پیل برق‌کافتی

یک سلول الکترولیتیکی یک سلول الکتروشیمیایی است که از طریق استفاده از انرژی الکتریکی یک واکنش غیر واگرا را انجام می‌دهد. آنها اغلب برای تجزیه ترکیبات شیمیایی، در یک فرایند به نام الکترولیز - کلمه لیز یونان به معنی شکستن است استفاده میشود.
نمونه‌های مهم الکترولیز تجزیه آب به هیدروژن و اکسیژن و بوکسیت به آلومینیوم و سایر مواد شیمیایی است. الکترود (به عنوان مثال از مس، نقره، نیکل یا کروم) با استفاده از یک سلول الکترولیتی انجام می‌شود.
یک سلول الکترولیتی دارای سه جزء است: الکترولیت و دو الکترود (یک کاتد و یک آند). الکترولیت معمولا یک محلول از آب یا سایر حلالها است که در آن یون‌ها حل می‌شوند. نمک‌های مذاب مانند کلرید سدیم نیز الکترولیت هستند. هنگامی که توسط یک ولتاژ خارجی که به الکترودها اعمال می‌شود، یون‌های الکترولیت به یک الکترود با شارژ متضاد جذب می‌شوند، جایی که انتقال واکنش‌های بارز (همچنین به نام فرادادی یا بازوکس) صورت می‌گیرد. تنها با یک پتانسیل الکتریکی خارجی (به عنوان مثال ولتاژ) قطب راست و قدر کافی می‌تواند یک سلول الکترولیتی یک ترکیب شیمیایی به طور نرمال یا پایدار در محلول تجزیه کند. انرژی الکتریکی ارائه شده می‌تواند یک واکنش شیمیایی ایجاد کند که به صورت خود به خود در غیر این صورت رخ نمی‌دهد.
سلول‌های گالوانیک در مقایسه با سلول‌های الکترولیت
یک سلول گالوانیکی را می‌توان یک سلول الکترولیتیک در معکوس در نظر گرفت. در حالی که سلولهای الکترولیتیک انرژی الکتریکی را به انرژی شیمیایی تبدیل می‌کنند، سلول‌های گالوانیزه انرژی شیمیایی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند. سلولهای گالوانیک اغلب در باتری‌ها استفاده می‌شوند.
تعاریف آند و کاتد به شارژ و تخلیه بستگی دارد
مایکل فرادی سلول کاتدی را به عنوان الکترود تعریف کرد که کاتیون‌ها (یون‌های با بار مثبت مثل یون نقره Ag +
) جریان در داخل سلول، با واکنش با الکترون (که منفی شارژ شده) از آن الکترود کاهش می‌یابد.به همین ترتیب، آند آن را به عنوان الکتریسیته تشکیل می‌دهد که آنیون‌ها (یون‌های با بار منفی مانند یون کلرید Cl-
) جریان در داخل سلول، به وسیله رسوب الکترون بر روی الکترود، اکسیداسیون می‌شود.
به یک سیم خارجی متصل به الکترود یک سلول گالوانیکی (یا باتری)، تشکیل یک مدار الکتریکی، کاتد مثبت است و آند منفی است. بنابراین جریان الکتریسیته مثبت از کاتد به آنود از طریق مدار خارجی در مورد یک سلول گالوانیک جریان می‌یابد.
دو سلول ولتاژ ولتاژ نابرابر را در نظر بگیرید. علامت مثبت و منفی الکترودهای هر یک به ترتیب P و N. قرار دادن آنها در یک مدار با P در نزدیکی P و N در نزدیکی N، به طوری که سلول‌ها تمایل به جریان در جهت مخالف. سلول با ولتاژ بزرگتر تخلیه می‌شود، آن را یک سلول گالوانیزه، بنابراین P کاتد است و N آنزیم است که در بالا توضیح داده شده است. اما، سلول با ولتاژ پایین‌تر، آن را به یک سلول الکترولیتی تبدیل می‌کند. در سلول الکترولیتی، یونهای منفی نسبت به یونهای P و مثبت به سمت N هدایت می‌شوند. بنابراین، الکترود P از سلول الکترولیتی با تعریف آنود در حالی که سلول الکترولیتی شارژ می‌شود، مطابقت دارد. به طور مشابه، N الکترود سلول الکترولیتی کاتد است در حالی که سلول الکترولیتی شارژ می‌شود.
استفاده‌ها
همانطور که قبلا ذکر شد، آب، به ویژه وقتی که یون‌ها اضافه می‌شوند (آب نمکی یا آب اسیدی)، می‌توانند الکترولیز شوند (به وسیله الکترولیز). هنگامی که توسط منبع خارجی ولتاژ هدایت می‌شود، H +
یونها به کاتد جریان می‌دهند تا با الکترون‌ها ترکیب شوند تا گاز هیدروژن را در یک واکنش کاهش دهند. به همین ترتیب، OH-
یونها برای آزاد کردن الکترونها و H + به آند منتقل می‌شوند
یون برای تولید گاز اکسیژن در واکنش اکسیداسیون.
در کلرید سدیم ریخته شده، هنگامی که جریان از طریق نمک عبور می‌کند، آند آن را اکسیداسیون یون کلرید (Cl-
) به گاز کلر، آزاد شدن الکترون به آند. به همین ترتیب کاتد یونهای سدیم (Na +) را کاهش می‌دهد
)، که الکترونها را از کاتد و رسوبات بر روی کاتد به عنوان فلز سدیم می‌پذیرند.
NaCl در آب حل می‌شود همچنین می‌تواند الکترولیز شود. این آند اکسیداسیون یون کلرید (Cl-
) و گاز کلری تولید می‌شود. با این حال، در کاتد، به جای یون‌های سدیم به فلز سدیم، مولکول‌های آب به یون‌های هیدروکسید (OH-
) و گاز هیدروژن (H2). نتیجه کلی الکترولیز تولید گاز کلر و محلول هیدروکسید سدیم (NaOH) است.
به صورت تجاری، سلول‌های الکترولیتی در الکترولیفینینگ و الکترونی کردن چندین فلز غیر آهنی استفاده می‌شود. تقریبا تمام آلومینیوم با کیفیت بالا، مس، روی و سرب در صنایع الکترولیتی تولید می‌شود.