Prif strwythur cell electrolytig

anod electrod
Mae gan yr anod a'r catod swyddogaethau gwahanol ac mae ganddynt ofynion deunydd gwahanol.
Wedi'i rannu'n ddau gategori: hydawdd ac anhydawdd. Mewn celloedd electrolytig ar gyfer mireinio copr, mae'r deunydd anod yn gopr pothell hydawdd i'w fireinio. Mae'n hydoddi i'r hydoddiant yn ystod electrolysis i ailgyflenwi'r copr sy'n dod allan o'r hydoddiant yn y catod. Mewn celloedd electrolytig a ddefnyddir i electrolyze toddiannau dyfrllyd (fel atebion dŵr halen), mae'r anodau yn anhydawdd ac yn y bôn nid ydynt yn newid yn ystod y broses electrolysis, ond maent yn aml yn cael effaith catalytig ar yr adweithiau anod a wneir ar yr wyneb electrod. Yn y diwydiant cemegol, defnyddir anodau anhydawdd yn bennaf.
Yn ogystal â bodloni gofynion sylfaenol deunyddiau electrod cyffredinol (megis dargludedd, cryfder gweithgaredd catalytig, prosesu, ffynhonnell, pris), mae'n rhaid i ddeunyddiau anod hefyd fod yn anhydawdd a di-oddefol mewn polareiddio anodig cryf ac anolytau tymheredd uwch. , gyda sefydlogrwydd uchel. Graffit yw'r deunydd anod a ddefnyddir amlaf ers amser maith. Fodd bynnag, mae graffit yn fandyllog, mae ganddo gryfder mecanyddol gwael, ac mae'n hawdd ei ocsidio i garbon deuocsid. Mae'n cael ei gyrydu a'i blicio'n gyson yn ystod y broses electrolysis, gan achosi i'r pellter electrod gynyddu'n raddol a chynyddu foltedd y gell. Pan gaiff ei ddefnyddio ar gyfer electrolysis hydoddiant dŵr halen, mae gor-botensial esblygiad clorin ar yr electrod graffit hefyd yn uchel.
Roedd yr electrod metel ocsid a ffurfiwyd gan cotio ruthenium ocsid a thitaniwm ocsid ar sylfaen titaniwm a gynigiwyd gan H. Beer yn y 1960au yn arloesi mawr mewn deunyddiau anod. Mae gan Ruthenium deuocsid weithgaredd catalytig da ar gyfer rhai adweithiau anod megis esblygiad clorin ac esblygiad ocsigen, a gall weithio ar ddwysedd cerrynt uchel gyda foltedd celloedd cymharol isel. Y nodwedd fwyaf rhagorol yw bod ganddo sefydlogrwydd cemegol da ac mae ei fywyd gwaith yn llawer hirach nag anodau graffit. Er enghraifft, mewn electrolyzers diaffram a ddefnyddir mewn cynhyrchu clor-alcali, gall eu hoes gyrraedd mwy na 10 mlynedd. Oherwydd nad yw'n hawdd ei gyrydu a'i fod yn sefydlog o ran dimensiwn, fe'i gelwir yn anod dimensiwn sefydlog. Er mwyn addasu i wahanol ofynion a defnyddiau, gellir ychwanegu cydrannau eraill at y cotio. Er enghraifft, gall ychwanegu tun ac iridium gynyddu gor-botensial ocsigen a gwella detholusrwydd yr anod. Gall ychwanegu platinwm wella sefydlogrwydd yr electrod. Ar hyn o bryd, mae anodau metel gwerthfawr wedi'u gorchuddio â metel wedi'u hyrwyddo'n eang yn y diwydiant cemegol.
Mewn electrolyzers halen tawdd, oherwydd bod y tymheredd electrolysis yn llawer uwch na'r tymheredd mewn electrolyzers hydoddiant dyfrllyd, mae'r gofynion ar gyfer deunyddiau anod yn llymach. Ar gyfer electrolysis sodiwm hydrocsid tawdd, defnyddir dur, nicel a'u aloion yn gyffredinol. Ar gyfer electrolysis clorid tawdd, dim ond graffit y gellir ei ddefnyddio.
catod
Pan ddefnyddir metel neu aloi fel y catod, gan ei fod yn gweithio ar botensial cymharol negyddol, yn aml gall chwarae rhan mewn amddiffyniad cathodig ac mae'n llai cyrydol, felly mae'r deunydd catod yn haws i'w ddewis. Mewn cell electrolytig dyfrllyd, mae'r catod yn gyffredinol yn cynhyrchu adwaith esblygiad hydrogen ac mae ganddo or-botensial uchel. Felly, prif gyfeiriad gwella deunyddiau catod yw lleihau gor-botensial esblygiad hydrogen. Ac eithrio wrth ddefnyddio asid sylffwrig fel yr electrolyte, rhaid defnyddio plwm neu graffit fel y catod, mae dur carbon isel yn ddeunydd catod a ddefnyddir yn gyffredin. Er mwyn lleihau'r defnydd o bŵer, mae gwahanol ddulliau'n cael eu defnyddio ar hyn o bryd i baratoi catodau ag arwynebedd penodol uchel a gweithgaredd catalytig, megis cathodau nicel platiog mandyllog.
Er mwyn gwella ansawdd y cynnyrch, gellir defnyddio deunyddiau catod arbennig hefyd. Er enghraifft, yn y catod mercwri a ddefnyddir i electrolyze hydoddiant dŵr halen i gynhyrchu soda costig gan ddefnyddio'r dull mercwri, defnyddir y gor-botensial uchel o esblygiad hydrogen o mercwri i ollwng ïonau sodiwm i gynhyrchu sodiwm amalgam, a ddefnyddir wedyn mewn arbennig Yn y offer, sodiwm amalgam yn cael ei ddadelfennu â dŵr i baratoi datrysiad alcali purdeb uchel, crynodiad uchel. Yn ogystal, er mwyn arbed ynni trydan, gellir defnyddio catod sy'n cymryd llawer o ocsigen hefyd i leihau ocsigen yn y catod i ddisodli'r adwaith esblygiad hydrogen. Yn ôl cyfrifiadau damcaniaethol, gellir lleihau foltedd y gell 1.23V.
diaffram
Er mwyn atal cymysgu cynhyrchion catod ac anod ac osgoi adweithiau niweidiol posibl, mewn celloedd electrolytig, defnyddir diafframau yn y bôn i wahanu'r siambrau catod a'r anod. Mae angen mandylledd penodol ar y diaffram i ganiatáu i ïonau basio trwodd heb ganiatáu i foleciwlau neu swigod basio drwodd. Pan fydd cerrynt yn llifo trwy'r diaffram, rhaid i ostyngiad foltedd ohmig y diaffram fod yn isel. Yn y bôn, nid yw'r gofynion perfformiad hyn wedi newid yn ystod y defnydd, ac mae angen sefydlogrwydd cemegol da a chryfder mecanyddol arnynt o dan weithred yr electrolytau yn y siambrau catod ac anod. Wrth electrolyzing dŵr, mae'r electrolytau yn y siambrau catod ac anod yr un peth. Dim ond y siambrau catod a'r anod y mae angen i ddiaffragm y gell electrolytig eu gwahanu i sicrhau purdeb hydrogen ac ocsigen ac atal ffrwydradau a achosir gan gymysgu hydrogen ac ocsigen. Sefyllfa fwy cyffredin a chymhleth yw bod y cyfansoddiadau electrolyte yn siambrau catod ac anod y gell electrolytig yn wahanol. Ar yr adeg hon, mae angen i'r diaffram hefyd atal trylediad a rhyngweithiad cynhyrchion electrolytig yn electrolytau'r siambrau catod ac anod. Er enghraifft, gall y diaffram yn y diaffram cell electrolytig mewn cynhyrchu clor-alcali gynyddu ymwrthedd yr ïonau hydrocsid o'r siambr catod i'r siambr anod.
Mae diafframau wedi'u gwneud o ddeunyddiau anadweithiol, fel y diafframau asbestos a ddefnyddiwyd ers amser maith yn y diwydiant clor-alcali. Fodd bynnag, mae perfformiad gwahanyddion asbestos yn ansefydlog. Pan fydd yr heli yn cynnwys amhureddau calsiwm a magnesiwm, mae dyddodiad hydrocsid yn cael ei gynhyrchu'n hawdd yn y gwahanydd, gan leihau'r athreiddedd. Ar dymheredd cymharol uchel ac o dan weithred electrolyte, gall chwyddo a llacio ddigwydd. Tynnwch i ffwrdd. At y diben hwn, gellir ychwanegu resin i asbestos fel deunydd atgyfnerthu, neu gellir gwneud pilen microporous gyda resin fel y prif gorff, a all wella sefydlogrwydd a chryfder mecanyddol yn fawr. Mae'r bilen cyfnewid cation a ddatblygwyd mewn cynhyrchu clor-alcali yn y blynyddoedd diwethaf yn fath newydd o ddeunydd bilen. Mae ganddo ddetholusrwydd ar gyfer treiddiad ïon, a all yn y bôn atal ïonau clorid rhag mynd i mewn i'r siambr catod, fel y gellir cynhyrchu hydoddiant alcali â chynnwys sodiwm clorid isel iawn.