У галузі алюмінієвого електролізу в катод, як ключовий компонент для збору алюмінієвої рідини, давно переважає вуглець - матеріали. Однак, з безперервним поглибленням досліджень матеріалознавства та зростаючим попитом на високі системи електролізу-, поступово виникало питання: чи може сам алюміній бути катодом?
Щоб відповісти на це запитання, ми спочатку повинні уточнити основні функції, які повинен виконувати катод в алюмінієвій електролітичній комірці. Він повинен мати чудову електропровідність, щоб забезпечити плавну передачу струму; Він повинен вміти протистояти ерозії високого - електроліту температури (приблизно 950 - 970 градус) та довгим - терміном занурення розплавленого алюмінію; У той же час він повинен мати стабільні хімічні властивості, щоб уникнути хімічних реакцій з іншими речовинами в системі електролізу, які впливають на чистоту алюмінію або прогрес електролізу.
Сам алюміній має видатну електропровідність, яка близька до міді та набагато вища, ніж у традиційних вуглецевих катод. Це, здається, змушує алюміній мати потенційні переваги як катодний матеріал. Крім того, алюміній має хорошу теплопровідність, яка може допомогти розсіювати тепло в локальних ділянках електролітичної клітини та зменшити вплив високого накопичення температури - на структуру електродів.
Однак фактичне застосування алюмінію як катода стикається з непереборними перешкодами. Найважливішою проблемою є хімічна стійкість алюмінію в електролітичному середовищі. У високому - Температурному розплавленому сольовому електроліті (в основному складається з кріоліту та глинозему), алюміній легко реагувати з деякими компонентами в електроліті. Наприклад, він може утворювати алюмінієві сполуки з фтором -, що містить іони, що не тільки споживатиме сам алюміній, але й генеруватиме домішки, які забруднюють електроліт, що впливає на нормальний хід електролізу та якість виробленого алюмінію.
Ще одна важлива проблема - високий - Температурна стійкість алюмінію. Хоча алюміній має певну високу температуру -, його температура плавлення становить лише 660 градусів, що значно нижча, ніж робоча температура алюмінієвої електролітичної комірки (950 - 970 градус). У такому високому температурному середовищі - алюміній буде розплавитися безпосередньо, втрачаючи структурну стабільність, необхідну як електрод. Навіть якщо проводиться модифікація сплаву для поліпшення своєї температури плавлення, модифікований алюмінієвий сплав все ще зіткнеться з проблемою зниження продуктивності при довгих - Термін високих - температурних умов, і важко відповідати вимогам послуг промислового виробництва.
Крім того, з точки зору практичного виробництва катод повинен підтримувати стабільну форму для збору розплавленого алюмінію. Традиційні вуглецеві катоди покладаються на їх тверду структуру при високих температурах, утворюючи "контейнер - як" простір внизу електролітичної клітини. Якщо алюміній використовується як катод, навіть якщо він не розплавиться, його поверхня буде змочена розплавленим алюмінієм, що ускладнює відокремлення зібраної алюмінієвої рідини від самого катода, що вплине на нормальний розряд алюмінію та збільшить складність виробничих операцій.
В даний час не існує промислового випадку використання алюмінію в якості катода в алюмінієвій галузі електролізу. Однак це не означає, що відповідні дослідження не проводилися. Деякі лабораторії намагалися покрити алюміній із спеціальними захисними шарами, такими як висока - температура - резистентна кераміка або інертні металеві плівки, намагаючись виділити алюміній з електроліту та високого рівня -}. Хоча деякий прогрес був досягнутий коротко - Термінові експерименти, захисний шар очиститься або погіршиться під довгим - Терміном Високий - Температура та хімічна ерозія, і важко досягти стабільної роботи.
Навпаки, традиційний катод вуглецю, незважаючи на свої недоліки, такі як обмежений термін служби та низька провідність, все ще може підтримувати структурну стабільність у високому - електролітичному середовищі температури та має хорошу сумісність з електролітом та розплавленим алюмінієм. Ось чому він використовується в промисловості вже більше століття. У той же час дослідники також розробляють нові катодні матеріали, такі як графіт - композити та керамічні - підсилені вуглецеві матеріали, які спрямовані на підвищення продуктивності на основі підтримки переваг вуглецевих матеріалів, а не заміни їх алюмінієм.
На закінчення, хоча алюміній має певні переваги в електричній провідності, в даний час його неможливо використовувати як катод в алюмінієвому електролізі через обмеження в високій - температурній стійкості, хімічній стійкості в електролітичному середовищі та структурній сумісності з виробничим процесом. З розробкою модифікації матеріалів та технології покриття, можливо, в майбутньому відбудеться прорив у вирішенні ключових проблем алюмінію як катода, але в поточній технічній системі алюміній не може стати практичним катодним матеріалом для алюмінієвого електролізу.
