visoke koncentracije. Osim toga, radi uštede električne energije, katoda koja troši kisik također se može koristiti za smanjenje kisika na katodi kako bi se zamijenila reakcija razvijanja vodika. Prema teoretskim proračunima, napon ćelije može se smanjiti za 1,23 V.
2. Dijafragma
Kako bi se spriječilo miješanje katodnih i anodnih proizvoda i izbjegle moguće štetne reakcije, u elektrolitičkim ćelijama dijafragme se u osnovi koriste za odvajanje katodnih i anodnih komora. Dijafragma mora imati određenu poroznost kako bi omogućila prolaz iona bez prolaska molekula ili mjehurića. Kada struja teče kroz dijafragmu, omski pad napona na membrani mora biti nizak. Ovi zahtjevi za performanse ostaju u osnovi nepromijenjeni tijekom upotrebe i zahtijevaju dobru kemijsku stabilnost i mehaničku čvrstoću pod djelovanjem elektrolita u katodnim i anodnim komorama. Kod elektrolize vode elektroliti u katodnoj i anodnoj komori su isti. Dijafragma elektrolitičke ćelije treba samo odvojiti katodnu i anodnu komoru kako bi se osigurala čistoća vodika i kisika i spriječile eksplozije uzrokovane miješanjem vodika i kisika. Češća i kompliciranija situacija je da su sastavi elektrolita u katodnoj i anodnoj komori elektrolitičke ćelije različiti. U ovom trenutku, dijafragma također treba spriječiti međusobnu difuziju i interakciju elektrolitskih proizvoda u elektrolitima katodne i anodne komore. Na primjer, dijafragma u elektrolitičkoj ćeliji dijafragme u proizvodnji klor-alkalija može povećati otpor hidroksidnih iona iz katodne komore u anodnu komoru.
Dijafragme su izrađene od inertnih materijala, kao što su azbestne dijafragme koje se dugo koriste u klor-alkalnoj industriji. Međutim, rad separatora azbesta je nestabilan. Kada slana voda sadrži nečistoće kalcija i magnezija, u separatoru se lako stvara taloženje hidroksida, smanjujući propusnost. Pri relativno visokim temperaturama i pod djelovanjem elektrolita može doći do bubrenja i labavljenja. Polijetanje. U tu svrhu, smola se može dodati azbestu kao materijal za ojačanje ili se može napraviti mikroporozna membrana sa smolom kao glavnim tijelom, što može uvelike poboljšati stabilnost i mehaničku čvrstoću. Membrana za kationsku izmjenu razvijena u proizvodnji klor-alkalija posljednjih godina nova je vrsta materijala za membranu. Ima selektivnost za propusnost iona, što u osnovi može spriječiti ulazak kloridnih iona u katodnu komoru, tako da se može proizvesti alkalna otopina s iznimno niskim sadržajem natrijevog klorida.