Ym maes electrolysis alwminiwm, mae'r catod, fel cydran allweddol ar gyfer casglu hylif alwminiwm, wedi cael ei ddominyddu ers amser maith gan ddeunyddiau carbon -. Fodd bynnag, gyda dyfnhau ymchwil gwyddoniaeth faterol yn barhaus a'r galw cynyddol am systemau electrolysis perfformiad - uchel, mae cwestiwn wedi dod i'r amlwg yn raddol: A all alwminiwm ei hun fod yn gathod?
I ateb y cwestiwn hwn, yn gyntaf mae angen i ni egluro'r swyddogaethau craidd y mae'n rhaid i gatod mewn cell electrolytig alwminiwm eu cyflawni. Mae angen iddo fod â dargludedd trydanol rhagorol i sicrhau bod cerrynt yn trosglwyddo'n llyfn; rhaid iddo allu gwrthsefyll erydiad electrolyt tymheredd - (tua 950 - 970 gradd) a'r term hir - trochi alwminiwm tawdd; Ar yr un pryd, dylai fod ganddo briodweddau cemegol sefydlog i osgoi adweithiau cemegol â sylweddau eraill yn y system electrolysis sy'n effeithio ar burdeb alwminiwm neu gynnydd electrolysis.
Mae gan alwminiwm ei hun ddargludedd trydanol rhagorol, sy'n agos at gopr ac yn llawer uwch na chathodau carbon traddodiadol. Mae'n ymddangos bod hyn yn gwneud i alwminiwm fod â manteision posibl fel deunydd catod. Yn ogystal, mae gan alwminiwm ddargludedd thermol da, a all helpu i afradu gwres mewn ardaloedd lleol o'r gell electrolytig a lleihau effaith cronni tymheredd - uchel ar strwythur yr electrod.
Fodd bynnag, mae cymhwyso alwminiwm fel catod yn wynebu rhwystrau anorchfygol. Y broblem fwyaf hanfodol yw sefydlogrwydd cemegol alwminiwm yn yr amgylchedd electrolytig. Yn yr electrolyt halen tawdd tymheredd - uchel (sy'n cynnwys cryolit ac alwmina yn bennaf), mae'n hawdd ymateb i alwminiwm gyda rhai cydrannau yn yr electrolyt. Er enghraifft, gall ffurfio cyfansoddion alwminiwm â fflworin - sy'n cynnwys ïonau, a fydd nid yn unig yn defnyddio alwminiwm ei hun ond hefyd yn cynhyrchu amhureddau sy'n llygru'r electrolyt, gan effeithio ar gynnydd arferol electrolysis ac ansawdd yr alwminiwm a gynhyrchir.
Mater pwysig arall yw'r gwrthiant tymheredd - uchel o alwminiwm. Er bod gan alwminiwm wrthwynebiad tymheredd - penodol, dim ond 660 gradd yw ei bwynt toddi, sy'n llawer is na thymheredd gweithio'r gell electrolytig alwminiwm (950 - 970 gradd). Mewn amgylchedd tymheredd mor uchel -, bydd alwminiwm yn toddi'n uniongyrchol, gan golli'r sefydlogrwydd strwythurol sy'n ofynnol fel electrod. Hyd yn oed os cynhelir addasiad aloi i wella ei bwynt toddi, bydd yr aloi alwminiwm wedi'i addasu yn dal i wynebu problem diraddio perfformiad o dan amodau tymheredd hir - uchel -, ac mae'n anodd cwrdd â gofynion oes gwasanaeth cynhyrchu diwydiannol.
Yn ogystal, o safbwynt cynhyrchu ymarferol, mae angen i'r catod gynnal siâp sefydlog i gasglu alwminiwm tawdd. Mae cathodau carbon traddodiadol yn dibynnu ar eu strwythur solet ar dymheredd uchel i ffurfio gofod "cynhwysydd - fel" ar waelod y gell electrolytig. Os defnyddir alwminiwm fel catod, hyd yn oed os na fydd yn toddi, bydd ei wyneb yn cael ei wlychu gan alwminiwm tawdd, gan ei gwneud hi'n anodd gwahanu'r hylif alwminiwm a gasglwyd o'r catod ei hun, a fydd yn effeithio ar ollwng alwminiwm yn arferol ac yn cynyddu anhawster gweithrediadau cynhyrchu.
Ar hyn o bryd, nid oes achos diwydiannol o ddefnyddio alwminiwm fel catod yn y diwydiant electrolysis alwminiwm. Fodd bynnag, nid yw hyn yn golygu nad yw ymchwil berthnasol wedi'i gynnal. Mae rhai labordai wedi ceisio gorchuddio alwminiwm â haenau amddiffynnol arbennig, fel tymheredd uchel - - cerameg gwrthsefyll neu ffilmiau metel anadweithiol, mewn ymgais i ynysu alwminiwm o'r electrolyt ac amgylchedd tymheredd - uchel {{4}. Er bod rhywfaint o gynnydd wedi'i wneud mewn arbrofion tymor byr -, bydd yr haen amddiffynnol yn pilio neu'n diraddio o dan dymheredd hir - uchel - erydiad tymheredd a chemegol, ac mae'n anodd cyflawni gweithrediad sefydlog.
Mewn cyferbyniad, gall y catod carbon traddodiadol, er gwaethaf ei ddiffygion fel bywyd gwasanaeth cyfyngedig a dargludedd isel, ddal i gynnal sefydlogrwydd strwythurol yn yr amgylchedd electrolytig tymheredd - uchel ac mae ganddo gydnawsedd da â'r electrolyt a alwminiwm tawdd. Dyma pam y cafodd ei ddefnyddio mewn diwydiant am fwy na chanrif. Ar yr un pryd, mae ymchwilwyr hefyd yn datblygu deunyddiau cathod newydd fel graffit - a chyfansoddion wedi'u seilio ar a deunyddiau carbon wedi'u hatgyfnerthu cerameg -, sy'n anelu at wella perfformiad ar sail cynnal manteision deunyddiau carbon, yn hytrach na'u disodli ag alwminwm.
I gloi, er bod gan alwminiwm rai manteision mewn dargludedd trydanol, ar hyn o bryd mae'n amhosibl ei ddefnyddio fel catod mewn electrolysis alwminiwm oherwydd cyfyngiadau mewn ymwrthedd tymheredd - uchel, sefydlogrwydd cemegol yn yr amgylchedd electrolytig, a chymhlethdod strwythurol gyda'r broses gynhyrchu. Gyda datblygu technoleg addasu a gorchuddio deunydd, efallai yn y dyfodol, bydd datblygiadau arloesol wrth ddatrys problemau allweddol alwminiwm fel catod, ond yn y system dechnegol gyfredol, ni all alwminiwm ddod yn ddeunydd catod ymarferol ar gyfer electrolysis alwminiwm.
