1. Elektrode
Anode
Anoden og katoden har forskellige funktioner og har forskellige materialekrav.
Opdelt i to kategorier: opløselig og uopløselig. I elektrolyseceller til raffinering af kobber er anodematerialet opløseligt blisterkobber, der skal raffineres. Det opløses i opløsningen under elektrolyse for at genopfylde det kobber, der kommer ud af opløsningen ved katoden. I elektrolyseceller, der bruges til at elektrolysere vandige opløsninger (såsom saltvandsopløsninger), er anoderne uopløselige, og de ændres stort set ikke under elektrolyseprocessen, men de har ofte en katalytisk effekt på de anodereaktioner, der udføres på elektrodeoverfladen. I den kemiske industri anvendes mest uopløselige anoder.
Ud over at opfylde de grundlæggende krav til generelle elektrodematerialer (såsom ledningsevne, katalytisk aktivitetsstyrke, forarbejdning, kilde, pris), skal anodematerialer også være uopløselige og ikke-passivede i stærk anodisk polarisering og højere temperatur anolytter. , med høj stabilitet. Grafit har længe været det mest udbredte anodemateriale. Imidlertid er grafit porøs, har dårlig mekanisk styrke og oxideres let til kuldioxid. Det korroderes konstant og skrælles af under elektrolyseprocessen, hvilket får elektrodeafstanden til gradvist at øges, og cellespændingen øges. Når det bruges til elektrolyse af saltvandsopløsning, er overpotentialet for chlorudvikling på grafitelektroden også højt.
Metaloxidelektroden dannet ved at belægge rutheniumoxid og titaniumoxid på en titaniumbase foreslået af H. Beer i 1960'erne var en stor innovation inden for anodematerialer. Rutheniumdioxid har god katalytisk aktivitet for visse anodereaktioner, såsom chlorudvikling og oxygenudvikling, og kan arbejde ved høj strømtæthed med relativt lav cellespænding. Den mest fremragende egenskab er, at den har god kemisk stabilitet og dens levetid er meget længere end grafitanoder. For eksempel, i membranelektrolysatorer, der bruges til klor-alkali-produktion, kan deres levetid nå mere end 10 år. Fordi det ikke er let at korrodere og er formstabilt, kaldes det en formstabil anode. For at tilpasse sig forskellige krav og anvendelser kan andre komponenter tilføjes til belægningen. For eksempel kan tilsætning af tin og iridium øge overpotentialet af oxygen og forbedre anodens selektivitet. Tilføjelse af platin kan forbedre elektrodens stabilitet. På nuværende tidspunkt er ædelmetalbelagte metalanoder blevet bredt promoveret i den kemiske industri.
I elektrolyseapparater med smeltet salt er kravene til anodematerialer strengere, fordi elektrolysetemperaturen er meget højere end i elektrolysatorer med vandig opløsning. Til elektrolyse af smeltet natriumhydroxid anvendes generelt stål, nikkel og deres legeringer. Til elektrolyse af smeltet klorid kan der kun anvendes grafit.
Katode
Når metal eller legering bruges som katode, da det virker ved et relativt negativt potentiale, kan det ofte spille en rolle i katodisk beskyttelse og er mindre ætsende, så katodematerialet er lettere at vælge. I en vandig elektrolysecelle frembringer katoden generelt en hydrogenudviklingsreaktion og har et højt overpotentiale. Derfor er den vigtigste forbedringsretning af katodematerialer at reducere hydrogenudviklingsoverpotentialet. Bortset fra når der anvendes svovlsyre som elektrolyt, skal bly eller grafit bruges som katode, er lavkulstofstål et almindeligt anvendt katodemateriale. For at reducere strømforbruget bruges der i øjeblikket forskellige metoder til at fremstille katoder med højt specifikt overfladeareal og katalytisk aktivitet, såsom porøse nikkelbelagte katoder.
For at forbedre produktkvaliteten kan specielle katodematerialer også anvendes. For eksempel, i kviksølvkatoden, der bruges til at elektrolysere saltvandsopløsning til fremstilling af kaustisk soda ved hjælp af kviksølvmetoden, bruges det høje overpotentiale for hydrogenudvikling fra kviksølv til at udlede natriumioner for at generere natriumamalgam, som derefter bruges i en særlig udstyr, nedbrydes natriumamalgam med vand for at fremstille en alkaliopløsning med høj renhed og høj koncentration. For at spare elektrisk energi kan en iltforbrugende katode desuden også bruges til at reducere ilt ved katoden for at erstatte hydrogenudviklingsreaktionen. Ifølge teoretiske beregninger kan cellespændingen reduceres med 1,23V.
2. Membran
For at forhindre sammenblanding af katode- og anodeprodukter og undgå mulige skadelige reaktioner, bruges membraner i elektrolyseceller som udgangspunkt til at adskille katode- og anodekamrene. Membranen skal have en vis porøsitet for at tillade ioner at passere igennem uden at tillade molekyler eller bobler at passere igennem. Når der løber strøm gennem membranen, skal membranens ohmske spændingsfald være lavt. Disse ydeevnekrav forbliver stort set uændrede under brug, og de kræver god kemisk stabilitet og mekanisk styrke under påvirkning af elektrolytter i katode- og anodekamrene. Ved elektrolyse af vand er elektrolytterne i katode- og anodekamrene de samme. Membranen i elektrolysecellen behøver kun at adskille katode- og anodekamrene for at sikre renheden af brint og oxygen og forhindre eksplosioner forårsaget af blanding af brint og oxygen. En mere almindelig og kompliceret situation er, at elektrolytsammensætningerne i katode- og anodekamrene i elektrolysecellen er forskellige. På dette tidspunkt skal membranen også forhindre gensidig diffusion og interaktion af elektrolytiske produkter i elektrolytterne i katode- og anodekamrene. For eksempel kan membranen i membranens elektrolysecelle i klor-alkali-produktion øge modstanden af hydroxidionerne fra katodekammeret til anodekammeret.
Membraner er lavet af inerte materialer, såsom de asbestmembraner, der længe har været brugt i klor-alkali-industrien. Imidlertid er ydeevnen af asbestudskillere ustabil. Når saltvandet indeholder calcium- og magnesiumurenheder, dannes der let hydroxidudfældning i separatoren, hvilket reducerer permeabiliteten. Ved relativt høje temperaturer og under påvirkning af elektrolyt kan der forekomme hævelse og løsning. Afgang. Til dette formål kan harpiks tilsættes asbest som et forstærkende materiale, eller der kan fremstilles en mikroporøs membran med harpiks som hovedlegemet, hvilket i høj grad kan forbedre stabiliteten og den mekaniske styrke. Kationbyttermembranen udviklet i klor-alkali-produktionen i de senere år er en ny type membranmateriale. Den har selektivitet for iongennemtrængning, som i bund og grund kan forhindre kloridioner i at trænge ind i katodekammeret, så der kan fremstilles en alkaliopløsning med ekstremt lavt natriumchloridindhold.