इलेक्ट्रोलाइटिक सेल की मुख्य संरचना

1. इलेक्ट्रोड
एनोड
एनोड और कैथोड के अलग-अलग कार्य होते हैं और उनकी सामग्री की आवश्यकताएं भी अलग-अलग होती हैं।
दो श्रेणियों में विभाजित: घुलनशील और अघुलनशील। तांबे को परिष्कृत करने के लिए इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाओं में, एनोड सामग्री घुलनशील ब्लिस्टर तांबा है जिसे परिष्कृत किया जाना है। कैथोड पर घोल से निकलने वाले तांबे की भरपाई करने के लिए यह इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान घोल में घुल जाता है। जलीय घोल (जैसे खारे पानी के घोल) को इलेक्ट्रोलाइज करने के लिए उपयोग की जाने वाली इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाओं में, एनोड अघुलनशील होते हैं और वे मूल रूप से इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रिया के दौरान नहीं बदलते हैं, लेकिन वे अक्सर इलेक्ट्रोड सतह पर किए गए एनोड प्रतिक्रियाओं पर उत्प्रेरक प्रभाव डालते हैं। रासायनिक उद्योग में, अघुलनशील एनोड का अधिकतर उपयोग किया जाता है।
सामान्य इलेक्ट्रोड सामग्री (जैसे चालकता, उत्प्रेरक गतिविधि शक्ति, प्रसंस्करण, स्रोत, मूल्य) की बुनियादी आवश्यकताओं को पूरा करने के अलावा, एनोड सामग्री को मजबूत एनोड ध्रुवीकरण और उच्च तापमान वाले एनोलाइट में अघुलनशील और गैर-निष्क्रिय भी होना चाहिए। , उच्च स्थिरता के साथ। ग्रेफाइट लंबे समय से सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली एनोड सामग्री रही है। हालाँकि, ग्रेफाइट छिद्रपूर्ण होता है, इसमें खराब यांत्रिक शक्ति होती है, और यह आसानी से कार्बन डाइऑक्साइड में ऑक्सीकृत हो जाता है। इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रिया के दौरान इसका लगातार क्षरण होता है और छिल जाता है, जिससे इलेक्ट्रोड की दूरी धीरे-धीरे बढ़ती है और सेल वोल्टेज बढ़ता है। जब खारे पानी के घोल के इलेक्ट्रोलिसिस के लिए उपयोग किया जाता है, तो ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड पर क्लोरीन के विकास की अत्यधिक संभावना भी अधिक होती है।
1960 के दशक में एच. बीयर द्वारा प्रस्तावित टाइटेनियम बेस पर रूथेनियम ऑक्साइड और टाइटेनियम ऑक्साइड की कोटिंग से बना धातु ऑक्साइड इलेक्ट्रोड एनोड सामग्री में एक प्रमुख नवाचार था। रूथेनियम डाइऑक्साइड में क्लोरीन विकास और ऑक्सीजन विकास जैसी कुछ एनोड प्रतिक्रियाओं के लिए अच्छी उत्प्रेरक गतिविधि होती है, और यह अपेक्षाकृत कम सेल वोल्टेज के साथ उच्च वर्तमान घनत्व पर काम कर सकता है। सबसे उत्कृष्ट विशेषता यह है कि इसमें अच्छी रासायनिक स्थिरता है और इसका कामकाजी जीवन ग्रेफाइट एनोड की तुलना में बहुत लंबा है। उदाहरण के लिए, क्लोर-क्षार उत्पादन में उपयोग किए जाने वाले डायाफ्राम इलेक्ट्रोलाइज़र में, उनका जीवनकाल 10 वर्ष से अधिक तक पहुंच सकता है। क्योंकि इसे संक्षारित करना आसान नहीं है और यह आयामी रूप से स्थिर है, इसे आयामी रूप से स्थिर एनोड कहा जाता है। विभिन्न आवश्यकताओं और उपयोगों के अनुकूल होने के लिए, अन्य घटकों को कोटिंग में जोड़ा जा सकता है। उदाहरण के लिए, टिन और इरिडियम जोड़ने से ऑक्सीजन की अधिक क्षमता बढ़ सकती है और एनोड की चयनात्मकता में सुधार हो सकता है। प्लैटिनम जोड़ने से इलेक्ट्रोड की स्थिरता में सुधार हो सकता है। वर्तमान में, रासायनिक उद्योग में कीमती धातु-लेपित धातु एनोड को व्यापक रूप से बढ़ावा दिया गया है।
पिघले हुए नमक इलेक्ट्रोलाइज़र में, क्योंकि इलेक्ट्रोलिसिस तापमान जलीय घोल इलेक्ट्रोलाइज़र की तुलना में बहुत अधिक होता है, एनोड सामग्री की आवश्यकताएं सख्त होती हैं। पिघले हुए सोडियम हाइड्रॉक्साइड के इलेक्ट्रोलिसिस के लिए आमतौर पर स्टील, निकल और उनके मिश्र धातुओं का उपयोग किया जाता है। पिघले हुए क्लोराइड के इलेक्ट्रोलिसिस के लिए केवल ग्रेफाइट का उपयोग किया जा सकता है।

कैथोड
जब धातु या मिश्र धातु का उपयोग कैथोड के रूप में किया जाता है, क्योंकि यह अपेक्षाकृत नकारात्मक क्षमता पर काम करता है, तो यह अक्सर कैथोडिक सुरक्षा में भूमिका निभा सकता है और कम संक्षारक होता है, इसलिए कैथोड सामग्री का चयन करना आसान होता है। एक जलीय इलेक्ट्रोलाइटिक सेल में, कैथोड आम तौर पर हाइड्रोजन विकास प्रतिक्रिया उत्पन्न करता है और इसमें उच्च क्षमता होती है। इसलिए, कैथोड सामग्रियों की मुख्य सुधार दिशा हाइड्रोजन विकास की अधिक क्षमता को कम करना है। इलेक्ट्रोलाइट के रूप में सल्फ्यूरिक एसिड का उपयोग करने के अलावा, सीसा या ग्रेफाइट को कैथोड के रूप में इस्तेमाल किया जाना चाहिए, कम कार्बन स्टील आमतौर पर इस्तेमाल की जाने वाली कैथोड सामग्री है। बिजली की खपत को कम करने के लिए, वर्तमान में उच्च विशिष्ट सतह क्षेत्र और उत्प्रेरक गतिविधि वाले कैथोड तैयार करने के लिए विभिन्न तरीकों का उपयोग किया जाता है, जैसे कि झरझरा निकल प्लेटेड कैथोड।
उत्पाद की गुणवत्ता में सुधार के लिए विशेष कैथोड सामग्री का भी उपयोग किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, पारा विधि का उपयोग करके कास्टिक सोडा का उत्पादन करने के लिए खारे पानी के घोल को इलेक्ट्रोलाइज करने के लिए पारा कैथोड का उपयोग किया जाता है, पारा से हाइड्रोजन के विकास की उच्च क्षमता का उपयोग सोडियम अमलगम उत्पन्न करने के लिए सोडियम आयनों को डिस्चार्ज करने के लिए किया जाता है, जिसे बाद में एक विशेष में उपयोग किया जाता है। उपकरण, उच्च शुद्धता, उच्च सांद्रता क्षार समाधान तैयार करने के लिए सोडियम अमलगम को पानी के साथ विघटित किया जाता है। इसके अलावा, विद्युत ऊर्जा को बचाने के लिए, हाइड्रोजन विकास प्रतिक्रिया को बदलने के लिए कैथोड पर ऑक्सीजन को कम करने के लिए ऑक्सीजन लेने वाले कैथोड का भी उपयोग किया जा सकता है। सैद्धांतिक गणना के अनुसार, सेल वोल्टेज को 1.23V तक कम किया जा सकता है।

2. डायाफ्राम
कैथोड और एनोड उत्पादों के मिश्रण को रोकने और संभावित हानिकारक प्रतिक्रियाओं से बचने के लिए, इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाओं में, डायाफ्राम का उपयोग मूल रूप से कैथोड और एनोड कक्षों को अलग करने के लिए किया जाता है। अणुओं या बुलबुले को गुजरने की अनुमति दिए बिना आयनों को गुजरने की अनुमति देने के लिए डायाफ्राम में एक निश्चित छिद्र होना आवश्यक है। जब डायाफ्राम से करंट प्रवाहित होता है, तो डायाफ्राम का ओमिक वोल्टेज ड्रॉप कम होना चाहिए। ये प्रदर्शन आवश्यकताएं उपयोग के दौरान मूल रूप से अपरिवर्तित रहती हैं, और उन्हें कैथोड और एनोड कक्षों में इलेक्ट्रोलाइट्स की कार्रवाई के तहत अच्छी रासायनिक स्थिरता और यांत्रिक शक्ति की आवश्यकता होती है। पानी को इलेक्ट्रोलाइज़ करते समय, कैथोड और एनोड कक्षों में इलेक्ट्रोलाइट्स समान होते हैं। इलेक्ट्रोलाइटिक सेल के डायाफ्राम को हाइड्रोजन और ऑक्सीजन की शुद्धता सुनिश्चित करने और हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के मिश्रण से होने वाले विस्फोटों को रोकने के लिए केवल कैथोड और एनोड कक्षों को अलग करने की आवश्यकता होती है। एक अधिक सामान्य और जटिल स्थिति यह है कि इलेक्ट्रोलाइटिक सेल के कैथोड और एनोड कक्षों में इलेक्ट्रोलाइट रचनाएँ भिन्न होती हैं। इस समय, डायाफ्राम को कैथोड और एनोड कक्षों के इलेक्ट्रोलाइट्स में इलेक्ट्रोलाइटिक उत्पादों के पारस्परिक प्रसार और अंतःक्रिया को रोकने की भी आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, क्लोर-क्षार उत्पादन में डायाफ्राम इलेक्ट्रोलाइटिक सेल में डायाफ्राम कैथोड कक्ष से एनोड कक्ष तक हाइड्रॉक्साइड आयनों के प्रतिरोध को बढ़ा सकता है।
डायाफ्राम अक्रिय सामग्रियों से बने होते हैं, जैसे क्लोर-क्षार उद्योग में लंबे समय से उपयोग किए जाने वाले एस्बेस्टस डायाफ्राम। हालाँकि, एस्बेस्टस विभाजकों का प्रदर्शन अस्थिर है। जब नमकीन पानी में कैल्शियम और मैग्नीशियम की अशुद्धियाँ होती हैं, तो विभाजक में हाइड्रॉक्साइड वर्षा आसानी से उत्पन्न होती है, जिससे पारगम्यता कम हो जाती है। अपेक्षाकृत उच्च तापमान पर और इलेक्ट्रोलाइट के प्रभाव में, सूजन और ढीलापन हो सकता है। उड़ान भरना। इस उद्देश्य के लिए, राल को एक मजबूत सामग्री के रूप में एस्बेस्टस में जोड़ा जा सकता है, या मुख्य शरीर के रूप में राल के साथ एक माइक्रोपोरस झिल्ली बनाई जा सकती है, जो स्थिरता और यांत्रिक शक्ति में काफी सुधार कर सकती है। हाल के वर्षों में क्लोर-क्षार उत्पादन में विकसित धनायन विनिमय झिल्ली एक नए प्रकार की झिल्ली सामग्री है। इसमें आयन प्रवेश के लिए चयनात्मकता है, जो मूल रूप से क्लोराइड आयनों को कैथोड कक्ष में प्रवेश करने से रोक सकती है, ताकि बेहद कम सोडियम क्लोराइड सामग्री वाला क्षार समाधान उत्पन्न किया जा सके।