Tình trạng phát triển của máy điện phân

Khoảng cách giữa cực âm và cực dương là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến điện áp của tế bào. Khi khoảng cách giữa các cực tăng lên, điện áp rơi trong bể tăng lên và điện áp trong bể tăng lên. Đặc biệt khi làm việc với dòng điện cao, tình trạng mất điện áp này càng nghiêm trọng hơn. Các máy điện phân hiện đại áp dụng nhiều biện pháp khác nhau để giảm khoảng cách giữa các cực, chẳng hạn như sử dụng cực dương khuếch tán và các bộ phân tách được sửa đổi để tạo ra các cấu trúc tế bào điện phân có khoảng cách cực bằng 0. Thời gian lưu của chất điện phân trong bình điện phân không chỉ ảnh hưởng đến năng suất sản xuất của thiết bị mà trong một số trường hợp còn ảnh hưởng đến hiệu suất dòng điện của quá trình điện phân. Ví dụ, trong quá trình sản xuất natri clorat bằng phương pháp điện phân, sản phẩm trung gian là axit hypochlorous (HClO) và axit hypochlorous là phản ứng hóa học giữa các ion clorat (ClO3) diễn ra rất chậm. Nếu để lâu trong tế bào điện phân, không chỉ làm giảm hiệu suất sử dụng của tế bào điện phân mà các ion hypochlorite cũng sẽ bị oxy hóa trên bề mặt cực dương hoặc giảm trên bề mặt cực âm, làm giảm hiệu suất dòng điện. . Do đó, các thiết kế máy điện phân hiện đại cố gắng giảm thể tích và cho phép chất điện phân chảy nhanh dọc theo các điện cực. Nếu cần các phản ứng tiếp theo, một lò phản ứng hóa học độc lập có thể được lắp đặt bên ngoài máy điện phân.
Các điện cực trong tế bào điện phân được lắp đặt theo chiều dọc để gọn hơn, các tấm dẫn điện dễ dàng kết nối và giúp giảm hiệu ứng bong bóng. Vì thường có bọt khí trên bề mặt điện cực nơi khí thoát ra sẽ làm giảm diện tích bề mặt làm việc của điện cực. Ngoài ra, dung dịch gần điện cực cũng sẽ bị lấp đầy bọt khí, làm tăng điện trở của dung dịch. Hiện tượng này được gọi là “hiệu ứng bong bóng”. Tuy nhiên, gần bề mặt điện cực thẳng đứng, các đặc tính sục khí cao, mật độ dung dịch thấp và tốc độ tăng nhanh trong dung dịch có thể được sử dụng để hình thành sự tuần hoàn tự nhiên của chất điện phân, đẩy nhanh các bong bóng rời khỏi bề mặt điện cực và giảm bong bóng tác dụng. Khi điện cực thẳng đứng được sử dụng làm điện cực khí, hình dạng của điện cực chủ yếu là dạng lưới, điều này không chỉ làm tăng diện tích bề mặt làm việc mà còn tạo điều kiện cho bong bóng thoát ra ngoài.
Vật liệu tế bào điện phân có thể là thép, xi măng, gốm sứ, v.v. Thép có khả năng chống kiềm và được sử dụng rộng rãi nhất. Đối với chất điện phân có tính ăn mòn cao, bên trong thùng thép phải được lót bằng chì, nhựa tổng hợp hoặc cao su.
Hiện nay, máy điện phân đang phát triển theo hướng công suất lớn, tiêu hao năng lượng thấp. Máy điện phân lưỡng cực phù hợp cho sản xuất quy mô lớn và đã được sử dụng trong ngành công nghiệp điện phân nước và clo-kiềm.
Hầu hết các tế bào điện phân để sản xuất hydro thông qua quá trình điện phân nước đều sử dụng sắt làm bề mặt cực âm và niken làm bề mặt cực dương trong một tế bào điện phân nối tiếp (trông giống như máy ép lọc) để điện phân dung dịch nước xút hoặc xút. Oxy thoát ra khỏi cực dương và hydro thoát ra khỏi cực âm. Phương pháp này đắt hơn nhưng sản phẩm có độ tinh khiết cao và có thể trực tiếp tạo ra hydro với độ tinh khiết hơn 99,7%.