Eine Elektrolysekathode ist der Knoten, an dem sich Kationen, die positiv geladenen Ionen einer Elektrolysezersetzung, ansammeln. Elektrolyse bezieht sich auf den Prozess, bei dem ein elektrischer Gleichstrom durch eine chemische Lösung geleitet wird, die aus positiven und negativen Ionen besteht. Es wird durchgeführt, indem zwei Elektroden, von denen jede ein Stromleiter ist, der an eine externe Stromquelle angeschlossen ist, in eine chemische Lösung gelegt werden, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen – eine Trennung der Lösung in ihre basischen Ionen. Die Elektroden sind die Kathode und die Anode, wobei die Anode der Knoten ist, an dem sich Anionen, negativ geladene Ionen, sammeln.
Die Elektrolysekathode besteht üblicherweise aus Silizium, Graphit oder einem Metall wie Kupfer, Stahl oder Lithiumeisenphosphat. Der Zweck der Kathode besteht darin, Elektronen abzugeben, wodurch sie eine insgesamt negative Ladung hat, die alle in der Lösung enthaltenen Kationen anzieht. Der Vorgang, bei dem diese Kationen zur Elektrolysekathode wandern, wird als Reduktion bezeichnet. Zusammen mit der Oxidation, dem Prozess, bei dem Anionen zur Anode wandern, ermöglicht die Reduktion die Zersetzung einer Lösung.
Die Elektrolyse und damit auch der Begriff der Elektrolysekathode wurde 1800 erstmals von William Nicholson und Anthony Carlisle entwickelt. Nicholson und Carlisle wollten ein früheres Experiment von Alessandro Volta, einem italienischen Wissenschaftler, der entdeckte, dass ein Strom erzeugt werden kann, replizieren mit zwei Metalle, die an einem beliebigen Leiter befestigt sind – zum Beispiel Muskelgewebe oder Sole. Den Erkenntnissen von Volta folgend, haben Nicholson und Carlisle ihr Experiment auf ähnliche Weise mit Metallplatten, einem Leiter und einem Elektroskop aufgebaut, um Änderungen der elektrischen Ladung zu messen.
Es war schwierig, den Kontakt zwischen den Platten und dem Elektroskop herzustellen und aufrechtzuerhalten, daher verwendeten Nicholson und Carlisle Wasser als Bindemittel. Als sie das Experiment durchführten, waren sie schockiert, als sie feststellten, dass sich das Wasser in positive Wasserstoffionen zersetzte, die als Wasserstoffgas erschienen, und negative Sauerstoffionen, die sich als Sauerstoffgas erwiesen. Versehentlich hatten die beiden britischen Wissenschaftler gerade den chemischen Prozess der Elektrolyse entdeckt und auf die Bedeutung der Elektrolysekathode hingewiesen.
Es gibt viele kommerzielle und industrielle Anwendungen für eine Elektrolysekathode. Diese Verwendungen umfassen das Aufladen wiederaufladbarer Batterien; Herstellung großer Mengen Wasserstoffgas, Chlorlösung und Natriumhydroxid durch Salzwasserelektrolyse; und Galvanisieren verschiedener Materialien, um sie stärker und zuverlässiger zu machen. Ohne diese wichtige Elektrode gäbe es viele chemische Prozesse, von denen moderne Industrien abhängen, nicht.