1.2.2. Катоды.

Катоды предназначены для подвода тока к электрохимической системе и реализации восстановительного процесса. Продукты катодного восстановления могут накапливаться на его поверхности (осаждение металла в гидрометаллургии и гальванотехнике), растворяться в катоде (образование амальгамы металла при электролизе с ртутным катодом) или отводиться от него (выделение газа или образовавшихся жидких продуктов).

При электролизе с выделением металла материал подложки может совпадать с осаждаемым металлом (рафинирование меди и никеля), а может и не совпадать с ним. Так, при экстракции цинка в качестве маточного листа (тонкого листа - подложки, на который наращивается слой цинка) используется алюминий, в гальванотехнике на сплавы железа могут наноситься никель, цинк, хром, олово или их сплавы. В любом случае, влияние подложки снижается при нанесении покрытия толщиной несколько микрометров и перенапряжение процесса определяется перенапряжением выделения металла на этом же металле.

Для уменьшения перенапряжения катодного процесса, также как и анодного, используется нанесение каталитически активных слоев и увеличение истинной поверхности электрода за счет развития рельефа его поверхности при механической обработке или нанесении губчатых осадков.

Развитой поверхностью обладают и так называемые пористые электроды, состоящие из отдельных мелкодисперсных частиц металла или другого материала с электронной проводимостью, находящихся в электрическом и механическом контакте друг с другом. Истинная поверхность пористых электродов может в десятки тысяч раз превышать габаритную поверхность. Такие электроды позволяют реализовывать очень высокие скорости электрохимических реакций (плотности тока), но требуют специальной организации процесса.

Для равномерной работы всей поверхности такого электрода в растворе необходимо равномерное распределение электрического тока и восстанавливаемого вещества по всей внутренней поверхности электрода. Однако поскольку сопротивление материала с электронной проводимостью во много раз меньше сопротивления электролита с ионной проводимостью, ток по всей глубине пор не проходит и большей частью входит в электрод через его наружную поверхность. Аналогично, доставка вещества во внутрь электрода за счет диффузии - очень медленный процесс. Поэтому пористый электрод в растворе работает преимущественно своей наружной поверхностью.

Преимущества пористых электродов в большей степени реализуются, когда реагентом является газообразное вещество. Такие электроды называются газодиффузионными и находят большое применение в химических источниках тока. Одним из разработчиков теории пористого электрода является профессор кафедры. ТЭП ДХТИ Ксенжек О.С.

Несмотря на большое разнообразие типов и формы электродов, наиболее применяемыми являются пластинчатые электроды, особенно в гидроэлектрометаллургии. При применении пластинчатых электродов на их острых ребрах концентрируются силовые линии, в результате чего повышается локальная плотность тока и на ребрах образуются шишковатые толстые отложения металла (рис.1.2.).

Рис.1.2. Профиль металла на маточном листе.

А-при равных размерах анода и катода, Б - при использовании боковых экранов.

Во избежание этого размеры катода делают на несколько сантиметров больше, чем анода и на края электрода одевается рамка из изолирующего материала. Это значительно упрощает съем металла с маточного листа.