Alumīnija elektrolīzes laukā katods kā galvenais komponents alumīnija šķidruma savākšanai jau sen dominē oglekļa - materiāli. Tomēr, nepārtraukti padziļinot materiālo zinātnes pētījumu un pieaugošo pieprasījumu pēc augsta - veiktspējas elektrolīzes sistēmām, ir pakāpeniski parādīts jautājums: vai pats alumīnijs var būt katods?
Lai atbildētu uz šo jautājumu, mums vispirms ir jānoskaidro pamatfunkcijas, kas katodam ir jāveic alumīnija elektrolītiskajā šūnā. Tam ir jābūt lieliskai elektriskajai vadītspējai, lai nodrošinātu strāvas vienmērīgu pārnešanu; Tam jāspēj pretoties augstas - temperatūras elektrolīta (apmēram 950 - 970 pakāpes) un garā - termiņa iegremdēšanas izkausētā alumīnija iegremdēšanai; Tajā pašā laikā tai vajadzētu būt stabilām ķīmiskām īpašībām, lai izvairītos no ķīmiskām reakcijām ar citām elektrolīzes sistēmas vielām, kas ietekmē alumīnija tīrību vai elektrolīzes progresu.
Pašam alumīnijam ir izcila elektriskā vadītspēja, kas ir tuvu vara un daudz augstāka nekā tradicionālajiem oglekļa katodiem. Šķiet, ka tas alumīnijam ir potenciālas priekšrocības kā katoda materiālam. Turklāt alumīnijam ir laba siltumvadītspēja, kas var palīdzēt izkliedēt siltumu elektrolītiskās šūnas vietējos apgabalos un samazināt augstas - temperatūras uzkrāšanās ietekmi uz elektrodu struktūru.
Tomēr faktiskais alumīnija kā katoda pielietojums saskaras ar nepārvaramiem šķēršļiem. Viskritiskākā problēma ir alumīnija ķīmiskā stabilitāte elektrolītiskajā vidē. Augstā - temperatūrā Izkausēts sāls elektrolīts (galvenokārt sastāv no kriolīta un alumīnija oksīda) alumīniju ir viegli reaģēt ar dažiem elektrolīta komponentiem. Piemēram, tas var veidot alumīnija savienojumus ar fluoru -, kas satur jonus, kas ne tikai patērēs pašu alumīniju, bet arī radīs piemaisījumus, kas piesārņo elektrolītu, ietekmējot parasto elektrolīzes progresu un iegūtā alumīnija kvalitāti.
Vēl viena svarīga problēma ir augstā - alumīnija temperatūras pretestība. Lai arī alumīnijam ir noteikta augsta - temperatūras pretestība, tā kušanas temperatūra ir tikai 660 grādi, kas ir daudz zemāka nekā alumīnija elektrolītiskā šūnas darba temperatūra ({950 - 970 pakāpe). Tik augstā - temperatūras vidē alumīnijs tieši izkausēs, zaudējot kā elektrodu nepieciešamo strukturālo stabilitāti. Pat ja tiek veikta leģēšanas modifikācija, lai uzlabotu tā kušanas punktu, modificētais alumīnija sakausējums joprojām saskarsies ar veiktspējas noārdīšanās problēmu ilgā - terminā augstā -} temperatūras apstākļos, un ir grūti izpildīt rūpnieciskās ražošanas kalpošanas prasības.
Turklāt no praktiskās ražošanas viedokļa katodam ir jāsaglabā stabila forma, lai savāktu izkausētu alumīniju. Tradicionālie oglekļa katodi paļaujas uz to cieto struktūru augstā temperatūrā, veidojot "konteineru -, piemēram," telpu elektrolītiskās šūnas apakšā. Ja alumīnijs tiek izmantots kā katods, pat ja tas neizkūst, tā virsma tiks samitrināta ar izkausētu alumīniju, apgrūtinot savāktā alumīnija šķidruma atdalīšanu no paša katoda, kas ietekmēs normālu alumīnija izdalīšanos un palielinās ražošanas operāciju grūtības.
Pašlaik nav rūpnieciska gadījuma, kad alumīnijs kā katods izmanto alumīnija elektrolīzes nozarē. Tomēr tas nenozīmē, ka attiecīgie pētījumi nav veikti. Dažas laboratorijas ir mēģinājušas pārklāt alumīniju ar īpašiem aizsardzības slāņiem, piemēram, augstu - temperatūru - izturīga keramika vai inertas metāla plēves, mēģinot izolēt alumīniju no elektrolīta un augsta -} temperatūras vidi. Lai gan īsā laikā ir panākts zināms progress - Termiņa eksperimenti, aizsargājošais slānis nospiež vai noārdīsies zem garas - Termiņa augsta - temperatūra un ķīmiskā erozija, un ir grūti panākt stabilu darbību.
Turpretī tradicionālais oglekļa katods, neraugoties uz tādiem trūkumiem kā ierobežots kalpošanas laiks un zema vadītspēja, joprojām var saglabāt strukturālo stabilitāti augstā - temperatūras elektrolītiskajā vidē, un tam ir laba savietojamība ar elektrolītu un izkausētu alumīniju. Tāpēc tas rūpniecībā tiek izmantots vairāk nekā gadsimtu. Tajā pašā laikā pētnieki izstrādā arī jaunus katoda materiālus, piemēram, grafīta - balstītus kompozītus un keramikas - pastiprinātus oglekļa materiālus, kuru mērķis ir uzlabot veiktspēju, pamatojoties uz oglekļa materiālu priekšrocību saglabāšanu, nevis aizstāt tos ar alumīniju.
Noslēgumā, kaut arī alumīnijam ir noteiktas priekšrocības elektriskajā vadītspējā, pašlaik nav iespējams izmantot kā katodu alumīnija elektrolīzē, jo ierobežojumi ir augsti - temperatūras pretestībā, ķīmiskā stabilitāte elektrolītiskajā vidē un strukturālā savietojamība ar ražošanas procesu. Izstrādājot materiālu modifikāciju un pārklājuma tehnoloģiju, iespējams, nākotnē būs izrāvieni, risinot galvenās alumīnija kā katoda problēmas, bet pašreizējā tehniskajā sistēmā alumīnijs nevar kļūt par praktisku katoda materiālu alumīnija elektrolīzei.
