1. Elektroda
Anoda
Anoda in katoda imata različne funkcije in zahtevata različne materiale.
Razdeljen v dve kategoriji: topni in netopni. V elektrolitskih celicah za rafiniranje bakra je anodni material topni pretisni baker, ki se rafinira. Med elektrolizo se raztopi v raztopini, da dopolni baker, ki izhaja iz raztopine na katodi. V elektrolitskih celicah, ki se uporabljajo za elektrolizo vodnih raztopin (kot so raztopine slane vode), so anode netopne in se v bistvu ne spremenijo med procesom elektrolize, vendar imajo pogosto katalitični učinek na anodne reakcije, ki se izvajajo na površini elektrode. V kemični industriji se večinoma uporabljajo netopne anode.
Poleg izpolnjevanja osnovnih zahtev splošnih elektrodnih materialov (kot so prevodnost, moč katalitične aktivnosti, obdelava, izvor, cena), morajo biti anodni materiali tudi netopni in nepasivirani v močni anodni polarizaciji in anolitih pri višjih temperaturah. , z visoko stabilnostjo. Grafit je že dolgo najbolj razširjen anodni material. Vendar je grafit porozen, ima slabo mehansko trdnost in zlahka oksidira v ogljikov dioksid. Med postopkom elektrolize se nenehno korodira in lušči, zaradi česar se razdalja med elektrodami postopoma povečuje in napetost celice narašča. Pri uporabi za elektrolizo raztopine slane vode je tudi previsok potencial nastajanja klora na grafitni elektrodi.
Elektroda iz kovinskega oksida, oblikovana s prevleko rutenijevega oksida in titanovega oksida na titanovo osnovo, ki jo je predlagal H. Beer v šestdesetih letih 20. stoletja, je bila velika inovacija na področju anodnih materialov. Rutenijev dioksid ima dobro katalitično aktivnost za določene anodne reakcije, kot sta nastajanje klora in kisika, in lahko deluje pri visoki gostoti toka z relativno nizko napetostjo celic. Najbolj izjemna lastnost je, da ima dobro kemično stabilnost in da je njegova življenjska doba veliko daljša kot pri grafitnih anodah. Na primer, v membranskih elektrolizerjih, ki se uporabljajo v proizvodnji kloralkalij, lahko njihova življenjska doba doseže več kot 10 let. Ker je ni enostavno korodirati in je dimenzijsko stabilna, jo imenujemo dimenzijsko stabilna anoda. Za prilagajanje različnim zahtevam in načinom uporabe lahko premazu dodamo druge komponente. Na primer, dodajanje kositra in iridija lahko poveča prenapetost kisika in izboljša selektivnost anode. Dodajanje platine lahko izboljša stabilnost elektrode. Trenutno so kovinske anode, prevlečene s plemenitimi kovinami, široko promovirane v kemični industriji.
Ker je temperatura elektrolize pri elektrolizatorjih s staljeno soljo veliko višja kot pri elektrolizerjih z vodno raztopino, so zahteve za anodne materiale strožje. Za elektrolizo staljenega natrijevega hidroksida se običajno uporabljajo jeklo, nikelj in njihove zlitine. Za elektrolizo staljenega klorida se lahko uporablja le grafit.
katoda
Kadar se kot katoda uporablja kovina ali zlitina, ker deluje pri razmeroma negativnem potencialu, lahko pogosto igra vlogo pri katodni zaščiti in je manj korozivna, zato je katodni material lažje izbrati. V vodni elektrolitski celici katoda na splošno povzroči reakcijo sproščanja vodika in ima visok prenapetost. Zato je glavna smer izboljšanja katodnih materialov zmanjšanje prenapetosti sproščanja vodika. Razen pri uporabi žveplove kisline kot elektrolita, svinca ali grafita je treba uporabiti kot katodo, nizkoogljično jeklo je pogosto uporabljen katodni material. Da bi zmanjšali porabo energije, se trenutno uporabljajo različne metode za pripravo katod z visoko specifično površino in katalitično aktivnostjo, kot so porozne ponikljane katode.
Za izboljšanje kakovosti izdelkov se lahko uporabijo tudi posebni katodni materiali. Na primer, v živosrebrovi katodi, ki se uporablja za elektrolizo raztopine slane vode za proizvodnjo kavstične sode z metodo z živim srebrom, se visok nadpotencial sproščanja vodika iz živega srebra uporabi za odvajanje natrijevih ionov za ustvarjanje natrijevega amalgama, ki se nato uporabi v posebnem opreme se natrijev amalgam razgradi z vodo, da se pripravi alkalna raztopina visoke čistosti z visoko koncentracijo. Poleg tega se lahko zaradi varčevanja z električno energijo uporabi katoda, ki porablja kisik, za zmanjšanje kisika na katodi, da nadomesti reakcijo sproščanja vodika. Po teoretičnih izračunih se lahko napetost celice zmanjša za 1,23 V.
2. Diafragma
Da bi preprečili mešanje katodnih in anodnih produktov in se izognili morebitnim škodljivim reakcijam, se v elektrolitskih celicah v osnovi uporabljajo diafragme za ločevanje katodnih in anodnih komor. Diafragma mora imeti določeno poroznost, da omogoča prehajanje ionov, ne da bi prepuščala molekulam ali mehurčkom. Ko tok teče skozi diafragmo, mora biti ohmski padec napetosti na membrani nizek. Te zahteve glede zmogljivosti ostanejo v bistvu nespremenjene med uporabo in zahtevajo dobro kemično stabilnost in mehansko trdnost pod delovanjem elektrolitov v katodnih in anodnih komorah. Pri elektrolizi vode so elektroliti v katodni in anodni komori enaki. Diafragma elektrolitske celice mora le ločiti katodno in anodno komoro, da zagotovi čistost vodika in kisika ter prepreči eksplozije, ki jih povzroči mešanje vodika in kisika. Bolj pogosta in zapletena situacija je, da so sestave elektrolitov v katodni in anodni komori elektrolitske celice različne. V tem času mora diafragma tudi preprečiti medsebojno difuzijo in interakcijo elektrolitskih produktov v elektrolitih katodne in anodne komore. Na primer, diafragma v membranski elektrolitski celici pri proizvodnji kloralkalije lahko poveča odpornost hidroksidnih ionov iz katodne komore v anodno komoro.
Diafragme so narejene iz inertnih materialov, kot so azbestne diafragme, ki se dolgo uporabljajo v kloralkalni industriji. Vendar pa je delovanje azbestnih separatorjev nestabilno. Ko slanica vsebuje kalcijeve in magnezijeve nečistoče, se v separatorju zlahka ustvarijo padavine hidroksida, kar zmanjša prepustnost. Pri razmeroma visokih temperaturah in pod delovanjem elektrolita lahko pride do otekanja in zrahljanja. Vzleti. V ta namen lahko azbestu dodamo smolo kot ojačitveni material ali pa izdelamo mikroporozno membrano s smolo kot glavnim delom, kar lahko močno izboljša stabilnost in mehansko trdnost. Kationska izmenjevalna membrana, razvita v kloralkalni proizvodnji v zadnjih letih, je nova vrsta membranskega materiala. Ima selektivnost za prepustnost ionov, ki lahko v bistvu prepreči vstop kloridnih ionov v katodno komoro, tako da se lahko proizvede alkalna raztopina z izjemno nizko vsebnostjo natrijevega klorida.