Los electrolizadores de celdas de membrana cuentan con un módulo sellado que consta de dos cámaras, separadas por una membrana de intercambio catiónico flexible, para evitar que los gases de cloro e hidrógeno se mezclen. Las dos cámaras están formadas por los conjuntos de ánodo y cátodo respectivamente, y una vez conectadas a un suministro de electricidad, es donde tiene lugar la electrólisis.
Los conjuntos de ánodo y cátodo (electrodos) son características críticas de diseño de un electrolizador, y deben fabricarse a partir de materiales especiales para evitar la corrosión por el cloro.
El ánodo es donde se genera el cloro e históricamente se fabricó a partir de aleaciones de grafito o platino. Los electrolizadores modernos cuentan con ánodos hechos de titanio para la resistencia a la corrosión. El elemento catódico suele ser menos sensible a la corrosión y, a menudo, se fabrica a partir de níquel, aunque se puede usar acero inoxidable.
Además, cada electrodo está recubierto para mejorar el rendimiento de la energía y la eficiencia del proceso de electrólisis.
- Los recubrimientos de cátodos promueven electrocatalíticamente la evolución de H2 y proporcionan resistencia al envenenamiento por impurezas y corrientes inversas en el apagado.
- Los recubrimientos de bandeja de ánodo son para la promoción electrocatalítica de la evolución de Cl2 y tienen un rendimiento de desgaste alcalino superior y valores de clorato de salmuera de salida más bajos
La membrana flexible en el centro de cada módulo está totalmente soportada en un diseño de "espacio cero" para evitar el aleteo o pellizco del material de la membrana (sección transversal de un conjunto de módulos que se detalla a continuación).
Un electrolizador modular a escala industrial, como el electrolizador INEOS BICHLOR, consiste en dichos módulos dispuestos eléctricamente en serie dentro de un marco. Por lo general, una serie de electrolizadores se instalan en una sala de celdas uno al lado del otro, con la cantidad diseñada para satisfacer la capacidad general deseada de la planta.
Operación
- El electrolito (salmuera a los ánodos y cáustico a los cátodos) entra a través de tubos de alimentación, humedeciendo completamente la membrana en el centro de la célula, para una operación inherentemente más segura:
- La corriente eléctrica comienza a fluir a través de las arañas de metal y los electrodos de la celda de electrólisis.
- Los iones de sodio (Na+) o potasio (K+) pasan a través de la membrana de intercambio iónico semipermeable
- Las burbujas de gas cloro se forman en el ánodo y suben a la parte superior de la cámara.
Las burbujas de gas hidrógeno se forman en el cátodo y se elevan a la parte superior
- Los gases de cloro e hidrógeno se extraen de la parte superior de sus respectivas cámaras.
La reacción global para la electrólisis de la salmuera es: 2NaCl + 2H2O → Cl2 + H2 + 2NaOH