1. אלקטרודה
אָנוֹדָה
לאנודה ולקתודה יש פונקציות שונות ודרישות חומר שונות.
מתחלק לשתי קטגוריות: מסיס ובלתי מסיס. בתאים אלקטרוליטים לזיכוך נחושת, חומר האנודה הוא נחושת שלפוחית מסיסה לזיקוק. הוא מתמוסס לתוך התמיסה במהלך האלקטרוליזה כדי למלא את הנחושת שיוצאת מהתמיסה בקתודה. בתאים אלקטרוליטים המשמשים לאלקטרוליזה של תמיסות מימיות (כגון תמיסות מי מלח), האנודות אינן מסיסות והן בעצם אינן משתנות במהלך תהליך האלקטרוליזה, אך לרוב יש להן השפעה קטליטית על תגובות האנודה המתבצעות על פני האלקטרודה. בתעשייה הכימית משתמשים בעיקר באנודות בלתי מסיסות.
בנוסף לעמידה בדרישות הבסיסיות של חומרי אלקטרודה כלליים (כגון מוליכות, חוזק פעילות קטליטי, עיבוד, מקור, מחיר), חומרי האנודה חייבים להיות גם בלתי מסיסים ולא מפוזרים בקיטוב אנודי חזק ואנוליטים בטמפרטורה גבוהה יותר. , עם יציבות גבוהה. גרפיט היה זה מכבר חומר האנודה הנפוץ ביותר. עם זאת, הגרפיט הוא נקבובי, בעל חוזק מכני ירוד, והוא מתחמצן בקלות לפחמן דו חמצני. הוא נשחק ומתקלף כל הזמן במהלך תהליך האלקטרוליזה, מה שגורם למרחק האלקטרודה לעלות בהדרגה ולמתח התא לעלות. בשימוש לאלקטרוליזה של תמיסת מי מלח, פוטנציאל היתר של התפתחות הכלור על אלקטרודת הגרפיט הוא גם גבוה.
אלקטרודת תחמוצת המתכת שנוצרה על ידי ציפוי תחמוצת רותניום ותחמוצת טיטניום על בסיס טיטניום שהוצע על ידי H. Beer בשנות ה-60 הייתה חידוש גדול בחומרי האנודה. לרותניום דו-חמצני פעילות קטליטית טובה עבור תגובות אנודה מסוימות כמו התפתחות כלור והתפתחות חמצן, והוא יכול לעבוד בצפיפות זרם גבוהה עם מתח תאים נמוך יחסית. התכונה הבולטת ביותר היא שיש לו יציבות כימית טובה וחיי העבודה שלו ארוכים בהרבה מזה של אנודות גרפיט. לדוגמה, באלקטרוליזרי דיאפרגמה המשמשים בייצור כלור-אלקלי, תוחלת החיים שלהם יכולה להגיע ליותר מ-10 שנים. מכיוון שהיא לא קלה לשחית והיא יציבה מימדית, היא נקראת אנודה יציבה מימדית. על מנת להתאים לדרישות ושימושים שונים ניתן להוסיף לציפוי רכיבים נוספים. לדוגמה, הוספת פח ואירידיום יכולה להגדיל את פוטנציאל היתר של חמצן ולשפר את הסלקטיביות של האנודה. הוספת פלטינה יכולה לשפר את יציבות האלקטרודה. נכון לעכשיו, אנודות מתכת מצופות מתכת יקרות זכו לקידום נרחב בתעשייה הכימית.
באלקטרוליזרי מלח מותך, מכיוון שטמפרטורת האלקטרוליזה גבוהה בהרבה מזו שבאלקטרוליזרים בתמיסה מימית, הדרישות לחומרי האנודה מחמירות יותר. עבור אלקטרוליזה של נתרן הידרוקסיד מותך, פלדה, ניקל וסגסוגות שלהם משמשים בדרך כלל. עבור אלקטרוליזה של כלוריד מותך, ניתן להשתמש רק בגרפיט.
קָטוֹדָה
כאשר משתמשים במתכת או בסגסוגת כקתודה, מכיוון שהיא פועלת בפוטנציאל שלילי יחסית, היא עשויה למלא תפקיד בהגנה קתודית והיא פחות קורוזיבית, כך שקל יותר לבחור את החומר הקתודי. בתא אלקטרוליטי מימי, הקתודה מייצרת בדרך כלל תגובת התפתחות מימן ויש לה פוטנציאל יתר גבוה. לכן, כיוון השיפור העיקרי של חומרי קתודה הוא הפחתת פוטנציאל היתר של התפתחות המימן. למעט כאשר משתמשים בחומצה גופרתית כאלקטרוליט, יש להשתמש בעופרת או בגרפיט כקתודה, פלדה דלת פחמן היא חומר קתודה נפוץ. על מנת להפחית את צריכת החשמל, שיטות שונות משמשות כיום להכנת קתודות בעלות שטח פנים ספציפי ופעילות קטליטית גבוהה, כגון קתודות בציפוי ניקל נקבובי.
על מנת לשפר את איכות המוצר, ניתן להשתמש גם בחומרי קתודה מיוחדים. לדוגמה, בקתודית הכספית המשמשת לאלקטרוליזה של תמיסת מי מלח לייצור סודה קאוסטית בשיטת הכספית, פוטנציאל היתר הגבוה של התפתחות מימן מכספית משמש לפריקת יוני נתרן ליצירת אמלגם נתרן, המשמש לאחר מכן ב- ציוד, נתרן אמלגם מפורק עם מים כדי להכין תמיסת אלקלית בעלת טוהר גבוה וריכוז גבוה. בנוסף, על מנת לחסוך באנרגיה חשמלית, ניתן להשתמש בקתודה הצורכת חמצן גם להפחתת החמצן בקתודה כדי להחליף את תגובת התפתחות המימן. לפי חישובים תיאורטיים, ניתן להפחית את מתח התא ב-1.23V.
2. דיאפרגמה
על מנת למנוע ערבוב של מוצרי קתודה ואנודה ולהימנע מתגובות מזיקות אפשריות, בתאים אלקטרוליטים, בעצם משתמשים בסרעפות להפרדה בין תאי הקתודה לאנודה. הסרעפת צריכה להיות בעלת נקבוביות מסוימת כדי לאפשר ליונים לעבור מבלי לאפשר למולקולות או בועות לעבור דרכן. כאשר זרם זורם דרך הסרעפת, מפל המתח האוהמי של הסרעפת חייב להיות נמוך. דרישות ביצועים אלו נותרות ללא שינוי במהלך השימוש, והן דורשות יציבות כימית טובה וחוזק מכני תחת פעולת האלקטרוליטים בתאי הקתודה והאנודה. בעת אלקטרוליזה של מים, האלקטרוליטים בחדרי הקתודה והאנודה זהים. הדיאפרגמה של התא האלקטרוליטי צריכה רק להפריד בין תאי הקתודה והאנודה כדי להבטיח את טוהר המימן והחמצן ולמנוע פיצוצים הנגרמים על ידי ערבוב מימן וחמצן. מצב נפוץ ומסובך יותר הוא שהרכבי האלקטרוליטים בחדרי הקתודה והאנודה של התא האלקטרוליטי שונים. בשלב זה, הסרעפת צריכה גם למנוע דיפוזיה הדדית ואינטראקציה של מוצרים אלקטרוליטיים באלקטרוליטים של תאי הקתודה והאנודה. לדוגמה, הדיאפרגמה בתא האלקטרוליטי של הסרעפת בייצור כלור-אלקלי יכולה להגביר את ההתנגדות של יוני ההידרוקסיד מתא הקתודה לתא האנודה.
דיאפרגמות עשויות מחומרים אינרטיים, כמו דיאפרגמות האסבסט בשימוש זמן רב בתעשיית הכלור-אלקלי. עם זאת, הביצועים של מפרידי אסבסט אינם יציבים. כאשר התמלחת מכילה זיהומי סידן ומגנזיום, נוצרים בקלות משקעי הידרוקסיד במפריד, מה שמפחית את החדירות. בטמפרטורות גבוהות יחסית ותחת פעולת אלקטרוליט עלולות להתרחש נפיחות והתרופפות. להמריא. לשם כך, ניתן להוסיף שרף לאסבסט כחומר מחזק, או ליצור קרום מיקרו-נקבי עם שרף כגוף הראשי, מה שיכול לשפר מאוד את היציבות והחוזק המכני. ממברנת חילופי הקטיונים שפותחה בייצור כלור-אלקלי בשנים האחרונות היא סוג חדש של חומר ממברנה. יש לו סלקטיביות לחדירת יונים, שבעצם יכולה למנוע מיוני כלוריד להיכנס לתא הקתודה, כך שניתן לייצר תמיסה אלקלית בעלת תכולת נתרן כלורי נמוכה במיוחד.