電解槽の開発方法

カソードとアノードの間の距離は、セル電圧に影響を与える重要な要素の 1 つです。 極間隔が増加すると、タンク内の抵抗電圧降下が増加し、タンク電圧が増加します。 特に大電流で動作する場合、この電圧損失はさらに深刻になります。 最新の電解槽では、拡散アノードや改良型セパレータを使用して極間隔がゼロの電解セル構造を作成するなど、極間隔を減らすためのさまざまな手段が採用されています。 電解槽内の電解液の滞留時間は、装置の生産能力に影響を与えるだけでなく、場合によっては電解プロセスの電流効率にも影響します。 たとえば、電気分解による塩素酸ナトリウムの製造では、中間生成物である次亜塩素酸 (HClO) と次亜塩素酸イオン (ClO3) 間の化学反応は非常に遅いです。 電解槽内に長時間放置すると、電解槽の利用率が低下するだけでなく、次亜塩素酸イオンが陽極表面で酸化または陰極表面で還元され、電流効率が低下します。 。 したがって、最新の電解槽の設計では、体積を減らし、電解液が電極に沿って素早く流れるように努めています。 さらに反応が必要な場合は、電解槽の外側に独立した化学反応器を設置できます。
電解槽内の電極は垂直に設置されているためコンパクトになり、導電板の接続が容易になり、気泡の影響を軽減するのに役立ちます。 ガスが放出される電極の表面には気泡が存在することが多いため、電極の作用表面積が減少します。 さらに、電極付近の溶液も気泡で満たされ、溶液抵抗が増加します。 この現象を「バブル効果」といいます。 しかし、垂直な電極表面付近では、高い通気、低い溶液密度、および溶液中の速い上昇速度の特性を利用して、電解液の自然循環を形成し、電極表面からの気泡の離脱を加速し、気泡を減少させることができます。効果。 縦型電極をガス電極として使用する場合、電極の形状はほとんどがメッシュ状となるため、作用表面積が増加するだけでなく、気泡が抜けやすくなります。
電解槽の材質には鋼、セメント、セラミックなどがあり、鋼は耐アルカリ性があり、最も広く使用されています。 腐食性の高い電解液の場合は、鋼製タンクの内側を鉛、合成樹脂、またはゴムでライニングする必要があります。
現在、電解槽は大容量化、低消費電力化を目指して開発が進められています。 バイポーラ電解槽は大規模生産に適しており、水の電気分解や塩素アルカリ産業で使用されています。
水の電気分解による水素製造のためのほとんどの電解槽は、直列電解槽 (フィルター プレスのような外観) の陰極表面として鉄、陽極表面としてニッケルを使用して、苛性カリウムまたは苛性ソーダの水溶液を電気分解します。 酸素はアノードから出て、水素はカソードから出ます。 この方法は高価ですが、製品の純度は高く、純度 99.7% 以上の水素を直接製造できます。