Wie man Elektrolyseure entwickelt

Der Abstand zwischen Kathode und Anode ist einer der wichtigen Faktoren, die die Zellspannung beeinflussen. Mit zunehmendem Polabstand nimmt der ohmsche Spannungsabfall im Tank zu und die Tankspannung steigt. Besonders beim Arbeiten mit hohem Strom ist dieser Spannungsverlust gravierender. Moderne Elektrolyseure ergreifen verschiedene Maßnahmen, um den Polabstand zu reduzieren, wie z. B. die Verwendung von Diffusionsanoden und modifizierten Separatoren, um elektrolytische Zellstrukturen mit Nullpolabstand zu schaffen. Die Verweilzeit des Elektrolyten in der Elektrolysezelle beeinflusst nicht nur die Produktionskapazität der Anlage, sondern in manchen Fällen auch die aktuelle Effizienz des Elektrolyseprozesses. Beispielsweise entsteht bei der Herstellung von Natriumchlorat durch Elektrolyse das Zwischenprodukt Hypochlorige Säure (HClO) und Hypochlorige Säure. Die chemische Reaktion zwischen Chlorationen (ClO3) ist sehr langsam. Wenn es längere Zeit in der Elektrolysezelle belassen wird, verringert sich nicht nur die Auslastung der Elektrolysezelle, sondern die Hypochloritionen werden auch auf der Anodenoberfläche oxidiert oder auf der Kathodenoberfläche reduziert, was die Stromeffizienz verringert. . Daher streben moderne Elektrolyseurkonstruktionen danach, das Volumen zu reduzieren und einen schnellen Fluss des Elektrolyten entlang der Elektroden zu ermöglichen. Wenn weitere Reaktionen erforderlich sind, kann außerhalb des Elektrolyseurs ein unabhängiger chemischer Reaktor installiert werden.
Die Elektroden in der Elektrolysezelle sind vertikal installiert, um kompakter zu sein, die leitfähigen Platten lassen sich leicht verbinden und es hilft, den Blaseneffekt zu reduzieren. Da sich an der Oberfläche der Elektrode, an der Gas freigesetzt wird, häufig Blasen bilden, verringert sich dadurch die Arbeitsfläche der Elektrode. Darüber hinaus ist die Lösung in der Nähe der Elektrode ebenfalls mit Blasen gefüllt, was den Lösungswiderstand erhöht. Dieses Phänomen wird „Blaseneffekt“ genannt. In der Nähe der vertikalen Elektrodenoberfläche können jedoch die Eigenschaften einer hohen Belüftung, einer geringen Lösungsdichte und einer schnellen Anstiegsgeschwindigkeit in der Lösung genutzt werden, um eine natürliche Zirkulation des Elektrolyten zu erzeugen, die Blasen beim Verlassen der Elektrodenoberfläche zu beschleunigen und die Blase zu reduzieren Wirkung. Wenn die vertikale Elektrode als Gaselektrode verwendet wird, ist die Form der Elektrode meist netzförmig, was nicht nur die Arbeitsfläche vergrößert, sondern auch das Entweichen von Blasen erleichtert.
Materialien für Elektrolysezellen können Stahl, Zement, Keramik usw. sein. Stahl ist alkalibeständig und wird am häufigsten verwendet. Bei stark korrosiven Elektrolyten sollte der Stahltank innen mit Blei, Kunstharz oder Gummi ausgekleidet sein.
Derzeit entwickeln sich Elektrolyseure in Richtung großer Kapazität und geringem Energieverbrauch. Der bipolare Elektrolyseur eignet sich für die Produktion in großem Maßstab und wird in der Wasserelektrolyse- und Chloralkaliindustrie eingesetzt.
Die meisten Elektrolysezellen zur Wasserstoffproduktion durch Wasserelektrolyse verwenden Eisen als Kathodenoberfläche und Nickel als Anodenoberfläche in einer Reihenelektrolysezelle (die wie eine Filterpresse aussieht), um wässrige Lösungen von Ätzkalium oder Natronlauge zu elektrolysieren. Aus der Anode tritt Sauerstoff aus, aus der Kathode Wasserstoff. Diese Methode ist teurer, aber das Produkt weist eine hohe Reinheit auf und kann direkt Wasserstoff mit einer Reinheit von mehr als 99,7 % erzeugen.