1. Elektróda
Anód
Az anód és a katód különböző funkciókkal rendelkezik, és eltérő anyagigényűek.
Két kategóriába sorolható: oldható és oldhatatlan. A réz finomítására szolgáló elektrolitikus cellákban az anód anyaga oldható bliszterréz, amelyet finomítani kell. Az elektrolízis során feloldódik az oldatban, hogy pótolja a katódon az oldatból kilépő rezet. A vizes oldatok (például sós vizes oldatok) elektrolízisére használt elektrolitikus cellákban az anódok oldhatatlanok, és alapvetően nem változnak az elektrolízis folyamata során, de gyakran katalitikus hatást fejtenek ki az elektród felületén lezajló anódreakciókra. A vegyiparban többnyire oldhatatlan anódokat használnak.
Az anódanyagoknak amellett, hogy megfeleljenek az általános elektródaanyagok alapvető követelményeinek (pl. vezetőképesség, katalitikus aktivitásszilárdság, feldolgozás, forrás, ár), az erős anódos polarizációban és a magasabb hőmérsékletű anolitokban is oldhatatlannak és passziválatlannak kell lenniük. , nagy stabilitással. A grafit régóta a legszélesebb körben használt anódanyag. A grafit azonban porózus, gyenge mechanikai szilárdságú, és könnyen szén-dioxiddá oxidálódik. Az elektrolízis folyamata során folyamatosan korrodálódik és lehámlik, aminek következtében az elektródák távolsága fokozatosan növekszik, a cella feszültsége pedig nő. Ha sós vizes oldat elektrolízisére használják, a klórfejlődés túlpotenciálja a grafitelektródán is magas.
A H. Beer által az 1960-as években javasolt ruténium-oxid és titán-oxid bevonásával kialakított fém-oxid elektród az anódanyagok egyik fő újítása volt. A ruténium-dioxid jó katalitikus aktivitással rendelkezik bizonyos anódreakciókban, például klórfejlődésben és oxigénfejlődésben, és nagy áramsűrűség mellett, viszonylag alacsony cellafeszültség mellett is működhet. Legkiemelkedőbb tulajdonsága, hogy jó kémiai stabilitással rendelkezik, és élettartama jóval hosszabb, mint a grafitos anódoké. Például a klór-lúggyártásban használt membrános elektrolizátorokban élettartamuk elérheti a 10 évet is. Mivel nem könnyen korrodálható és méretstabil, méretstabil anódnak nevezik. A különböző követelményekhez és felhasználásokhoz való alkalmazkodás érdekében a bevonathoz más komponensek is hozzáadhatók. Például ón és irídium hozzáadása növelheti az oxigén túlpotenciálját és javíthatja az anód szelektivitását. A platina hozzáadása javíthatja az elektróda stabilitását. Jelenleg a vegyiparban széles körben népszerűsítik a nemesfémmel bevont fém anódokat.
Az olvadt sós elektrolizátorokban, mivel az elektrolízis hőmérséklete jóval magasabb, mint a vizes oldatos elektrolizátorokban, szigorúbbak az anódanyagokra vonatkozó követelmények. Az olvadt nátrium-hidroxid elektrolíziséhez általában acélt, nikkelt és ezek ötvözeteit használják. Az olvadt klorid elektrolíziséhez csak grafit használható.
Katód
Ha katódként fémet vagy ötvözetet használnak, mivel az viszonylag negatív potenciálon működik, gyakran szerepet játszhat a katódvédelemben, és kevésbé korrozív, így a katód anyaga könnyebben kiválasztható. Vizes elektrolitikus cellában a katód általában hidrogénfejlődési reakciót vált ki, és nagy a túlpotenciálja. Ezért a katódanyagok fő fejlesztési iránya a hidrogénfejlődési túlpotenciál csökkentése. Kivéve, ha kénsavat használnak elektrolitként, katódként ólmot vagy grafitot kell használni, az alacsony széntartalmú acél egy általánosan használt katódanyag. Az energiafogyasztás csökkentése érdekében jelenleg különféle módszereket alkalmaznak nagy fajlagos felületű és katalitikus aktivitású katódok, például porózus nikkelezett katódok előállítására.
A termékminőség javítása érdekében speciális katódanyagok is használhatók. Például a sós vizes oldat elektrolizálására használt higanykatódban nátronlúg előállításához higanymódszerrel a higanyból történő hidrogénfejlődés magas túlpotenciálját használják fel nátriumionok kisütésére nátrium-amalgám előállítására, amelyet azután egy speciális berendezésekben a nátrium-amalgámot vízzel lebontják, így nagy tisztaságú, nagy koncentrációjú lúgoldatot készítenek. Ezenkívül az elektromos energia megtakarítása érdekében egy oxigénfogyasztó katód is használható a katódon lévő oxigén redukálására, a hidrogénfejlődési reakció helyettesítésére. Az elméleti számítások szerint a cella feszültsége 1,23 V-tal csökkenthető.
2. Membrán
A katód-anódtermékek keveredésének és az esetleges káros reakciók elkerülése érdekében az elektrolitikus cellákban alapvetően membránokat használnak a katód- és anódkamrák elválasztására. A membránnak bizonyos porozitással kell rendelkeznie ahhoz, hogy az ionok áthaladhassanak anélkül, hogy molekulák vagy buborékok áthaladnának rajta. Amikor áram folyik át a membránon, a membrán ohmos feszültségesésének alacsonynak kell lennie. Ezek a teljesítménykövetelmények a használat során alapvetően változatlanok maradnak, és jó kémiai stabilitást és mechanikai szilárdságot igényelnek a katód- és anódkamrában lévő elektrolitok hatására. Víz elektrolízisekor a katód- és az anódkamrában lévő elektrolitok azonosak. Az elektrolitikus cella membránjának csak a katód- és az anódkamrát kell szétválasztania, hogy biztosítsa a hidrogén és az oxigén tisztaságát, és megakadályozza a hidrogén és oxigén keveredése által okozott robbanásokat. Gyakoribb és bonyolultabb helyzet az, hogy az elektrolit cella katód- és anódkamráiban az elektrolit összetétele eltérő. Ekkor a membránnak meg kell akadályoznia az elektrolitikus termékek kölcsönös diffúzióját és kölcsönhatását a katód- és anódkamrák elektrolitjaiban. Például a membrán elektrolitikus cellájában lévő membrán klór-alkáli előállításnál növelheti a hidroxidionok ellenállását a katódkamrából az anódkamrába.
A membránok inert anyagokból készülnek, mint például a klóralkáli iparban régóta használt azbeszt membránok. Az azbesztleválasztók teljesítménye azonban instabil. Ha a sóoldat kalcium- és magnéziumszennyeződéseket tartalmaz, a szeparátorban könnyen keletkezik hidroxid csapadék, ami csökkenti a permeabilitást. Viszonylag magas hőmérsékleten és elektrolit hatására duzzanat és kilazulás léphet fel. Levesz. Ebből a célból gyantát adhatunk azbeszthez erősítő anyagként, vagy mikroporózus membránt készíthetünk, amelynek fő része gyanta, ami nagymértékben javítja a stabilitást és a mechanikai szilárdságot. A klór-alkáli gyártásban az elmúlt években kifejlesztett kationcserélő membrán új típusú membránanyag. Ionáteresztési szelektivitással rendelkezik, ami alapvetően megakadályozza a kloridionok bejutását a katódkamrába, így rendkívül alacsony nátrium-klorid tartalmú lúgoldat állítható elő.