Un cátodo de electrólisis es el nodo en el que se juntan los cationes, los iones cargados positivamente de una descomposición de electrólisis. La electrólisis se refiere al proceso de pasar una corriente eléctrica directa a través de una solución química que consta de iones positivos y negativos. Se realiza colocando dos electrodos, cada uno de los cuales es un conductor de electricidad conectado a una fuente de energía externa, en una solución química para producir el resultado deseado: una separación de la solución en sus iones básicos. Los electrodos son el cátodo y el ánodo, siendo el ánodo el nodo en el que se juntan los aniones, iones cargados negativamente.
El cátodo de electrólisis generalmente está hecho de silicio, grafito o un metal como cobre, acero o fosfato de litio y hierro. El propósito del cátodo es emitir electrones, lo que hace que tenga una carga negativa general que atrae todos los cationes contenidos en la solución. El proceso por el cual estos cationes migran al cátodo de electrólisis se conoce como reducción. Junto con la oxidación, el proceso por el cual los aniones migran al ánodo, la reducción permite que ocurra la descomposición de una solución.
La electrólisis y, por extensión, la noción de cátodo de electrólisis, fue promovida por primera vez por William Nicholson y Anthony Carlisle en 1800. Nicholson y Carlisle deseaban replicar un experimento anterior de Alessandro Volta, un científico italiano que descubrió que se puede producir una corriente utilizando dos metales adheridos a cualquier conductor: tejido muscular o salmuera, por ejemplo. Siguiendo los hallazgos de Volta, Nicholson y Carlisle establecieron su experimento de manera similar utilizando placas de metal, un conductor y un electroscopio para medir los cambios en la carga eléctrica.
Era difícil establecer y mantener el contacto entre las placas y el electroscopio, por lo que Nicholson y Carlisle usaron agua como agente aglutinante. Mientras realizaban el experimento, se sorprendieron al descubrir que el agua se estaba descomponiendo en iones de hidrógeno positivos que aparecían como gas hidrógeno e iones de oxígeno negativos, que demostraron ser gas oxígeno. Sin darse cuenta, los dos científicos británicos acababan de descubrir el proceso químico de la electrólisis y señalaron la importancia del cátodo de electrólisis.
Hay muchos usos comerciales e industriales para un cátodo de electrólisis. Estos usos incluyen la recarga de baterías recargables; producir grandes cantidades de hidrógeno gaseoso, solución de cloro e hidróxido de sodio mediante electrólisis de agua salada; y galvanoplastia de diversos materiales para hacerlos más resistentes y fiables. Sin este importante electrodo, no existirían muchos procesos químicos de los que dependen las industrias modernas.