1. Elektrod
Anod
Anod dan katod mempunyai fungsi yang berbeza dan mempunyai keperluan bahan yang berbeza.
Terbahagi kepada dua kategori: larut dan tidak larut. Dalam sel elektrolitik untuk penapisan kuprum, bahan anod ialah kuprum lepuh larut untuk ditapis. Ia larut ke dalam larutan semasa elektrolisis untuk menambah kuprum yang keluar daripada larutan di katod. Dalam sel elektrolitik yang digunakan untuk mengelektrolisis larutan akueus (seperti larutan air garam), anod tidak larut dan ia pada asasnya tidak berubah semasa proses elektrolisis, tetapi ia selalunya mempunyai kesan pemangkin pada tindak balas anod yang dijalankan pada permukaan elektrod. Dalam industri kimia, anod tidak larut kebanyakannya digunakan.
Di samping memenuhi keperluan asas bahan elektrod am (seperti kekonduksian, kekuatan aktiviti pemangkin, pemprosesan, sumber, harga), bahan anod juga mestilah tidak larut dan tidak dipasifkan dalam polarisasi anodik yang kuat dan anolit suhu lebih tinggi. , dengan kestabilan yang tinggi. Grafit telah lama menjadi bahan anod yang paling banyak digunakan. Walau bagaimanapun, grafit berliang, mempunyai kekuatan mekanikal yang lemah, dan mudah teroksida menjadi karbon dioksida. Ia sentiasa terhakis dan terkelupas semasa proses elektrolisis, menyebabkan jarak elektrod meningkat secara beransur-ansur dan voltan sel meningkat. Apabila digunakan untuk elektrolisis larutan air garam, potensi lebihan evolusi klorin pada elektrod grafit juga tinggi.
Elektrod oksida logam yang dibentuk dengan menyalut ruthenium oksida dan titanium oksida pada asas titanium yang dicadangkan oleh H. Beer pada tahun 1960-an merupakan inovasi utama dalam bahan anod. Rutenium dioksida mempunyai aktiviti pemangkin yang baik untuk tindak balas anod tertentu seperti evolusi klorin dan evolusi oksigen, dan boleh berfungsi pada ketumpatan arus tinggi dengan voltan sel yang agak rendah. Ciri yang paling menonjol ialah ia mempunyai kestabilan kimia yang baik dan hayat kerjanya lebih lama daripada anod grafit. Sebagai contoh, dalam elektrolisis diafragma yang digunakan dalam pengeluaran klor-alkali, jangka hayatnya boleh mencapai lebih daripada 10 tahun. Kerana ia tidak mudah terhakis dan stabil dari segi dimensi, ia dipanggil anod stabil dimensi. Untuk menyesuaikan diri dengan keperluan dan kegunaan yang berbeza, komponen lain boleh ditambah pada salutan. Sebagai contoh, menambah timah dan iridium boleh meningkatkan potensi berlebihan oksigen dan meningkatkan selektiviti anod. Menambah platinum boleh meningkatkan kestabilan elektrod. Pada masa ini, anod logam bersalut logam berharga telah dipromosikan secara meluas dalam industri kimia.
Dalam elektrolisis garam cair, kerana suhu elektrolisis jauh lebih tinggi daripada elektrolisis larutan akueus, keperluan untuk bahan anod adalah lebih ketat. Untuk elektrolisis natrium hidroksida cair, keluli, nikel dan aloinya biasanya digunakan. Untuk elektrolisis klorida cair, hanya grafit boleh digunakan.
Katod
Apabila logam atau aloi digunakan sebagai katod, kerana ia berfungsi pada potensi yang agak negatif, ia selalunya boleh memainkan peranan dalam perlindungan katod dan kurang mengakis, jadi bahan katod lebih mudah untuk dipilih. Dalam sel elektrolitik akueus, katod biasanya menghasilkan tindak balas evolusi hidrogen dan mempunyai potensi terlebih tinggi. Oleh itu, arah penambahbaikan utama bahan katod adalah untuk mengurangkan potensi berlebihan evolusi hidrogen. Kecuali apabila menggunakan asid sulfurik sebagai elektrolit, plumbum atau grafit mesti digunakan sebagai katod, keluli karbon rendah adalah bahan katod yang biasa digunakan. Untuk mengurangkan penggunaan kuasa, pelbagai kaedah sedang digunakan untuk menyediakan katod dengan luas permukaan spesifik yang tinggi dan aktiviti pemangkin, seperti katod bersalut nikel berliang.
Untuk meningkatkan kualiti produk, bahan katod khas juga boleh digunakan. Sebagai contoh, dalam katod merkuri yang digunakan untuk mengelektrolisis larutan air garam untuk menghasilkan soda kaustik menggunakan kaedah merkuri, potensi berlebihan evolusi hidrogen yang tinggi daripada merkuri digunakan untuk melepaskan ion natrium untuk menghasilkan natrium amalgam, yang kemudiannya digunakan dalam peralatan, natrium amalgam diuraikan dengan air untuk menyediakan larutan alkali berketulenan tinggi dan berkepekatan tinggi. Di samping itu, untuk menjimatkan tenaga elektrik, katod yang menggunakan oksigen juga boleh digunakan untuk mengurangkan oksigen di katod untuk menggantikan tindak balas evolusi hidrogen. Mengikut pengiraan teori, voltan sel boleh dikurangkan sebanyak 1.23V.
2. Diafragma
Untuk mengelakkan percampuran produk katod dan anod dan mengelakkan kemungkinan tindak balas berbahaya, dalam sel elektrolitik, diafragma pada asasnya digunakan untuk memisahkan ruang katod dan anod. Diafragma perlu mempunyai keliangan tertentu untuk membolehkan ion melaluinya tanpa membenarkan molekul atau gelembung melaluinya. Apabila arus mengalir melalui diafragma, penurunan voltan ohmik diafragma mestilah rendah. Keperluan prestasi ini pada asasnya kekal tidak berubah semasa digunakan, dan ia memerlukan kestabilan kimia dan kekuatan mekanikal yang baik di bawah tindakan elektrolit dalam ruang katod dan anod. Apabila mengelektrolisis air, elektrolit dalam ruang katod dan anod adalah sama. Diafragma sel elektrolitik hanya perlu memisahkan ruang katod dan anod untuk memastikan ketulenan hidrogen dan oksigen dan mengelakkan letupan yang disebabkan oleh pencampuran hidrogen dan oksigen. Situasi yang lebih biasa dan rumit ialah komposisi elektrolit dalam katod dan ruang anod sel elektrolitik adalah berbeza. Pada masa ini, diafragma juga perlu menghalang penyebaran bersama dan interaksi produk elektrolitik dalam elektrolit ruang katod dan anod. Sebagai contoh, diafragma dalam sel elektrolitik diafragma dalam pengeluaran klor-alkali boleh meningkatkan rintangan ion hidroksida dari ruang katod ke ruang anod.
Diafragma diperbuat daripada bahan lengai, seperti diafragma asbestos yang lama digunakan dalam industri klor-alkali. Walau bagaimanapun, prestasi pemisah asbestos adalah tidak stabil. Apabila air garam mengandungi kekotoran kalsium dan magnesium, pemendakan hidroksida mudah dijana dalam pemisah, mengurangkan kebolehtelapan. Pada suhu yang agak tinggi dan di bawah tindakan elektrolit, bengkak dan longgar mungkin berlaku. Berlepas. Untuk tujuan ini, resin boleh ditambah kepada asbestos sebagai bahan penguat, atau membran mikroporous boleh dibuat dengan resin sebagai badan utama, yang boleh meningkatkan kestabilan dan kekuatan mekanikal. Membran pertukaran kation yang dibangunkan dalam pengeluaran klor-alkali dalam beberapa tahun kebelakangan ini adalah jenis bahan membran yang baru. Ia mempunyai selektiviti untuk resapan ion, yang pada asasnya boleh menghalang ion klorida daripada memasuki ruang katod, supaya larutan alkali dengan kandungan natrium klorida yang sangat rendah boleh dihasilkan.