1. Elèctrode
Ànode
L'ànode i el càtode tenen funcions diferents i tenen diferents requisits de material.
Es divideix en dues categories: solubles i insolubles. A les cèl·lules electrolítiques per refinar el coure, el material de l'ànode és coure blister soluble per refinar. Es dissol a la solució durant l'electròlisi per reposar el coure que surt de la solució al càtode. A les cèl·lules electrolítices que s'utilitzen per electrolitzar solucions aquoses (com les solucions d'aigua salada), els ànodes són insolubles i bàsicament no canvien durant el procés d'electròlisi, però sovint tenen un efecte catalític sobre les reaccions de l'ànode que es duen a terme a la superfície de l'elèctrode. A la indústria química, els ànodes insolubles s'utilitzen principalment.
A més de complir els requisits bàsics dels materials d'elèctrode generals (com la conductivitat, la força de l'activitat catalítica, el processament, la font, el preu), els materials d'ànode també han de ser insolubles i no passivats en una polarització anòdica forta i anòlits de temperatura més alta. , amb alta estabilitat. El grafit ha estat durant molt de temps el material d'ànode més utilitzat. Tanmateix, el grafit és porós, té poca resistència mecànica i s'oxida fàcilment en diòxid de carboni. Es corroeix i es desprèn constantment durant el procés d'electròlisi, fent que la distància de l'elèctrode augmenti gradualment i la tensió de la cel·la augmenti. Quan s'utilitza per a l'electròlisi de la solució d'aigua salada, el sobrepotencial d'evolució de clor a l'elèctrode de grafit també és elevat.
L'elèctrode d'òxid metàl·lic format pel recobriment d'òxid de ruteni i òxid de titani sobre una base de titani proposat per H. Beer als anys 60 va ser una innovació important en els materials d'ànode. El diòxid de ruteni té una bona activitat catalítica per a determinades reaccions de l'ànode, com ara l'evolució del clor i l'evolució de l'oxigen, i pot funcionar a alta densitat de corrent amb una tensió cel·lular relativament baixa. La característica més destacada és que té una bona estabilitat química i la seva vida útil és molt més llarga que la dels ànodes de grafit. Per exemple, en els electrolitzadors de diafragma utilitzats en la producció de clor-àlcali, la seva vida útil pot arribar a més de 10 anys. Com que no és fàcil de corroir i és dimensionalment estable, s'anomena ànode dimensionalment estable. Per adaptar-se a diferents requisits i usos, es poden afegir altres components al recobriment. Per exemple, afegir estany i iridi pot augmentar el sobrepotencial d'oxigen i millorar la selectivitat de l'ànode. L'addició de platí pot millorar l'estabilitat de l'elèctrode. Actualment, els ànodes metàl·lics recoberts de metalls preciosos han estat àmpliament promocionats a la indústria química.
En els electròlitzadors de sal fosa, com que la temperatura d'electròlisi és molt més alta que la dels electrolitzadors de solució aquosa, els requisits dels materials d'ànode són més estrictes. Per a l'electròlisi de l'hidròxid de sodi fos, s'utilitzen generalment acer, níquel i els seus aliatges. Per a l'electròlisi del clorur fos només es pot utilitzar grafit.
Càtode
Quan s'utilitza metall o aliatge com a càtode, ja que funciona amb un potencial relativament negatiu, sovint pot tenir un paper en la protecció catòdica i és menys corrosiu, de manera que el material del càtode és més fàcil de seleccionar. En una cèl·lula electrolítica aquosa, el càtode generalment produeix una reacció d'evolució d'hidrogen i té un alt sobrepotencial. Per tant, la principal direcció de millora dels materials del càtode és reduir el sobrepotencial d'evolució d'hidrogen. Excepte quan s'utilitza àcid sulfúric com a electròlit, s'ha d'utilitzar plom o grafit com a càtode, l'acer baix en carboni és un material de càtode d'ús habitual. Per tal de reduir el consum d'energia, actualment s'utilitzen diversos mètodes per preparar càtodes amb una gran superfície específica i activitat catalítica, com ara càtodes porosos niquelats.
Per millorar la qualitat del producte, també es poden utilitzar materials de càtode especials. Per exemple, en el càtode de mercuri utilitzat per electrolitzar la solució d'aigua salada per produir sosa càustica mitjançant el mètode del mercuri, l'elevat sobrepotencial d'evolució d'hidrogen del mercuri s'utilitza per descarregar ions de sodi per generar amalgama de sodi, que després s'utilitza en un equip, l'amalgama de sodi es descompon amb aigua per preparar una solució alcalina d'alta puresa i alta concentració. A més, per estalviar energia elèctrica, també es pot utilitzar un càtode que consumeix oxigen per reduir l'oxigen al càtode per substituir la reacció d'evolució d'hidrogen. Segons càlculs teòrics, la tensió de la cel·la es pot reduir en 1,23 V.
2. Diafragma
Per tal d'evitar la barreja de productes de càtode i ànode i evitar possibles reaccions nocives, a les cèl·lules electrolítiques, els diafragmes s'utilitzen bàsicament per separar les cambres de càtode i ànode. El diafragma ha de tenir una certa porositat perquè els ions passin sense deixar passar molècules o bombolles. Quan el corrent flueix pel diafragma, la caiguda de tensió òhmica del diafragma ha de ser baixa. Aquests requisits de rendiment es mantenen bàsicament sense canvis durant l'ús, i requereixen una bona estabilitat química i resistència mecànica sota l'acció dels electròlits a les cambres de càtode i ànode. Quan s'electrolitza l'aigua, els electròlits de les cambres del càtode i de l'ànode són els mateixos. El diafragma de la cèl·lula electrolítica només necessita separar les cambres del càtode i l'ànode per garantir la puresa de l'hidrogen i l'oxigen i evitar les explosions causades per la barreja d'hidrogen i oxigen. Una situació més comuna i complicada és que les composicions d'electròlits a les cambres de càtode i ànode de la cèl·lula electrolítica són diferents. En aquest moment, el diafragma també ha d'evitar la difusió i la interacció mútues dels productes electrolítics als electròlits de les cambres de càtode i ànode. Per exemple, el diafragma de la cèl·lula electrolítica del diafragma en la producció de clor-àlcali pot augmentar la resistència dels ions hidròxid de la cambra del càtode a la cambra de l'ànode.
Els diafragmes estan fets de materials inerts, com els diafragmes d'amiant utilitzats durant molt de temps a la indústria de clor-àlcali. No obstant això, el rendiment dels separadors d'amiant és inestable. Quan la salmorra conté impureses de calci i magnesi, la precipitació d'hidròxid es genera fàcilment al separador, reduint la permeabilitat. A temperatures relativament altes i sota l'acció de l'electròlit, es pot produir inflor i afluixament. Treure. Amb aquest propòsit, es pot afegir resina a l'amiant com a material de reforç, o es pot fer una membrana microporosa amb resina com a cos principal, que pot millorar molt l'estabilitat i la resistència mecànica. La membrana d'intercanvi catiònic desenvolupada en la producció de clor-àlcali en els darrers anys és un nou tipus de material de membrana. Té selectivitat per a la penetració d'ions, que bàsicament pot evitar que els ions de clorur entrin a la cambra del càtode, de manera que es pot produir una solució alcalina amb un contingut de clorur de sodi extremadament baix.