Di bidang elektrolisis aluminium, katoda, sebagai komponen kunci untuk mengumpulkan cairan aluminium, telah lama didominasi oleh bahan berbasis karbon -. Namun, dengan pendalaman berkelanjutan dari penelitian sains material dan meningkatnya permintaan untuk sistem elektrolisis kinerja - yang tinggi, sebuah pertanyaan secara bertahap muncul: dapatkah aluminium itu sendiri menjadi katoda?
Untuk menjawab pertanyaan ini, pertama -tama kita perlu mengklarifikasi fungsi inti bahwa katoda dalam sel elektrolitik aluminium harus dilakukan. Perlu memiliki konduktivitas listrik yang sangat baik untuk memastikan kelancaran transmisi arus; itu harus dapat menahan erosi elektrolit suhu tinggi - (sekitar 950 - 970 derajat) dan long - istilah perendaman aluminium cair; Pada saat yang sama, ia harus memiliki sifat kimia yang stabil untuk menghindari reaksi kimia dengan zat lain dalam sistem elektrolisis yang mempengaruhi kemurnian aluminium atau kemajuan elektrolisis.
Aluminium itu sendiri memiliki konduktivitas listrik yang luar biasa, yang dekat dengan tembaga dan jauh lebih tinggi daripada katoda karbon tradisional. Ini tampaknya membuat aluminium memiliki potensi keunggulan sebagai bahan katoda. Selain itu, aluminium memiliki konduktivitas termal yang baik, yang dapat membantu menghilangkan panas di area lokal sel elektrolitik dan mengurangi dampak akumulasi suhu - tinggi pada struktur elektroda.
Namun, aplikasi aluminium yang sebenarnya sebagai katoda menghadapi hambatan yang tidak dapat diatasi. Masalah yang paling kritis adalah stabilitas kimia aluminium di lingkungan elektrolitik. Dalam elektrolit garam cair - yang tinggi (terutama terdiri dari cryolite dan alumina), aluminium mudah bereaksi dengan beberapa komponen dalam elektrolit. Sebagai contoh, ini dapat membentuk senyawa aluminium dengan fluor - yang mengandung ion, yang tidak hanya akan mengonsumsi aluminium itu sendiri tetapi juga menghasilkan kotoran yang mencemari elektrolit, mempengaruhi kemajuan normal elektrolisis dan kualitas aluminium yang dihasilkan.
Masalah penting lainnya adalah resistansi suhu aluminium- tinggi. Meskipun aluminium memiliki resistensi suhu - tinggi tertentu, titik lelehnya hanya 660 derajat, yang jauh lebih rendah daripada suhu kerja sel elektrolit aluminium (950 - 970 derajat). Dalam lingkungan suhu- yang tinggi, aluminium akan meleleh secara langsung, kehilangan stabilitas struktural yang diperlukan sebagai elektroda. Bahkan jika modifikasi paduan dilakukan untuk meningkatkan titik peleburannya, paduan aluminium yang dimodifikasi masih akan menghadapi masalah degradasi kinerja di bawah kondisi suhu long - tinggi -, dan sulit untuk memenuhi persyaratan masa pakai produksi industri.
Selain itu, dari perspektif produksi praktis, katoda perlu mempertahankan bentuk yang stabil untuk mengumpulkan aluminium cair. Katoda karbon tradisional mengandalkan struktur padatnya pada suhu tinggi untuk membentuk "wadah - seperti" ruang di bagian bawah sel elektrolitik. Jika aluminium digunakan sebagai katoda, bahkan jika tidak meleleh, permukaannya akan dibasahi oleh aluminium cair, sehingga sulit untuk memisahkan cairan aluminium yang dikumpulkan dari katoda itu sendiri, yang akan mempengaruhi pelepasan aluminium normal dan meningkatkan kesulitan operasi produksi.
Saat ini, tidak ada kasus industri menggunakan aluminium sebagai katoda dalam industri elektrolisis aluminium. Namun, ini tidak berarti bahwa penelitian yang relevan belum dilakukan. Beberapa laboratorium telah mencoba melapisi aluminium dengan lapisan pelindung khusus, seperti suhu tinggi - - keramik tahan atau film logam inert, dalam upaya mengisolasi aluminium dari elektrolit dan lingkungan suhu - tinggi. Meskipun beberapa kemajuan telah dibuat secara singkat - percobaan istilah, lapisan pelindung akan dikupas atau terdegradasi di bawah long - istilah tinggi - suhu dan erosi kimia, dan sulit untuk mencapai operasi yang stabil.
Sebaliknya, katoda karbon tradisional, terlepas dari kekurangannya seperti masa pakai yang terbatas dan konduktivitas rendah, masih dapat mempertahankan stabilitas struktural di lingkungan elektrolitik suhu {{0} {{0} tinggi dan memiliki kompatibilitas yang baik dengan aluminium elektrolit dan cair. Inilah sebabnya mengapa ia telah digunakan dalam industri selama lebih dari seabad. Pada saat yang sama, para peneliti juga mengembangkan bahan katoda baru seperti grafit - komposit dan keramik - bahan karbon yang diperkuat, yang bertujuan untuk meningkatkan kinerja berdasarkan mempertahankan keunggulan bahan karbon, daripada menggantinya dengan aluminium.
Sebagai kesimpulan, meskipun aluminium memiliki keunggulan tertentu dalam konduktivitas listrik, saat ini tidak mungkin digunakan sebagai katoda dalam elektrolisis aluminium karena keterbatasan dalam resistansi suhu - yang tinggi, stabilitas kimia dalam lingkungan elektrolitik, dan kompatibilitas struktural dengan proses produksi. Dengan pengembangan modifikasi material dan teknologi pelapisan, mungkin di masa depan, akan ada terobosan dalam memecahkan masalah utama aluminium sebagai katoda, tetapi dalam sistem teknis saat ini, aluminium tidak dapat menjadi bahan katoda praktis untuk elektrolisis aluminium.
