Применение электролиза

История изучения электролиза начинается на рубеже XVIII—XIX веков, в период становления электрохимии. Первые научные опыты относятся к 1800 году, когда английские учёные Уильям Николсон и Энтони Карлейль осуществили разложение воды на водород и кислород с помощью электрического тока^[1]. В 1803 году русский учёный Василий Владимирович Петров получил свинец, медь и олово электролизом смесей оксидов этих металлов^[2]. В 1807 году английский химик Гемфри Дэви выделил натрий и калий электролизом расплавов их гидроксидов, что стало первым применением электрохимического метода для получения новых веществ^[3].

Теоретической основой электролиза стали работы Майкла Фарадея, который в 1833—1834 годах установил точные количественные соотношения между количеством прошедшего электричества и количеством выделившегося на электродах вещества, сформулировав знаменитые законы электролиза^[4]. Промышленное применение электролиза стало возможным после появления в 1870-х годах мощных генераторов постоянного тока.

Ключевой особенностью процесса является пространственное разделение реакций окисления и восстановления: на аноде происходит окисление (передача электронов от вещества к электроду), на катоде — восстановление (передача электронов от электрода к веществу)^[5].

• Электрометаллургия: электролиз расплавов является единственным способом получения наиболее активных металлов, включая алюминий (более 90 % мирового производства), натрий, кальций, магний и др. Электролиз широко применяется в металлургии для производства и рафинирования практически всех металлов^[6]. Наиболее известный пример применения электролиза в металлургии — получение алюминия из глинозёма. Процесс протекает по методу Холла-Эру. Глинозём растворяют в расплавленном криолите, что позволяет снизить температуру плавления глинозёма и облегчить процесс электролиза. Процесс разработан американцем Чарльзом Холлом и французом Полем Эру в 1886 году^[7]. Натрий, калий, кальций, магний получают только электролизом расплавов солей. Чаще всего используют хлориды этих металлов.
• Рафинирование металлов: для получения химически чистых металлов (меди, никеля и др.) используется электролитическая очистка^[8].
• Химическая промышленность: электролиз водных растворов применяется для крупнотоннажного производства хлора, водорода и гидроксидов щелочных металлов (например, гидроксида натрия), а также для получения фтора, кислорода и перекиси водорода^[9]. Хлорно-щелочной процесс —крупномасштабное применение электролиза. Эта технология позволяет получать большую часть хлора и гидроксида натрия, необходимых для многих отраслей промышленности^[10]. Фтор получают электролизом расплава смеси фторида калия и фтористого водорода. Из-за высокой химической активности фтор возможно получить только этим способом. Электролизом получают гипохлорит натрия, который широко применяют для обеззараживания воды.
• Гальванотехника:

Гальваностегия — нанесение защитных и декоративных покрытий (хромирование, никелирование, золочение, серебрение) на металлические изделия для предохранения от коррозии и улучшения внешнего вида^[11].

Электролиз используют для нанесения металлов на поверхность изделия:

• никелирование;
• хромирование;
• цинкование;
• золочение;
• серебрение;
• лужение^[12].

Гальванопластика — получение точных металлических копий с рельефных моделей (монет, медалей, барельефов). Процесс был изобретён русским академиком Б. С. Якоби в 1837 году^[13][14].

• Производство водорода: электролиз воды является экологически чистым («зелёным») способом получения водорода, используемого в качестве топлива и химического сырья^[15].
• Химические источники тока: обратимые процессы электролиза лежат в основе работы аккумуляторов (свинцово-кислотных, литий-ионных и др.), а также топливных элементов и проточных редокс-батарей^[16].
• Электролитические конденсаторы: на явлении электролиза основано действие электролитических конденсаторов, широко применявшихся в электронике^[17].

• Электрофорез (ионофорез) — метод введения лекарственных веществ в организм через кожу с помощью постоянного электрического тока. Широко используется в дерматологии для лечения аллергических дерматозов, бородавок, фурункулёза, угревой сыпи и др.^[18]

• Электролиз (эпиляция) — удаление волос с помощью электрического тока, разрушающего волосяной фолликул.

Электролиз находит широкое применение в решении экологических проблем:

• Очистка сточных вод: электрохимические методы (электрокоагуляция, электрофлотация) используются для удаления тяжёлых металлов, органических загрязнителей и взвешенных частиц. В частности, разработаны мембранные электролизёры для безреагентной очистки воды^[19][20][21].
• Получение сильных окислителей на месте использования: например, для очистки промышленных сточных вод могут применяться мобильные установки, генерирующие непосредственно на месте жидкие ферраты — сильные окислители органических веществ^[22].
• Электрохимическая деструкция органических веществ: методы электродеструкции позволяют разлагать стойкие органические загрязнители в сточных водах до воды и углекислого газа^[23].

• Электрохимическая обработка: применяется для размерной обработки металлов, изготовления печатных плат, а также для создания защитных оксидных плёнок (анодирование) на металлах^[24]. При электрохимической обработке электролитический катод используется в качестве формообразующего инструмента для удаления материала с заготовки путём анодного окисления. Электрохимическая обработка применяется для травления, например инструментов или ножей, с целью нанесения постоянной маркировки или логотипа.

• Электролиз с анионообменной мембраной (AEM): в 2025 году исследователи разработали высокопрочный катализатор на основе недрагоценных металлов (никель/оксид церия) для прямого электролиза щелочных сточных вод с получением чистого водорода, без необходимости предварительной очистки воды^[25].
• Ускорение электролиза воды: учёные Университета ИТМО в 2025 году создали реактор нового типа с использованием магнитных наночастиц железа-кобальта. Их разработка позволила ускорить процесс электролиза воды в 6 раз и снизить потребление энергии на 15 % (до 48,8 кВт·ч на 1 кг водорода)^[26].
• Электролиз расплавов для получения новых материалов: ведутся исследования по электроосаждению кремния и редкоземельных элементов, а также сплавов (например, Al-Y) из расплавленных солей, что важно для электроники и металлургии^[27].
• Редокс-батареи из растительного сырья: изучаются возможности получения органических электролитов для проточных редокс-батарей из возобновляемого растительного сырья, что может сделать системы хранения энергии более экологичными и дешёвыми^[16].