1. Ηλεκτρόδιο
Ανοδος
Η άνοδος και η κάθοδος έχουν διαφορετικές λειτουργίες και έχουν διαφορετικές απαιτήσεις υλικού.
Χωρίζεται σε δύο κατηγορίες: διαλυτά και αδιάλυτα. Σε ηλεκτρολυτικές κυψέλες για διύλιση χαλκού, το υλικό της ανόδου είναι διαλυτός χαλκός σε φυσαλίδες που πρόκειται να εξευγενιστεί. Διαλύεται στο διάλυμα κατά την ηλεκτρόλυση για να αναπληρώσει τον χαλκό που βγαίνει από το διάλυμα στην κάθοδο. Σε ηλεκτρολυτικές κυψέλες που χρησιμοποιούνται για την ηλεκτρόλυση υδατικών διαλυμάτων (όπως διαλύματα θαλασσινού νερού), οι άνοδοι είναι αδιάλυτες και βασικά δεν αλλάζουν κατά τη διαδικασία ηλεκτρόλυσης, αλλά συχνά έχουν καταλυτική επίδραση στις αντιδράσεις ανόδου που πραγματοποιούνται στην επιφάνεια του ηλεκτροδίου. Στη χημική βιομηχανία, οι αδιάλυτες άνοδοι χρησιμοποιούνται κυρίως.
Εκτός από την ικανοποίηση των βασικών απαιτήσεων των γενικών υλικών ηλεκτροδίων (όπως αγωγιμότητα, αντοχή καταλυτικής δραστηριότητας, επεξεργασία, πηγή, τιμή), τα υλικά ανόδου πρέπει επίσης να είναι αδιάλυτα και μη παθητικοποιημένα σε ισχυρή ανοδική πόλωση και σε ανολίτες υψηλότερης θερμοκρασίας. , με υψηλή σταθερότητα. Ο γραφίτης είναι από καιρό το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο υλικό ανόδου. Ωστόσο, ο γραφίτης είναι πορώδης, έχει κακή μηχανική αντοχή και οξειδώνεται εύκολα σε διοξείδιο του άνθρακα. Διαβρώνεται και αποκολλάται συνεχώς κατά τη διαδικασία της ηλεκτρόλυσης, με αποτέλεσμα η απόσταση του ηλεκτροδίου να αυξάνεται σταδιακά και η τάση του στοιχείου να αυξάνεται. Όταν χρησιμοποιείται για ηλεκτρόλυση διαλύματος θαλασσινού νερού, το υπερβολικό δυναμικό έκλυσης χλωρίου στο ηλεκτρόδιο γραφίτη είναι επίσης υψηλό.
Το ηλεκτρόδιο οξειδίου μετάλλου που σχηματίστηκε με την επίστρωση οξειδίου του ρουθηνίου και οξειδίου του τιτανίου σε βάση τιτανίου που προτάθηκε από τον H. Beer τη δεκαετία του 1960 ήταν μια σημαντική καινοτομία στα υλικά ανόδου. Το διοξείδιο του ρουθηνίου έχει καλή καταλυτική δράση για ορισμένες αντιδράσεις ανόδου, όπως η έκλυση χλωρίου και η έκλυση οξυγόνου, και μπορεί να λειτουργήσει σε υψηλή πυκνότητα ρεύματος με σχετικά χαμηλή τάση κυψέλης. Το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό είναι ότι έχει καλή χημική σταθερότητα και η διάρκεια ζωής του είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτή των ανοδίων γραφίτη. Για παράδειγμα, σε ηλεκτρολύτες διαφράγματος που χρησιμοποιούνται στην παραγωγή χλωρίου-αλκαλίου, η διάρκεια ζωής τους μπορεί να φτάσει περισσότερα από 10 χρόνια. Επειδή δεν είναι εύκολο να διαβρωθεί και είναι διαστατικά σταθερό, ονομάζεται σταθερή άνοδος. Προκειμένου να προσαρμοστούν σε διαφορετικές απαιτήσεις και χρήσεις, μπορούν να προστεθούν άλλα εξαρτήματα στην επίστρωση. Για παράδειγμα, η προσθήκη κασσίτερου και ιριδίου μπορεί να αυξήσει το υπερδυναμικό του οξυγόνου και να βελτιώσει την επιλεκτικότητα της ανόδου. Η προσθήκη πλατίνας μπορεί να βελτιώσει τη σταθερότητα του ηλεκτροδίου. Επί του παρόντος, οι άνοδοι μετάλλων με επικάλυψη πολύτιμων μετάλλων έχουν προωθηθεί ευρέως στη χημική βιομηχανία.
Στους ηλεκτρολύτες τετηγμένου αλατιού, επειδή η θερμοκρασία ηλεκτρόλυσης είναι πολύ υψηλότερη από αυτή στους ηλεκτρολύτες υδατικού διαλύματος, οι απαιτήσεις για τα υλικά ανόδου είναι αυστηρότερες. Για την ηλεκτρόλυση τετηγμένου υδροξειδίου του νατρίου, χρησιμοποιούνται γενικά χάλυβας, νικέλιο και τα κράματά τους. Για την ηλεκτρόλυση τετηγμένου χλωριδίου, μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο γραφίτης.
Κάθοδος
Όταν χρησιμοποιείται μέταλλο ή κράμα ως κάθοδος, καθώς λειτουργεί με σχετικά αρνητικό δυναμικό, μπορεί συχνά να διαδραματίσει ρόλο στην καθοδική προστασία και είναι λιγότερο διαβρωτικό, επομένως το υλικό της καθόδου είναι ευκολότερο να επιλεχθεί. Σε ένα υδατικό ηλεκτρολυτικό στοιχείο, η κάθοδος παράγει γενικά μια αντίδραση έκλυσης υδρογόνου και έχει υψηλό δυναμικό. Ως εκ τούτου, η κύρια κατεύθυνση βελτίωσης των υλικών καθόδου είναι η μείωση του υπερβολικού δυναμικού της έκλυσης υδρογόνου. Εκτός από την περίπτωση χρήσης θειικού οξέος ως ηλεκτρολύτη, ο μόλυβδος ή ο γραφίτης πρέπει να χρησιμοποιείται ως κάθοδος, ο χάλυβας χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα είναι ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο υλικό καθόδου. Προκειμένου να μειωθεί η κατανάλωση ενέργειας, χρησιμοποιούνται επί του παρόντος διάφορες μέθοδοι για την παρασκευή καθόδων με υψηλή ειδική επιφάνεια και καταλυτική δραστηριότητα, όπως πορώδεις επινικελωμένες καθόδους.
Προκειμένου να βελτιωθεί η ποιότητα του προϊόντος, μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν ειδικά υλικά καθόδου. Για παράδειγμα, στην κάθοδο υδραργύρου που χρησιμοποιείται για την ηλεκτρολύση του διαλύματος θαλασσινού νερού για την παραγωγή καυστικής σόδας χρησιμοποιώντας τη μέθοδο υδραργύρου, το υψηλό δυναμικό έκλυσης υδρογόνου από τον υδράργυρο χρησιμοποιείται για την εκκένωση ιόντων νατρίου για τη δημιουργία αμαλγάματος νατρίου, το οποίο στη συνέχεια χρησιμοποιείται σε ειδικό εξοπλισμός, το αμάλγαμα νατρίου αποσυντίθεται με νερό για την παρασκευή αλκαλικού διαλύματος υψηλής καθαρότητας, υψηλής συγκέντρωσης. Επιπλέον, προκειμένου να εξοικονομηθεί ηλεκτρική ενέργεια, μια κάθοδος που καταναλώνει οξυγόνο μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη μείωση του οξυγόνου στην κάθοδο για να αντικαταστήσει την αντίδραση έκλυσης υδρογόνου. Σύμφωνα με τους θεωρητικούς υπολογισμούς, η τάση του στοιχείου μπορεί να μειωθεί κατά 1,23 V.
2. Διάφραγμα
Προκειμένου να αποφευχθεί η ανάμειξη προϊόντων καθόδου και ανόδου και να αποφευχθούν πιθανές επιβλαβείς αντιδράσεις, στα ηλεκτρολυτικά κύτταρα, χρησιμοποιούνται βασικά διαφράγματα για τον διαχωρισμό των θαλάμων καθόδου και ανόδου. Το διάφραγμα πρέπει να έχει ένα ορισμένο πορώδες για να επιτρέπει στα ιόντα να περνούν χωρίς να επιτρέπουν τη διέλευση μορίων ή φυσαλίδων. Όταν το ρεύμα ρέει μέσα από το διάφραγμα, η πτώση ωμικής τάσης του διαφράγματος πρέπει να είναι χαμηλή. Αυτές οι απαιτήσεις απόδοσης παραμένουν βασικά αμετάβλητες κατά τη χρήση και απαιτούν καλή χημική σταθερότητα και μηχανική αντοχή υπό τη δράση των ηλεκτρολυτών στους θαλάμους καθόδου και ανόδου. Κατά την ηλεκτρόλυση του νερού, οι ηλεκτρολύτες στους θαλάμους καθόδου και ανόδου είναι οι ίδιοι. Το διάφραγμα του ηλεκτρολυτικού στοιχείου χρειάζεται μόνο να διαχωρίσει τους θαλάμους καθόδου και ανόδου για να εξασφαλίσει την καθαρότητα του υδρογόνου και του οξυγόνου και να αποτρέψει τις εκρήξεις που προκαλούνται από την ανάμειξη υδρογόνου και οξυγόνου. Μια πιο κοινή και περίπλοκη κατάσταση είναι ότι οι συνθέσεις ηλεκτρολυτών στους θαλάμους καθόδου και ανόδου του ηλεκτρολυτικού στοιχείου είναι διαφορετικές. Αυτή τη στιγμή, το διάφραγμα πρέπει επίσης να αποτρέψει την αμοιβαία διάχυση και αλληλεπίδραση ηλεκτρολυτικών προϊόντων στους ηλεκτρολύτες των θαλάμων καθόδου και ανόδου. Για παράδειγμα, το διάφραγμα στο ηλεκτρολυτικό στοιχείο του διαφράγματος στην παραγωγή χλωρίου-αλκαλίου μπορεί να αυξήσει την αντίσταση των ιόντων υδροξειδίου από τον θάλαμο καθόδου στον θάλαμο ανόδου.
Τα διαφράγματα κατασκευάζονται από αδρανή υλικά, όπως τα διαφράγματα αμιάντου που χρησιμοποιούνται από καιρό στη βιομηχανία χλωρίου-αλκαλίων. Ωστόσο, η απόδοση των διαχωριστών αμιάντου είναι ασταθής. Όταν η άλμη περιέχει ακαθαρσίες ασβεστίου και μαγνησίου, δημιουργείται εύκολα καθίζηση υδροξειδίου στον διαχωριστή, μειώνοντας τη διαπερατότητα. Σε σχετικά υψηλές θερμοκρασίες και υπό τη δράση ηλεκτρολύτη, μπορεί να εμφανιστεί οίδημα και χαλάρωση. Απογείωση. Για το σκοπό αυτό, μπορεί να προστεθεί ρητίνη στον αμίαντο ως ενισχυτικό υλικό ή μπορεί να κατασκευαστεί μια μικροπορώδης μεμβράνη με τη ρητίνη ως κύριο σώμα, η οποία μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τη σταθερότητα και τη μηχανική αντοχή. Η κατιονανταλλακτική μεμβράνη που αναπτύχθηκε στην παραγωγή χλωρίου-αλκαλίου τα τελευταία χρόνια είναι ένας νέος τύπος υλικού μεμβράνης. Έχει εκλεκτικότητα για διείσδυση ιόντων, η οποία μπορεί βασικά να εμποδίσει τα ιόντα χλωρίου να εισέλθουν στον θάλαμο καθόδου, έτσι ώστε να μπορεί να παραχθεί ένα αλκαλικό διάλυμα με εξαιρετικά χαμηλή περιεκτικότητα σε χλωριούχο νάτριο.