Dans le domaine de l'électrolyse en aluminium, la cathode, en tant que composant clé pour collecter du liquide en aluminium, a longtemps été dominée par des matériaux à base de carbone -. Cependant, avec l'approvisionnement continu de la recherche en science des matériaux et la demande croissante de systèmes d'électrolyse de performance élevés -, une question est progressivement émergé: l'aluminium lui-même peut-il être une cathode?
Pour répondre à cette question, nous devons d'abord clarifier les fonctions centrales qu'une cathode dans une cellule électrolytique en aluminium doit entreprendre. Il doit avoir une excellente conductivité électrique pour assurer la transmission fluide du courant; Il doit être capable de résister à l'érosion de l'électrolyte de température élevé - (à propos de 950 - 970 degré) et le long - termes immersion de l'aluminium fondu; Dans le même temps, il devrait avoir des propriétés chimiques stables pour éviter les réactions chimiques avec d'autres substances du système d'électrolyse qui affectent la pureté de l'aluminium ou le progrès de l'électrolyse.
L'aluminium lui-même a une conductivité électrique exceptionnelle, qui est proche de celle du cuivre et bien supérieure à celle des cathodes de carbone traditionnelles. Cela semble faire que l'aluminium présente des avantages potentiels en tant que matériau de cathode. De plus, l'aluminium a une bonne conductivité thermique, ce qui peut aider à dissiper la chaleur dans les zones locales de la cellule électrolytique et à réduire l'impact de l'accumulation de température élevée - sur la structure des électrodes.
Cependant, l'application réelle de l'aluminium en tant que cathode fait face à des obstacles insurmontables. Le problème le plus critique est la stabilité chimique de l'aluminium dans l'environnement électrolytique. Dans l'électrolyte de sel fondu à haute température élevé - (principalement composé de cryolite et d'alumine), l'aluminium est facile à réagir avec certains composants dans l'électrolyte. Par exemple, il peut former des composés en aluminium avec des ions contenant du fluor -, qui non seulement consommeront l'aluminium lui-même mais génèrent également des impuretés qui pollueront l'électrolyte, affectant les progrès normaux de l'électrolyse et la qualité de l'aluminium produit.
Un autre problème important est la résistance à la température élevée - de l'aluminium. Bien que l'aluminium ait une certaine résistance à la température - élevée, son point de fusion n'est que de 660 degrés, ce qui est bien inférieur à la température de travail de la cellule électrolytique en aluminium (950 - 970). Dans un environnement de température aussi élevé -, l'aluminium fonde directement, perdant la stabilité structurelle requise en tant qu'électrode. Même si une modification d'alliage est effectuée pour améliorer son point de fusion, l'alliage d'aluminium modifié sera toujours confronté au problème de la dégradation des performances dans des conditions de température longues - -, et il est difficile de répondre aux exigences de durée de vie de la production industrielle.
De plus, du point de vue de la production pratique, la cathode doit maintenir une forme stable pour collecter l'aluminium fondu. Les cathodes de carbone traditionnelles comptent sur leur structure solide à des températures élevées pour former un "conteneur - comme" au bas de la cellule électrolytique. Si l'aluminium est utilisé comme cathode, même s'il ne fonde pas, sa surface sera mouillée par l'aluminium fondu, ce qui rend difficile la séparation du liquide en aluminium collecté de la cathode elle-même, ce qui affectera la décharge normale de l'aluminium et augmentera la difficulté des opérations de production.
À l'heure actuelle, il n'y a pas de cas industriel d'utiliser l'aluminium comme cathode dans l'industrie de l'électrolyse en aluminium. Cependant, cela ne signifie pas que la recherche pertinente n'a pas été effectuée. Certains laboratoires ont essayé de recouvrir l'aluminium avec des couches de protection spéciales, telles que la température - - ou les films métalliques inertes, dans le but d'isoler l'aluminium à partir de l'électrolyte et de l'environnement de température élevé -. Bien que certains progrès aient été réalisés en bref - termes expériences, la couche protectrice décollera ou se dégradera sous la température longue - - et l'érosion chimique, et il est difficile d'atteindre un fonctionnement stable.
En revanche, la cathode en carbone traditionnelle, malgré ses lacunes telles que la durée de vie limitée et la faible conductivité, peut toujours maintenir une stabilité structurelle dans l'environnement électrolytique à température élevé - et a une bonne compatibilité avec l'aluminium électrolytique et fondu. C'est pourquoi il est utilisé dans l'industrie depuis plus d'un siècle. Dans le même temps, les chercheurs développent également de nouveaux matériaux cathodiques tels que les composites à base de graphite - et les matériaux de carbone renforcés en céramique -, qui visent à améliorer les performances sur la base du maintien des avantages des matériaux de carbone, plutôt que de les remplacer par de l'aluminium.
En conclusion, bien que l'aluminium présente certains avantages dans la conductivité électrique, il est actuellement impossible d'être utilisé comme cathode dans l'électrolyse en aluminium en raison des limites de la résistance à la température élevée -, de la stabilité chimique dans l'environnement électrolytique et de la compatibilité structurelle avec le processus de production. Avec le développement de la technologie de modification des matériaux et de revêtement, peut-être à l'avenir, il y aura des percées pour résoudre les principaux problèmes de l'aluminium en tant que cathode, mais dans le système technique actuel, l'aluminium ne peut pas devenir un matériau de cathode pratique pour l'électrolyse en aluminium.
