Une cathode d’électrolyse est le nœud auquel les cations, les ions chargés positivement d’une décomposition d’électrolyse, se rassemblent. L’électrolyse fait référence au processus consistant à faire passer un courant électrique continu à travers une solution chimique constituée d’ions positifs et négatifs. Il est effectué en plaçant deux électrodes, chacune un conducteur d’électricité relié à une source d’alimentation externe, dans une solution chimique afin de produire le résultat souhaité – une séparation de la solution en ses ions basiques. Les électrodes sont la cathode et l’anode, l’anode étant le nœud au niveau duquel les anions, ions chargés négativement, se rassemblent.
La cathode d’électrolyse est généralement constituée de silicium, de graphite ou d’un métal tel que le cuivre, l’acier ou le phosphate de fer lithium. Le but de la cathode est de donner des électrons, ce qui lui donne une charge globale négative qui attire tous les cations contenus dans la solution. Le processus par lequel ces cations migrent vers la cathode d’électrolyse est connu sous le nom de réduction. Avec l’oxydation, le processus par lequel les anions migrent vers l’anode, la réduction permet la décomposition d’une solution.
L’électrolyse et, par extension, la notion de cathode d’électrolyse, a été lancée pour la première fois par William Nicholson et Anthony Carlisle en 1800. Nicholson et Carlisle ont souhaité reproduire une expérience antérieure d’Alessandro Volta, un scientifique italien qui a découvert qu’un courant peut être produit en utilisant deux métaux attachés à n’importe quel conducteur – tissu musculaire ou saumure, par exemple. Suite aux découvertes de Volta, Nicholson et Carlisle ont mis en place leur expérience d’une manière similaire en utilisant des plaques métalliques, un conducteur et un électroscope pour mesurer les changements de charge électrique.
Il était difficile d’établir et de maintenir le contact entre les plaques et l’électroscope, aussi Nicholson et Carlisle ont-ils utilisé de l’eau comme liant. Alors qu’ils menaient l’expérience, ils ont été choqués de constater que l’eau se décomposait en ions hydrogène positifs qui apparaissaient sous forme d’hydrogène gazeux et d’ions oxygène négatifs, qui se révélaient être de l’oxygène gazeux. Par inadvertance, les deux scientifiques britanniques venaient de découvrir le processus chimique de l’électrolyse et avaient souligné l’importance de la cathode d’électrolyse.
Il existe de nombreuses utilisations commerciales et industrielles pour une cathode d’électrolyse. Ces utilisations incluent la recharge de batteries rechargeables; produire de grandes quantités d’hydrogène gazeux, de solution de chlore et d’hydroxyde de sodium par électrolyse de l’eau salée ; et la galvanoplastie de divers matériaux afin de les rendre plus solides et plus fiables. Sans cette électrode importante, de nombreux procédés chimiques dont dépendent les industries modernes n’existeraient pas.