Електроліз води
Взагалі, електроліз - це процес, в якому постійний електричний струм, що пропускається через іонізований розчин або розплав речовини (електроліт), використовується для ініціювання хімічної реакції на електродах (позитивно зарядженому аноді + і негативному катоді -), що призводить до дисоціації речовини на позитивні іони- катіони на стороні катода та негативні іони-аніони на стороні анода. При електролізі води при проходженні через неї постійного електричного струму на стороні анода відбувається дисоціація води з утворенням молекул кисню O2 і виділенням позитивно заряджених іонів водню H + і мають негативний заряд електронів e - . На катоді - , іони водню H + приймають електрони, утворюючи газоподібний водень H2: Анод: 2H2O → O2 + 4H + + 4e - Катод: 4H + + 4e - → 2H2
Загалом реакцію дисоціації при електролізі води можна записати наступним чином: 2H2O → 2H2 + O2
Електроліт
Вищеописаний електроліз чистої води без надмірних витрат енергії проходить дуже повільно або зовсім не проходить. Для того, щоб ефективно проводити елетроліз води, до неї додають електроліт - або розчинний у воді, або твердий - збільшує електричну провідність води.
При виборі електроліту необхідно, щоб між катіонами (позитивно зарядженими іонами) електроліту та катіонами, які може віддати вода, тобто H + , не було конкуренції - інакше не буде вироблено водень. Для цього катіон електроліту повинен мати менший електродний потенціал, ніж катіон H + (стандартний електродний потенціал E°=0); на роль катіону підходять Li +, Rb +, K +, Cs +, Ba 2+, Sr 2+, Ca 2+, Na +, and Mg 2+. Найчастіше, використовуються електроліти з катіонами Li + : -3,0401 K + : -2,931 і Na + : -2,71
Також, у ролі електроліту можна й кислоти, т.к. при їх дисоціації утворюється іон H + , як і при дисоціації води та конкуренції між ними немає.
Також, щоб уникнути конкуренції аніону (негативно зарядженого іона) електроліту і гідроксильного іона OH - аніон електроліту повинен мати більший електродний потенціал, ніж аніон OH - , E°(В) = . Зазвичай, як електроліт використовується луг, тобто, аніоном є той же гідроксильний іон OH - , але якщо використовується кислота з катіоном H + , то як аніон зазвичай використовується сульфатний іон SO4 2- , що має при окисленні до S2O8 стандартний електродний потенціал -2,01 ст.
Зазвичай як електроліт для електролізу води використовуються сильні луги: гідроксид калію KOH і їдкий натр NaOH. Іноді використовується сильна кислота, як правило, сірчана кислота H2SO4.
Протоннообмінні мембрани
Крім розчинів електролітів, для елетролізного виробництва води можуть використовуватися і тверді електроліти, наприклад Nafion - фторполімерний матеріал, що має здатність проводити катіони, тобто, в даному випадку іони H +, інакше названі протонами. Електролітичні мембрани на основі нафіону отримали назву протоннообмінних мембран.
Ще одні способи електролізу води є електроліз за допомогою твердого оксиду.