Svarbiausias grafito strypų vaidmuo elektrolizėje: efektyvumas, stabilumas ir pramonės reikšmė 

Šiuolaikiniuose elektrocheminiuose procesuose grafito strypai tarnauja kaip nepakeičiami komponentai, ypač kaip elektrodai tiek laboratorinėse, tiek pramoninės apimties elektrolizės sistemose. Elektrolizė, kuri naudoja elektros srovę ne spontaniškoms cheminėms reakcijoms skatinti, labai priklauso nuo naudojamų elektrodų medžiagų veikimo. Tarp įvairių laidžių medžiagų grafito strypai atsirado kaip pageidaujami elektrolizės elektrodai dėl jų unikalių fizikinių ir cheminių savybių, subalansuodami didelį elektrinį laidumą, cheminį stabilumą, šiluminį atsparumą ir ekonominį efektyvumą.

Pagrindiniai grafito strypų pranašumai atliekant elektrolizę

1.IZUMENTINIS ELEKTROS LYGIMAS

Grafito sluoksniuota šešiakampė kristalų struktūra leidžia puikiai mobilumą plokštumoje naudoti plokštumoje, leidžiančią didelį elektrinį laidumą. Tai palengvina stabilų ir efektyvų srovės srautą per elektrolitą, palaikant nuolatinę jonų migraciją ir taip palaikant veiksmingas redokso reakcijas. Dėl šios savybės grafito elektrodai idealiai tinka tokioms pritaikymams kaip chloro gamyba, vandenilio evoliucija ir metalo rafinavimas.

2. Aukštas cheminis stabilumas kontroliuojamoje atmosferoje

Nors grafitas yra chemiškai inertiškas daugelyje elektrolizės aplinkų, ypač mažinant ar inertišką atmosferą, jis gali oksiduotis esant aukštesnei temperatūrai, esant deguonies, gaminant CO ir CO₂ dujas. Jo atsparumas cheminiam rūgščių, šarvų ir išlydytų druskoms cheminiam puolimui užtikrina minimalų elektrodo skilimą ir užteršimą, išsaugant produkto grynumą ir prailginant elektrodų gyvenimo trukmę.

3.SUPERIOR ŠILINIO IR MECHANINĖ SUSTATYMAS

Grafito sublimavimo taškas apie 3652 ° C (esant atmosferos slėgiui) ir puikus šiluminio smūgio atsparumas leidžia jį naudoti esant aukštos temperatūros elektrolizei, pavyzdžiui, išlydytos druskos elektrolizės procesas aliuminio ekstrahavimui (Hall-Héroult procesas). Be to, jo anizotropinis ryšys suteikia mechaninį ilgaamžiškumą, sumažinant susidėvėjimą nuo trinties ar valdymo, taip pratęsdamas elektrodų tarnavimo laiką.

4.elektrodų vartojimo aspektai

Kai kuriuose elektrolizės procesuose, ypač aliuminio gamyboje, grafito strypai tarnauja kaip vartojami anodai, kurie palaipsniui oksiduojasi veikimo metu, todėl reikia reguliariai pakeisti. Ši savybė yra pagrindinis veiklos parametras, turintis įtakos priežiūros planavimui ir proceso ekonomikai.

5.Cost-efektyvumas ir mastelio keitimas

Natūralus grafito gausa ir mažos gamybos sąnaudos suteikia didelių pranašumų, palyginti su tauriųjų metalų elektrodais, tokiais kaip platina ar auksas. Tai daro grafito strypus pasirinktą elektrodų medžiagą per skales-nuo laboratorinių ląstelių iki didelių pramoninių elektrolizės įrenginių tokiuose sektoriuose kaip chlor-alkali ir metalurgija.

Funkciniai vaidmenys elektrolizės ląstelėse

Tipiškose elektrolizės ląstelėse grafito strypai tarnauja::

1.Katodai (neigiami elektrodai), kai, pavyzdžiui, redukcijos reakcijos, vandens elektrolizės metu, vandenilio jonai (H⁺) įgauna elektronus, kad susidarytų vandenilio dujos:

2.2H⁺ + 2E⁻ → H₂ ↑

3.Anodai (teigiami elektrodai), kur yra oksidacijos reakcijos vieta. Pavyzdžiui, hidroksido jonai (OH⁻) praranda elektronus, kad gautų deguonies dujas:

4.4oh⁻ - 4e⁻ → o₂ ↑ + 2H₂o

Grafito cheminis inertiškumas ir elektrinis laidumas užtikrina, kad elektrodai palengvintų elektronų perdavimą, nepageidaujant cheminių transformacijų, taip palaikant reakcijos grynumą ir elektrodų vientisumą.

Pramonės programos ir rinkos aktualumas

Grafito elektrodai yra labai svarbūs įvairiuose sektoriuose, įskaitant:

1.Chlor-alkali pramonė:Natrio chlorido tirpalų elektrolizė chlorui, kaustinei soda (NaOH) ir vandeniliui gaminti, remdamiesi grafito anodais, kad būtų patvarumas ir laidumas.

2.Aluminum lydimas:„Hall - Héroult Processuses“ grafito vartojimo anodai, panardinę į išlydytą kriolitą į elektrolizės aliuminį oksidą, kur elektrodų savybės tiesiogiai veikia proceso efektyvumą.

3. Hidrogeno generavimas:Didėjant žaliojo vandenilio poreikiui, grafito elektrodai yra plačiai naudojami tiek šarminiais, tiek PEM elektrolizatoriais.

4. Varžybos gydymas:Grafito elektrodai palengvina pažangias oksidacijos procesus, kad dėl stabilumo dėl jų stabilumo.

5.energijos saugykla:Grafito pagrindu pagaminti elektrodai prisideda prie naujos kartos akumuliatorių ir kuro elementų technologijų, atliekant nuolatinius nanostruktūrizuotų kompozitų tyrimus, gerinančius našumą.

Kylančios tendencijos ir ateities perspektyvos

Tyrimai ir toliau tiria grafito modifikaciją per dangas, dopingą ir kompozitus su grafeno ar anglies nanovamzdeliais, siekiant padidinti elektrocheminį aktyvumą, sumažinti atsparumą poliarizacijai ir prailginti elektrodų eksploatavimo laiką. Kadangi sustiprėja visuotinis tvarios energijos ir žaliųjų cheminių procesų akcentas, grafito elektrodai išliks kertinė akmens medžiaga dėl jų neprilygstamo savybių derinio.