Klassifizierung von Elektrolyseuren

Nach verschiedenen Klassifizierungen von Elektrolyten
Elektrolyseur für wässrige Lösungen
Elektrolyseure für wässrige Lösungen können in zwei Typen unterteilt werden: Membranelektrolyseure und membranlose Elektrolyseure. Membranelektrolyseure können in homotrope Membranen (Asbestwolle), ionische Membranen und Festelektrolytmembranen (wie -Al2O3) unterteilt werden; Membranfreie Elektrolyseure können in Quecksilberelektrolyseure und Oxidationselektrolyseure unterteilt werden.
Bei der Verwendung unterschiedlicher Elektrolyte unterscheidet sich auch der Aufbau der Elektrolysezelle.
Elektrolyseure für wässrige Lösungen werden in zwei Typen unterteilt: Membran-Elektrolyseure und Nicht-Membran-Elektrolyseure. Im Allgemeinen werden Membranelektrolyseure eingesetzt. Membranlose Elektrolysezellen werden bei der Chlorat- und Quecksilberproduktion von Chlor und Natronlauge eingesetzt. Eine größtmögliche Vergrößerung der Elektrodenoberfläche pro Volumeneinheit kann die Produktionsintensität der Elektrolysezelle verbessern. Daher sind die Elektroden in modernen Membranelektrolyseuren meist stehend angeordnet. Elektrolyseure weisen aufgrund unterschiedlicher Materialien, Strukturen, Installationen usw. der internen Komponenten unterschiedliche Leistungen und Eigenschaften auf [1].
Elektrolyseur für geschmolzenes Salz
Es wird hauptsächlich zur Herstellung von Metallen mit niedrigem Schmelzpunkt verwendet. Es zeichnet sich durch einen Betrieb bei hohen Temperaturen aus und sollte versuchen, das Eindringen von Feuchtigkeit und die Reduktion von Wasserstoffionen an der Kathode zu verhindern. Beispielsweise ist bei der Herstellung von metallischem Natrium die Reduktion sehr schwierig, da das Kathodenreduktionspotential von Natriumionen sehr negativ ist. Um eine Wasserstoffausfällung an der Kathode zu vermeiden, muss wasserfreies geschmolzenes Salz oder geschmolzenes Hydroxid verwendet werden, das keine Wasserstoffionen enthält. Aus diesem Grund muss der Elektrolyseprozess bei hohen Temperaturen durchgeführt werden. Bei der Elektrolyse von geschmolzenem Natriumhydroxid beträgt sie beispielsweise 310 Grad. Wenn es Natriumchlorid enthält und zu einem Mischelektrolyten wird, beträgt die Elektrolysetemperatur etwa 650 Grad.
Die hohe Temperatur der Elektrolysezelle kann durch Veränderung des Elektrodenabstands und Umwandlung der durch den ohmschen Spannungsabfall verbrauchten elektrischen Energie in Wärmeenergie erreicht werden. Bei der Elektrolyse von geschmolzenem Natriumhydroxid kann der Tankkörper aus Eisen oder Nickel bestehen. Durch die Elektrolyse von geschmolzenem, chloridhaltigem Elektrolyt gelangt häufig zwangsläufig eine geringe Menge Feuchtigkeit in die Rohstoffe, wodurch an der Anode feuchtes Chlorgas entsteht, das eine starke korrosive Wirkung auf die Elektrolysezelle hat. Daher werden im Elektrolysetank zur Elektrolyse von geschmolzenem Chlorid im Allgemeinen Keramik- oder Phosphatmaterialien verwendet, und Eisen kann in Teilen verwendet werden, die nicht durch Chlorgas beeinträchtigt werden. Die Kathoden- und Anodenprodukte im Salzschmelze-Elektrolysetank müssen ebenfalls ordnungsgemäß getrennt werden und sollten so schnell wie möglich aus dem Tank abgeleitet werden, um zu verhindern, dass das Kathodenprodukt Metall Natrium für längere Zeit und darüber hinaus auf der Oberfläche des Elektrolyten schwimmt Wechselwirkung mit dem Anodenprodukt oder Sauerstoff in der Luft. .
Elektrolyseur für nichtwässrige Lösungen
Da bei der Herstellung organischer Produkte oder der Elektrolyse organischer Stoffe mit nichtwässrigen Lösungselektrolyseuren häufig verschiedene komplexe chemische Reaktionen einhergehen, sind ihre Einsatzmöglichkeiten begrenzt und nur wenige werden industrialisiert. Der häufig verwendete organische Elektrolyt weist eine geringe Leitfähigkeit und eine geringe Reaktionsgeschwindigkeit auf. Daher muss eine geringere Stromdichte verwendet werden und der Polabstand sollte minimiert werden. Die Elektrodenstruktur mit Festbett oder Wirbelschicht verfügt über eine größere Elektrodenoberfläche, was die Produktionskapazität des Elektrolyseurs verbessern kann.
Klassifiziert nach Elektrodenverbindungsmethode
Elektrolysezellen können je nach Anschlussart der Elektroden in zwei Typen unterteilt werden: unipolare Elektrolysezellen und bipolare Elektrolysezellen. In einer unipolaren Elektrolysezelle sind Elektroden gleicher Polarität parallel zur Gleichstromversorgung geschaltet und die Polaritäten auf beiden Seiten der Elektroden sind gleich, d. h. sie sind gleichzeitig Anoden oder Kathoden. Die Elektroden an beiden Enden des bipolaren Elektrolyseurs werden mit den positiven und negativen Polen der Gleichstromversorgung verbunden und werden so zu Anoden oder Kathoden. Wenn Strom über in Reihe geschaltete Elektroden durch die Elektrolysezelle fließt, ist eine Seite jeder Elektrode in der Mitte die Anode und die andere Seite die Kathode, sie ist also bipolar. Bei gleicher Gesamtelektrodenfläche ist der Strom des bipolaren Elektrolyseurs kleiner und die Spannung höher, und die erforderliche Investition in die Gleichstromversorgung ist geringer als die des unipolaren Elektrolyseurs. Der multipolare Typ hat im Allgemeinen den Aufbau einer Filterpresse und ist relativ kompakt. Es ist jedoch anfällig für Leckagen und Kurzschlüsse, und die Tankstruktur und das Betriebsmanagement sind komplizierter als beim unipolaren Typ. Der Querschnitt monopolarer Elektrolyseure ist im Allgemeinen rechteckig oder quadratisch. Die zylindrische Form nimmt eine große Fläche ein, hat eine geringe Platzausnutzung und wird selten verwendet.