1. Електрода
Анода
Анода и катода имају различите функције и имају различите захтеве за материјалом.
Подељен у две категорије: растворљив и нерастворљив. У електролитичким ћелијама за рафинацију бакра, анодни материјал је растворљиви блистер бакар који се рафинише. Раствара се у раствору током електролизе да би надокнадио бакар који излази из раствора на катоди. У електролитичким ћелијама које се користе за електролизу водених раствора (као што су раствори слане воде), аноде су нерастворљиве и у основи се не мењају током процеса електролизе, али често имају каталитички ефекат на анодне реакције које се одвијају на површини електроде. У хемијској индустрији најчешће се користе нерастворљиве аноде.
Осим што испуњавају основне захтеве општих електродних материјала (као што су проводљивост, јачина каталитичке активности, обрада, извор, цена), анодни материјали такође морају бити нерастворљиви и непасивирани у јакој анодној поларизацији и анолитима на вишим температурама. , са високом стабилношћу. Графит је дуго био најчешће коришћени анодни материјал. Међутим, графит је порозан, има слабу механичку чврстоћу и лако се оксидира у угљен-диоксид. Стално се кородира и љушти током процеса електролизе, што доводи до постепеног повећања размака електрода и повећања напона ћелије. Када се користи за електролизу раствора слане воде, превелики потенцијал еволуције хлора на графитној електроди је такође висок.
Електрода од металног оксида формирана облагањем рутенијум оксида и титанијум оксида на бази титанијума коју је предложио Х. Беер 1960-их била је главна иновација у анодним материјалима. Рутенијум диоксид има добру каталитичку активност за одређене анодне реакције као што су еволуција хлора и кисеоника, и може да ради при високој густини струје са релативно ниским напоном ћелије. Најистакнутија карактеристика је да има добру хемијску стабилност и да му је радни век много дужи од графитних анода. На пример, у мембранским електролизерима који се користе у производњи хлор-алкалија, њихов животни век може да достигне више од 10 година. Пошто није лако кородирати и димензионално је стабилна, назива се димензионално стабилна анода. Да би се прилагодили различитим захтевима и употреби, премазу се могу додати и друге компоненте. На пример, додавање калаја и иридијума може повећати вишак кисеоника и побољшати селективност аноде. Додавање платине може побољшати стабилност електроде. Тренутно су металне аноде обложене племенитим металима широко промовисане у хемијској индустрији.
У електролизерима растопљене соли, пошто је температура електролизе много виша од оне у електролизерима са воденим раствором, захтеви за анодне материјале су строжији. За електролизу растопљеног натријум хидроксида углавном се користе челик, никл и њихове легуре. За електролизу растопљеног хлорида може се користити само графит.
Цатходе
Када се метал или легура користи као катода, пошто ради на релативно негативном потенцијалу, често може да игра улогу у катодној заштити и мање је корозиван, па је материјал катоде лакше изабрати. У воденој електролитичкој ћелији, катода генерално производи реакцију еволуције водоника и има висок препотенцијал. Према томе, главни правац побољшања катодних материјала је смањење превеликог потенцијала еволуције водоника. Осим када се као електролит користи сумпорна киселина, олово или графит се морају користити као катода, нискоугљенични челик је најчешће коришћен катодни материјал. Да би се смањила потрошња енергије, тренутно се користе различите методе за припрему катода са високом специфичном површином и каталитичком активношћу, као што су порозне никловане катоде.
Да би се побољшао квалитет производа, могу се користити и специјални катодни материјали. На пример, у живиној катоди која се користи за електролизу раствора слане воде за производњу каустичне соде користећи живину методу, висок прекомерни потенцијал еволуције водоника из живе се користи за пражњење натријумових јона да би се добио натријум амалгам, који се затим користи у посебном опреме, натријум амалгам се разлаже водом да би се припремио алкални раствор високе чистоће и високе концентрације. Поред тога, у циљу уштеде електричне енергије, катода која троши кисеоник се такође може користити за смањење кисеоника на катоди како би се заменила реакција еволуције водоника. Према теоријским прорачунима, напон ћелије се може смањити за 1,23В.
2. Дијафрагма
Да би се спречило мешање катодних и анодних производа и избегле могуће штетне реакције, у електролитичким ћелијама се у основи користе дијафрагме за раздвајање катодне и анодне коморе. Дијафрагма треба да има одређену порозност да би омогућила пролазак јона, а да не би дозволио да прођу молекули или мехурићи. Када струја тече кроз дијафрагму, омски пад напона дијафрагме мора бити низак. Ови захтеви за перформансе остају у основи непромењени током употребе и захтевају добру хемијску стабилност и механичку чврстоћу под дејством електролита у катодној и анодној комори. Приликом електролизе воде, електролити у катодној и анодној комори су исти. Дијафрагма електролитичке ћелије треба само да одвоји катодну и анодну комору како би се осигурала чистоћа водоника и кисеоника и спречиле експлозије изазване мешањем водоника и кисеоника. Чешћа и компликованија ситуација је да су састави електролита у катодној и анодној комори електролитичке ћелије различити. У овом тренутку, дијафрагма такође треба да спречи међусобну дифузију и интеракцију електролитичких производа у електролитима катодне и анодне коморе. На пример, дијафрагма у електролитичкој ћелији дијафрагме у производњи хлор-алкала може повећати отпор хидроксидних јона из катодне коморе до анодне коморе.
Дијафрагме су направљене од инертних материјала, као што су азбестне дијафрагме које се дуго користе у хлор-алкалној индустрији. Међутим, перформансе сепаратора азбеста су нестабилне. Када раствор соли садржи нечистоће калцијума и магнезијума, у сепаратору се лако ствара таложење хидроксида, смањујући пропустљивост. На релативно високим температурама и под дејством електролита може доћи до отока и лабављења. Скинути. У ту сврху, смола се може додати азбесту као ојачавајући материјал, или се може направити микропорозна мембрана са смолом као главним телом, што може у великој мери побољшати стабилност и механичку чврстоћу. Мембрана за катјоне која је развијена у производњи хлор-алкала последњих година је нова врста мембранског материјала. Има селективност за продирање јона, што у основи може спречити хлоридне јоне да уђу у катодну комору, тако да се може произвести алкални раствор са изузетно ниским садржајем натријум хлорида.