1. Elektroda
Anoda
Anoda i katoda imaju različite funkcije i imaju različite zahtjeve za materijalom.
Dijeli se u dvije kategorije: rastvorljive i nerastvorljive. U elektrolitičkim ćelijama za rafinaciju bakra, anodni materijal je rastvorljivi blister bakar koji se rafinira. Rastvara se u otopini tokom elektrolize kako bi nadoknadio 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 netopive i u osnovi se ne mijenjaju tokom procesa elektrolize, ali često imaju katalitički učinak na anodne reakcije koje se odvijaju na površini elektrode. U hemijskoj industriji najčešće se koriste nerastvorljive anode.
Osim što ispunjavaju osnovne zahtjeve općih elektrodnih materijala (kao što su provodljivost, jačina katalitičke aktivnosti, obrada, izvor, cijena), anodni materijali također moraju biti nerastvorljivi i nepasivirani u jakoj anodnoj polarizaciji i visokotemperaturnim anolitima. , sa visokom stabilnošću. Grafit je dugo bio najčešće korišteni anodni materijal. Međutim, grafit je porozan, ima slabu mehaničku čvrstoću i lako se oksidira u ugljični dioksid. Stalno korodira i ljušti se tokom procesa elektrolize, uzrokujući postupno povećanje udaljenosti elektrode i povećanje napona ćelije. Kada se koristi za elektrolizu rastvora slane vode, prepotencijal evolucije hlora na grafitnoj elektrodi je takođe visok.
Elektroda od metalnog oksida formirana premazivanjem rutenijum oksida i titanijum oksida na bazi titana koju je predložio H. Beer 1960-ih bila je glavna inovacija u anodnim materijalima. Rutenijum dioksid ima dobru katalitičku aktivnost za određene anodne reakcije kao što su evolucija hlora i evolucija kiseonika, i može raditi pri visokoj gustoći struje sa relativno niskim naponom ćelije. Najistaknutija karakteristika je da ima dobru hemijsku stabilnost i da mu je radni vek mnogo duži od grafitnih anoda. Na primjer, u membranskim elektrolizerima koji se koriste u proizvodnji hlor-alkalija, njihov vijek trajanja može doseći više od 10 godina. Budući da nije lako korodirati i da je dimenzijski stabilan, naziva se dimenzionalno stabilna anoda. Kako bi se prilagodili različitim zahtjevima i namjenama, premazu se mogu dodati i druge komponente. Na primjer, dodavanje kalaja i iridija može povećati višak kisika i poboljšati selektivnost anode. Dodavanje platine može poboljšati stabilnost elektrode. Trenutno su metalne anode obložene plemenitim metalima široko promovirane u hemijskoj industriji.
U elektrolizerima s rastopljenom soli, pošto je temperatura elektrolize mnogo viša od one u elektrolizerima s vodenim rastvorom, zahtjevi za anodnim materijalima su stroži. Za elektrolizu rastaljenog natrijevog hidroksida uglavnom se koriste čelik, nikal i njihove legure. Za elektrolizu rastaljenog hlorida može se koristiti samo grafit.
Katoda
Kada se metal ili legura koristi kao katoda, budući da radi na relativno negativnom potencijalu, često može igrati ulogu u katodnoj zaštiti i manje je korozivan, pa je materijal katode lakše odabrati. U vodenoj elektrolitičkoj ćeliji, katoda općenito proizvodi reakciju evolucije vodika i ima visok prepotencijal. Stoga je glavni smjer poboljšanja katodnih materijala smanjenje prenapona evolucije vodika. Osim kada se kao elektrolit koristi sumporna kiselina, olovo ili grafit se moraju koristiti kao katoda, niskougljični čelik je najčešće korišten katodni materijal. Kako bi se smanjila potrošnja energije, trenutno se koriste različite metode za pripremu katoda visoke specifične površine i katalitičke aktivnosti, kao što su porozne niklovane katode.
Kako bi se poboljšao kvalitet proizvoda, mogu se koristiti i specijalni katodni materijali. Na primjer, u živinoj katodi koja se koristi za elektrolizu otopine slane vode za proizvodnju kaustične sode koristeći živinu metodu, visoki prepotencijal evolucije vodika iz žive koristi se za ispuštanje natrijevih iona za stvaranje natrijevog amalgama, koji se zatim koristi u posebnom opreme, natrijum amalgam se razlaže vodom kako bi se pripremio alkalni rastvor visoke čistoće i visoke koncentracije. Osim toga, u cilju uštede električne energije, katoda koja troši kisik se također može koristiti za smanjenje kisika na katodi kako bi se zamijenila reakcija evolucije vodika. Prema teorijskim proračunima, napon ćelije se može smanjiti za 1,23V.
2. Dijafragma
Kako bi se spriječilo miješanje katodnih i anodnih proizvoda i izbjegle moguće štetne reakcije, u elektrolitičkim ćelijama se u osnovi koriste dijafragme za razdvajanje katodne i anodne komore. Dijafragma mora imati određenu poroznost kako bi omogućila prolazak jona, a da ne dopušta da prođu molekuli ili mjehurići. Kada struja teče kroz membranu, omski pad napona dijafragme mora biti nizak. Ovi zahtevi za performanse ostaju u osnovi nepromenjeni tokom upotrebe i zahtevaju dobru hemijsku stabilnost i mehaničku čvrstoću pod dejstvom elektrolita u katodnoj i anodnoj komori. Prilikom elektrolize vode, elektroliti u katodnoj i anodnoj komori su isti. Dijafragma elektrolitičke ćelije treba samo da odvoji katodnu i anodnu komoru kako bi se osigurala čistoća vodika i kisika i spriječile eksplozije uzrokovane miješanjem vodika i kisika. Češća i složenija 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 elektrolitičkih produkata u elektrolitima katodne i anodne komore. Na primjer, dijafragma u elektrolitičkoj ćeliji dijafragme u proizvodnji hlor-alkalija može povećati otpornost hidroksidnih jona iz katodne komore u anodnu komoru.
Dijafragme su napravljene od inertnih materijala, kao što su azbestne dijafragme koje se dugo koriste u hlor-alkalnoj industriji. Međutim, performanse separatora azbesta su nestabilne. Kada slana otopina sadrži nečistoće kalcija i magnezija, u separatoru se lako stvara taloženje hidroksida, smanjujući propusnost. Na relativno visokim temperaturama i pod dejstvom elektrolita može doći do oticanja i labavljenja. Skini se. U tu svrhu, smola se može dodati azbestu kao ojačavajući materijal, ili se može napraviti mikroporozna membrana sa smolom kao glavnim tijelom, što može uvelike poboljšati stabilnost i mehaničku čvrstoću. Kationska izmjenjivačka membrana razvijena u proizvodnji hlor-alkala posljednjih godina je nova vrsta membranskog materijala. Ima selektivnost za propusnost jona, što u osnovi može spriječiti hloridne ione da uđu u katodnu komoru, tako da se može proizvesti alkalna otopina s ekstremno niskim sadržajem natrijum hlorida.