Elektrolytische Zellen für wässrige Lösungen
Elektrolysezellen mit wässriger Lösung können in zwei Typen unterteilt werden: Membranzellen und Zellen ohne Membran. Membranzellen können weiter in isotrope Membranen (Asbestwolle), Ionenmembranen und Festelektrolytmembranen (wie -Al2O3) unterteilt werden; Nicht-Zwerchfellzellen können weiter in Quecksilberzellen und Oxidationszellen unterteilt werden.
Der Zellaufbau variiert je nach verwendetem Elektrolyt.
Elektrolysezellen mit wässriger Lösung werden in zwei Typen unterteilt: Membranzellen und Zellen ohne Membran. Im Allgemeinen werden Membranzellen verwendet. Zellen ohne -Membran werden in der Chloratproduktion und im Quecksilberverfahren zur Herstellung von Chlor und Natronlauge eingesetzt. Die Maximierung der Elektrodenoberfläche pro Volumeneinheit kann die Produktionseffizienz der Zelle verbessern. Daher stehen die Elektroden in modernen Diaphragma-Elektrolysezellen meist aufrecht. Elektrolysezellen weisen je nach Material, Struktur und Installation ihrer internen Komponenten unterschiedliche Leistungen und Eigenschaften auf.
Elektrolyseure für geschmolzenes Salz
Sie werden hauptsächlich zur Herstellung von Metallen mit niedrigem -Schmelzpunkt- verwendet. Sie arbeiten bei hohen Temperaturen und minimieren das Eindringen von Feuchtigkeit, um eine Reduktion von Wasserstoffionen an der Kathode zu verhindern. Beispielsweise ist bei der Herstellung von metallischem Natrium das kathodische Reduktionspotential von Natriumionen sehr negativ, was die Reduktion erschwert. Daher müssen wasserfreie Salzschmelzen oder geschmolzene Hydroxide verwendet werden, die keine Wasserstoffionen enthalten, um eine Wasserstoffablagerung an der Kathode zu verhindern. Daher muss der Elektrolyseprozess bei hohen Temperaturen durchgeführt werden, beispielsweise bei 310 Grad für die Elektrolyse von geschmolzenem Natriumhydroxid. Bei gemischten Elektrolyten, die Natriumchlorid enthalten, liegt die Elektrolysetemperatur bei etwa 650 Grad.
Höhere Temperaturen der Elektrolysezelle können durch Variation des Abstands zwischen den Elektroden erreicht werden, wodurch die durch den ohmschen Spannungsabfall verbrauchte elektrische Energie in Wärme umgewandelt wird. Bei der Elektrolyse von geschmolzenem Natriumhydroxid kann die Zelle aus Eisen oder Nickel bestehen. Bei der Elektrolyse geschmolzener Elektrolyte, die Chloride enthalten, kann es durch den unvermeidlichen Eintrag geringer Mengen Wasser aus den Rohstoffen zur Bildung von feuchtem Chlorgas an der Anode kommen, das stark korrosiv für die Zelle ist. Daher bestehen Zellen für die Elektrolyse geschmolzener Chloride im Allgemeinen aus Keramik- oder Phosphatmaterialien, während vor Chlorgas geschützte Bereiche aus Eisen bestehen können. Die kathodischen und anodischen Produkte in Salzschmelze-Elektrolyseuren müssen außerdem ordnungsgemäß getrennt und so schnell wie möglich aus der Zelle entfernt werden, um zu verhindern, dass das Kathodenprodukt Natriummetall über längere Zeiträume auf der Elektrolytoberfläche schwimmt und dort mit dem Anodenprodukt oder Sauerstoff in der Luft reagieren könnte.
Nicht-Wasserelektrolyseure
Denn die komplexen chemischen Reaktionen, die häufig bei der Herstellung organischer Produkte oder der Elektrolyse organischer Stoffe in nicht{0}}wässrigen Elektrolyseuren auftreten, schränken ihre Anwendung ein und werden selten industriell genutzt. Häufig verwendete organische Elektrolyte haben eine geringe Leitfähigkeit und langsame Reaktionsgeschwindigkeiten. Daher sind eine geringere Stromdichte und ein minimaler Elektrodenabstand unerlässlich. Festbett- oder Wirbelbett-Elektrodenstrukturen bieten eine größere Elektrodenoberfläche und erhöhen so die Kapazität des Elektrolyseurs.
