État de développement des électrolyseurs

La distance entre la cathode et l'anode est l'un des facteurs importants affectant la tension de la cellule. À mesure que l'espacement des pôles augmente, la chute de tension ohmique dans le réservoir augmente et la tension du réservoir augmente. Cette perte de tension est particulièrement grave lorsque l'on travaille avec un courant élevé. Les électrolyseurs modernes adoptent diverses mesures pour réduire l'espacement des pôles, telles que l'utilisation d'anodes diffusées et de séparateurs modifiés pour créer des structures de cellules électrolytiques à espacement nul des pôles. Le temps de séjour de l'électrolyte dans la cellule électrolytique affecte non seulement la capacité de production de l'équipement, mais également, dans certains cas, l'efficacité actuelle du processus d'électrolyse. Par exemple, dans la production de chlorate de sodium par électrolyse, l'acide hypochloreux (HClO) et l'acide hypochloreux sont des produits intermédiaires. La réaction chimique entre les ions chlorate (ClO3) est très lente. S'il est laissé dans la cellule électrolytique pendant une longue période, cela réduira non seulement le taux d'utilisation de la cellule électrolytique, mais les ions hypochlorite seront également oxydés sur la surface de l'anode ou réduits sur la surface de la cathode, réduisant ainsi l'efficacité du courant. . Par conséquent, les conceptions modernes d’électrolyseurs s’efforcent de réduire le volume et de permettre à l’électrolyte de s’écouler rapidement le long des électrodes. Si d'autres réactions sont nécessaires, un réacteur chimique indépendant peut être installé à l'extérieur de l'électrolyseur.
Les électrodes de la cellule électrolytique sont installées verticalement pour être plus compactes, les plaques conductrices sont faciles à connecter et il est utile de réduire l'effet bulle. Comme il y a souvent des bulles à la surface de l’électrode où le gaz est libéré, cela réduira la surface de travail de l’électrode. De plus, la solution proche de l’électrode sera également remplie de bulles, augmentant ainsi la résistance de la solution. Ce phénomène est appelé « effet bulle ». Cependant, près de la surface verticale de l'électrode, les caractéristiques d'une aération élevée, d'une faible densité de solution et d'une vitesse d'augmentation rapide dans la solution peuvent être utilisées pour former une circulation naturelle de l'électrolyte, accélérer les bulles pour quitter la surface de l'électrode et réduire la bulle. effet. Lorsque l'électrode verticale est utilisée comme électrode à gaz, la forme de l'électrode est principalement en maille, ce qui non seulement augmente la surface de travail, mais facilite également l'échappement des bulles.
Les matériaux des cellules électrolytiques peuvent être l’acier, le ciment, la céramique, etc. L’acier est résistant aux alcalis et est le plus largement utilisé. Pour les électrolytes hautement corrosifs, l’intérieur du réservoir en acier doit être recouvert de plomb, de résine synthétique ou de caoutchouc.
Actuellement, les électrolyseurs évoluent dans le sens d’une grande capacité et d’une faible consommation d’énergie. L'électrolyseur bipolaire convient à la production à grande échelle et a été utilisé par les industries de l'électrolyse de l'eau et du chlore-alcali.
La plupart des cellules électrolytiques pour la production d'hydrogène par électrolyse de l'eau utilisent le fer comme surface de cathode et le nickel comme surface d'anode dans une cellule électrolytique en série (ressemblant à un filtre-presse) pour électrolyser des solutions aqueuses de potassium caustique ou de soude caustique. L'oxygène sort de l'anode et l'hydrogène sort de la cathode. Cette méthode est plus coûteuse, mais le produit a une pureté élevée et peut produire directement de l'hydrogène avec une pureté supérieure à 99,7 %.