Estructura principal de la celda electrolítica.

ánodo del electrodo
El ánodo y el cátodo tienen diferentes funciones y diferentes requisitos de materiales.
Dividido en dos categorías: solubles e insolubles. En las celdas electrolíticas para refinar cobre, el material del ánodo es cobre ampollado soluble que se va a refinar. Se disuelve en la solución durante la electrólisis para reponer el cobre que sale de la solución en el cátodo. En las celdas electrolíticas utilizadas para electrolizar soluciones acuosas (como soluciones de agua salada), los ánodos son insolubles y básicamente no cambian durante el proceso de electrólisis, pero a menudo tienen un efecto catalítico en las reacciones del ánodo que se llevan a cabo en la superficie del electrodo. En la industria química se utilizan principalmente ánodos insolubles.
Además de cumplir con los requisitos básicos de los materiales generales de los electrodos (como conductividad, fuerza de la actividad catalítica, procesamiento, fuente, precio), los materiales de los ánodos también deben ser insolubles y no pasivados en polarización anódica fuerte y anolitos de temperatura más alta. , con alta estabilidad. El grafito ha sido durante mucho tiempo el material anódico más utilizado. Sin embargo, el grafito es poroso, tiene poca resistencia mecánica y se oxida fácilmente formando dióxido de carbono. Se corroe y se desprende constantemente durante el proceso de electrólisis, lo que hace que la distancia del electrodo aumente gradualmente y el voltaje de la celda aumente. Cuando se utiliza para la electrólisis de una solución de agua salada, el sobrepotencial de desprendimiento de cloro en el electrodo de grafito también es alto.
El electrodo de óxido metálico formado recubriendo óxido de rutenio y óxido de titanio sobre una base de titanio propuesto por H. Beer en la década de 1960 fue una innovación importante en los materiales anódicos. El dióxido de rutenio tiene una buena actividad catalítica para ciertas reacciones anódicas, como la evolución de cloro y la evolución de oxígeno, y puede funcionar con una alta densidad de corriente con un voltaje de celda relativamente bajo. La característica más destacada es que tiene buena estabilidad química y su vida útil es mucho más larga que la de los ánodos de grafito. Por ejemplo, en los electrolizadores de diafragma utilizados en la producción de cloro-álcali, su vida útil puede alcanzar más de 10 años. Debido a que no es fácil de corroer y es dimensionalmente estable, se le llama ánodo dimensionalmente estable. Para adaptarse a diferentes requisitos y usos, se pueden añadir otros componentes al revestimiento. Por ejemplo, agregar estaño e iridio puede aumentar el sobrepotencial de oxígeno y mejorar la selectividad del ánodo. Agregar platino puede mejorar la estabilidad del electrodo. En la actualidad, los ánodos metálicos recubiertos de metales preciosos se han promocionado ampliamente en la industria química.
En los electrolizadores de sales fundidas, debido a que la temperatura de electrólisis es mucho más alta que en los electrolizadores de solución acuosa, los requisitos para los materiales de los ánodos son más estrictos. Para la electrólisis del hidróxido de sodio fundido se utilizan generalmente acero, níquel y sus aleaciones. Para la electrólisis del cloruro fundido, solo se puede utilizar grafito.
cátodo
Cuando se utiliza metal o aleación como cátodo, dado que funciona a un potencial relativamente negativo, a menudo puede desempeñar un papel en la protección catódica y es menos corrosivo, por lo que el material del cátodo es más fácil de seleccionar. En una celda electrolítica acuosa, el cátodo generalmente produce una reacción de desprendimiento de hidrógeno y tiene un alto sobrepotencial. Por lo tanto, la principal dirección de mejora de los materiales catódicos es reducir el sobrepotencial de desprendimiento de hidrógeno. Excepto cuando se utiliza ácido sulfúrico como electrolito, se debe utilizar plomo o grafito como cátodo, el acero con bajo contenido de carbono es un material de cátodo de uso común. Para reducir el consumo de energía, actualmente se utilizan varios métodos para preparar cátodos con alta superficie específica y actividad catalítica, como los cátodos porosos niquelados.
Para mejorar la calidad del producto, también se pueden utilizar materiales catódicos especiales. Por ejemplo, en el cátodo de mercurio utilizado para electrolizar una solución de agua salada para producir soda cáustica utilizando el método del mercurio, el alto sobrepotencial de desprendimiento de hidrógeno a partir del mercurio se utiliza para descargar iones de sodio para generar amalgama de sodio, que luego se utiliza en un proceso especial. equipo, la amalgama de sodio se descompone con agua para preparar una solución alcalina de alta pureza y alta concentración. Además, para ahorrar energía eléctrica, también se puede utilizar un cátodo que consume oxígeno para reducir el oxígeno en el cátodo y reemplazar la reacción de desprendimiento de hidrógeno. Según cálculos teóricos, el voltaje de la celda se puede reducir en 1,23 V.
diafragma
Para evitar la mezcla de productos catódicos y anódicos y evitar posibles reacciones nocivas, en las celdas electrolíticas se utilizan básicamente diafragmas para separar las cámaras catódica y anódica. El diafragma debe tener cierta porosidad para permitir el paso de los iones sin permitir el paso de moléculas o burbujas. Cuando la corriente fluye a través del diafragma, la caída de voltaje óhmico del diafragma debe ser baja. Estos requisitos de rendimiento permanecen básicamente sin cambios durante el uso y requieren una buena estabilidad química y resistencia mecánica bajo la acción de los electrolitos en las cámaras catódica y anódica. Al electrolizar agua, los electrolitos en las cámaras catódica y anódica son los mismos. El diafragma de la celda electrolítica solo necesita separar las cámaras catódica y anódica para garantizar la pureza del hidrógeno y el oxígeno y evitar explosiones causadas por la mezcla de hidrógeno y oxígeno. Una situación más común y complicada es que las composiciones de electrolitos en las cámaras catódica y anódica de la celda electrolítica son diferentes. En este momento, el diafragma también debe evitar la difusión mutua y la interacción de productos electrolíticos en los electrolitos de las cámaras catódica y anódica. Por ejemplo, el diafragma en la celda electrolítica de diafragma en la producción de cloro-álcali puede aumentar la resistencia de los iones de hidróxido desde la cámara catódica a la cámara anódica.
Los diafragmas están hechos de materiales inertes, como los diafragmas de amianto utilizados durante mucho tiempo en la industria cloro-álcalina. Sin embargo, el funcionamiento de los separadores de amianto es inestable. Cuando la salmuera contiene impurezas de calcio y magnesio, la precipitación de hidróxido se genera fácilmente en el separador, lo que reduce la permeabilidad. A temperaturas relativamente altas y bajo la acción del electrolito, puede producirse hinchazón y aflojamiento. Despegar. Para ello, se puede añadir resina al amianto como material de refuerzo, o se puede fabricar una membrana microporosa con resina como cuerpo principal, lo que puede mejorar en gran medida la estabilidad y la resistencia mecánica. La membrana de intercambio catiónico desarrollada en la producción de cloro-álcali en los últimos años es un nuevo tipo de material de membrana. Tiene selectividad para la permeación de iones, lo que básicamente puede evitar que los iones de cloruro entren en la cámara catódica, de modo que se puede producir una solución alcalina con un contenido de cloruro de sodio extremadamente bajo.