알루미늄 전기 분해 분야에서, 알루미늄 액체를 수집하기위한 핵심 성분으로서 캐소드는 오랫동안 탄소 - 기반 재료에 의해 지배되어왔다. 그러나 재료 과학 연구의 지속적인 심화와 높은 - 성능 전기 분해 시스템에 대한 수요가 증가함에 따라, 알루미늄 자체가 음극이 될 수 있습니까?
이 질문에 대답하려면 먼저 알루미늄 전해 세포의 음극이 수행되어야한다는 핵심 기능을 명확히해야합니다. 전류의 부드러운 전송을 보장하기 위해 우수한 전기 전도도가 필요합니다. 높은 - 온도 전해질 (약 950 - 970도)의 침식과 긴 - 용융 알루미늄의 침수에 저항 할 수 있어야합니다. 동시에, 알루미늄의 순도 또는 전기 분해의 진행에 영향을 미치는 전기 분해 시스템의 다른 물질과의 화학 반응을 피하기 위해 안정적인 화학적 특성을 가져야한다.
알루미늄 자체는 뛰어난 전기 전도성을 가지고 있으며, 이는 구리의 전기 전도도에 가깝고 전통적인 탄소 캐소드보다 훨씬 높습니다. 이것은 알루미늄이 캐소드 재료로서 잠재적 인 장점을 갖는 것으로 보인다. 또한, 알루미늄은 우수한 열전도율을 가지며, 이는 전해 세포의 국소 영역에서 열을 소산하고 전극 구조에 대한 높은 - 온도 축적의 영향을 줄일 수 있습니다.
그러나, 음극으로서 알루미늄을 실제 적용하는 것은 극복 할 수없는 장애물에 직면한다. 가장 중요한 문제는 전해 환경에서 알루미늄의 화학적 안정성입니다. 높은 - 온도에서 용융 염 전해질 (주로 냉동암 및 알루미나로 구성)에서 알루미늄은 전해질의 일부 성분과 쉽게 반응하기 쉽습니다. 예를 들어, 불소 - 함유 이온을 갖는 알루미늄 화합물을 형성 할 수 있으며, 이온은 알루미늄 자체를 소비 할뿐만 아니라 전해질을 오염시키는 불순물을 생성하여 전기 분해의 정상적인 진행과 생성 된 알루미늄의 품질에 영향을 미칩니다.
또 다른 중요한 문제는 알루미늄의 높은 - 온도 저항입니다. 알루미늄의 온도 저항이 특정 높은 - 온도 저항을 가지지 만, 용융점은 660도에 불과하며, 이는 알루미늄 전해 세포 (950 - 970도)의 작동 온도보다 훨씬 낮습니다. 이러한 높은 - 온도 환경에서 알루미늄은 직접 녹아 전극에 필요한 구조적 안정성을 잃게됩니다. 합금 변형이 융점을 개선하기 위해 합금 변형이 수행 되더라도, 수정 된 알루미늄 합금은 여전히 긴 - 용어 높은 - 온도 조건 하에서 성능 저하 문제에 직면하게되며, 산업 생산의 서비스 수명 요구 사항을 충족시키기가 어렵다.
또한, 실제 생산의 관점에서, 음극은 용융 알루미늄을 수집하기 위해 안정적인 모양을 유지해야합니다. 전통적인 탄소 캐소드는 고온에서 고체 구조에 의존하여 전해 세포의 바닥에 "컨테이너 - 공간을 형성합니다. 알루미늄이 캐소드로 사용되는 경우, 녹지 않더라도 녹은 알루미늄으로 표면이 젖어 수집 된 알루미늄 액체를 캐소드 자체로부터 분리하기가 어렵 기 때문에 알루미늄의 정상적인 배출에 영향을 미치고 생산 작업의 어려움을 증가시킵니다.
현재 알루미늄 전기 분해 산업에서 알루미늄을 캐소드로 사용하는 산업 사례는 없습니다. 그러나 이것이 관련 연구가 수행되지 않았다는 것을 의미하지는 않습니다. 일부 실험실은 전해질 및 높은 - 온도 환경에서 알루미늄을 분리하려는 시도에서 높은 - 온도 - 내성 세라믹 또는 불활성 금속 필름과 같은 특수 보호 층으로 알루미늄을 코팅하려고 시도했습니다. 약간의 진전이 - 용어 실험으로 이루어졌지만, 보호 층은 긴 - 용어 높이 - 온도 및 화학적 침식에서 벗겨 지거나 저하되며 안정적인 작동을 달성하기가 어렵습니다.
대조적으로, 전통적인 탄소 캐소드는 제한된 서비스 수명 및 낮은 전도도와 같은 단점에도 불구하고 여전히 높은 - 온도 전해 환경에서 구조적 안정성을 유지할 수 있으며 전해질 및 용융 알루미늄과 우수한 호환성을 갖습니다. 이것이 1 세기 이상 산업에서 사용 된 이유입니다. 동시에, 연구원들은 또한 흑연 - 기반 복합재 및 세라믹 - 강화 탄소 재료와 같은 새로운 캐소드 재료를 개발하고 있습니다.
결론적으로, 알루미늄은 전기 전도도에서 특정 이점을 가지고 있지만, 높은 - 온도 저항의 한계, 전해 환경에서의 화학적 안정성 및 생산 공정과의 구조적 호환성으로 인해 알루미늄 전기 분해에서 캐소드로 사용되는 것은 현재 불가능합니다. 재료 변형 및 코팅 기술의 개발, 아마도 미래에 알루미늄의 주요 문제를 음극으로 해결하는 데 획기적인 점이있을 것이지만, 현재 기술 시스템에서는 알루미늄이 알루미늄 전기 분해를위한 실제 캐소드 재료가 될 수 없습니다.
