1. Elektrods
Anods
Anodam un katodam ir dažādas funkcijas un atšķirīgas materiālu prasības.
Sadalīts divās kategorijās: šķīstošs un nešķīstošs. Vara rafinēšanai paredzētajās elektrolītiskajās šūnās anoda materiāls ir šķīstošs pūslīšu varš, kas jāattīra. Tas izšķīst šķīdumā elektrolīzes laikā, lai papildinātu varu, kas izplūst no šķīduma pie katoda. Elektrolītiskos šūnās, ko izmanto ūdens šķīdumu (piemēram, sālsūdens šķīdumu) elektrolīzei, anodi ir nešķīstoši un elektrolīzes procesā tie būtībā nemainās, taču tiem bieži ir katalītiska ietekme uz anoda reakcijām, kas tiek veiktas uz elektroda virsmas. Ķīmiskajā rūpniecībā pārsvarā tiek izmantoti nešķīstošie anodi.
Papildus vispārīgo elektrodu materiālu pamatprasībām (piemēram, vadītspēja, katalītiskās aktivitātes stiprums, apstrāde, avots, cena) anoda materiāliem jābūt arī nešķīstošiem un nepasivētiem spēcīgā anodiskā polarizācijā un augstākas temperatūras anolītos. , ar augstu stabilitāti. Grafīts jau sen ir bijis visplašāk izmantotais anoda materiāls. Tomēr grafīts ir porains, tam ir vāja mehāniskā izturība, un tas viegli oksidējas oglekļa dioksīdā. Elektrolīzes procesā tas pastāvīgi tiek korodēts un nolobīts, kā rezultātā pakāpeniski palielinās elektrodu attālums un palielinās šūnas spriegums. Lietojot sālsūdens šķīduma elektrolīzei, arī hlora izdalīšanās potenciāls uz grafīta elektroda ir augsts.
Metāla oksīda elektrods, kas izveidots, pārklājot rutēnija oksīdu un titāna oksīdu uz titāna bāzes, ko ierosināja H. Beer 1960. gados, bija galvenais jauninājums anoda materiālos. Rutēnija dioksīdam ir laba katalītiskā aktivitāte noteiktām anoda reakcijām, piemēram, hlora izdalīšanai un skābekļa izdalīšanai, un tas var darboties ar lielu strāvas blīvumu ar salīdzinoši zemu elementu spriegumu. Izcilākā iezīme ir tā, ka tam ir laba ķīmiskā stabilitāte un tā kalpošanas laiks ir daudz ilgāks nekā grafīta anodiem. Piemēram, diafragmas elektrolizatoros, ko izmanto hlora-sārmu ražošanā, to kalpošanas laiks var sasniegt vairāk nekā 10 gadus. Tā kā to nav viegli korodēt un tā izmēri ir stabili, to sauc par izmēru stabilu anodu. Lai pielāgotos dažādām prasībām un lietojumiem, pārklājumam var pievienot citas sastāvdaļas. Piemēram, alvas un irīdija pievienošana var palielināt skābekļa pārmērīgu potenciālu un uzlabot anoda selektivitāti. Platīna pievienošana var uzlabot elektroda stabilitāti. Pašlaik ķīmiskajā rūpniecībā plaši tiek popularizēti ar dārgmetālu pārklāti metālu anodi.
Izkausēta sāls elektrolizatoros, jo elektrolīzes temperatūra ir daudz augstāka nekā ūdens šķīduma elektrolizatoros, prasības anoda materiāliem ir stingrākas. Izkausēta nātrija hidroksīda elektrolīzei parasti izmanto tēraudu, niķeli un to sakausējumus. Izkausēta hlorīda elektrolīzei var izmantot tikai grafītu.
Katods
Ja par katodu izmanto metālu vai sakausējumu, jo tas darbojas ar relatīvi negatīvu potenciālu, tam bieži var būt nozīme katoda aizsardzībā un tas ir mazāk kodīgs, tāpēc katoda materiālu ir vieglāk izvēlēties. Ūdens elektrolītiskajā šūnā katods parasti rada ūdeņraža izdalīšanās reakciju, un tam ir augsts pārpotenciāls. Tāpēc katoda materiālu galvenais uzlabošanas virziens ir samazināt ūdeņraža izdalīšanās potenciālu. Izņemot gadījumus, kad kā elektrolītu izmanto sērskābi, kā katodu jāizmanto svins vai grafīts, parasti izmanto katodu materiālu ar zemu oglekļa saturu. Lai samazinātu elektroenerģijas patēriņu, pašlaik tiek izmantotas dažādas metodes, lai sagatavotu katodus ar lielu īpatnējo virsmu un katalītisko aktivitāti, piemēram, porainos niķelētos katodus.
Lai uzlabotu produktu kvalitāti, var izmantot arī īpašus katoda materiālus. Piemēram, dzīvsudraba katodā, ko izmanto sālsūdens šķīduma elektrolīzei, lai iegūtu kaustiskā soda, izmantojot dzīvsudraba metodi, lielais ūdeņraža izdalīšanās potenciāls no dzīvsudraba tiek izmantots, lai izvadītu nātrija jonus, lai radītu nātrija amalgamu, ko pēc tam izmanto īpašā iekārtas, nātrija amalgamu sadala ar ūdeni, lai sagatavotu augstas tīrības pakāpes augstas koncentrācijas sārmu šķīdumu. Turklāt, lai taupītu elektroenerģiju, skābekli patērējošu katodu var izmantot arī skābekļa samazināšanai katodā, lai aizstātu ūdeņraža evolūcijas reakciju. Saskaņā ar teorētiskajiem aprēķiniem elementa spriegumu var samazināt par 1,23 V.
2. Diafragma
Lai novērstu katoda un anoda produktu sajaukšanos un izvairītos no iespējamām kaitīgām reakcijām, elektrolītiskos šūnās galvenokārt tiek izmantotas diafragmas, lai atdalītu katoda un anoda kameras. Diafragmai ir jābūt noteiktai porainībai, lai joni varētu iziet cauri, neļaujot molekulām vai burbuļiem iziet cauri. Kad strāva plūst caur diafragmu, diafragmas ohmiskā sprieguma kritumam jābūt zemam. Šīs veiktspējas prasības lietošanas laikā būtībā nemainās, un tām ir nepieciešama laba ķīmiskā stabilitāte un mehāniskā izturība katoda un anoda kamerās esošo elektrolītu ietekmē. Elektrolizējot ūdeni, elektrolīti katoda un anoda kamerās ir vienādi. Elektrolītiskās šūnas diafragmai ir tikai jāatdala katoda un anoda kameras, lai nodrošinātu ūdeņraža un skābekļa tīrību un novērstu sprādzienus, ko izraisa ūdeņraža un skābekļa sajaukšanās. Biežāka un sarežģītāka situācija ir tāda, ka elektrolītu sastāvs elektrolītiskās šūnas katoda un anoda kamerās ir atšķirīgs. Šajā laikā diafragmai ir arī jānovērš elektrolītisko produktu savstarpēja difūzija un mijiedarbība katoda un anoda kameru elektrolītos. Piemēram, diafragma diafragmas elektrolītiskajā šūnā hlora-sārmu ražošanā var palielināt hidroksīda jonu pretestību no katoda kameras uz anoda kameru.
Diafragmas ir izgatavotas no inertiem materiāliem, piemēram, azbesta diafragmas, ko ilgstoši izmanto hlora-sārmu rūpniecībā. Tomēr azbesta separatoru darbība ir nestabila. Ja sālījumā ir kalcija un magnija piemaisījumi, separatorā viegli veidojas hidroksīda nogulsnes, samazinot caurlaidību. Salīdzinoši augstā temperatūrā un elektrolīta ietekmē var rasties pietūkums un atslābums. Vāc nost. Šim nolūkam azbestam var pievienot sveķus kā pastiprinošu materiālu vai izgatavot mikroporainu membrānu ar sveķiem kā galveno korpusu, kas var ievērojami uzlabot stabilitāti un mehānisko izturību. Katjonu apmaiņas membrāna, kas pēdējos gados izstrādāta hlora-sārmu ražošanā, ir jauna veida membrānas materiāls. Tam ir selektivitāte jonu caurlaidībai, kas būtībā var novērst hlorīda jonu iekļūšanu katoda kamerā, lai varētu iegūt sārma šķīdumu ar ārkārtīgi zemu nātrija hlorīda saturu.