Μια κάθοδος ηλεκτρόλυσης είναι ο κόμβος στον οποίο συγκεντρώνονται τα κατιόντα, τα θετικά φορτισμένα ιόντα μιας αποσύνθεσης ηλεκτρόλυσης. Η ηλεκτρόλυση αναφέρεται στη διαδικασία διέλευσης ενός συνεχούς ηλεκτρικού ρεύματος μέσω ενός χημικού διαλύματος που αποτελείται από θετικά και αρνητικά ιόντα. Εκτελείται τοποθετώντας δύο ηλεκτρόδια, το καθένα από τα οποία είναι αγωγός ηλεκτρικής ενέργειας προσαρτημένο σε μια εξωτερική πηγή ενέργειας, σε ένα χημικό διάλυμα, προκειμένου να παραχθεί το επιθυμητό αποτέλεσμα – διαχωρισμός του διαλύματος στα βασικά του ιόντα. Τα ηλεκτρόδια είναι η κάθοδος και η άνοδος, η άνοδος είναι ο κόμβος στον οποίο συγκεντρώνονται τα ανιόντα, αρνητικά φορτισμένα ιόντα.
Η κάθοδος ηλεκτρόλυσης κατασκευάζεται συνήθως από πυρίτιο, γραφίτη ή ένα μέταλλο όπως ο χαλκός, ο χάλυβας ή ο φωσφορικός σίδηρος λιθίου. Ο σκοπός της καθόδου είναι να δώσει ηλεκτρόνια, με αποτέλεσμα να έχει ένα συνολικό αρνητικό φορτίο που έλκει όλα τα κατιόντα που περιέχονται στο διάλυμα. Η διαδικασία με την οποία αυτά τα κατιόντα μεταναστεύουν στην κάθοδο ηλεκτρόλυσης είναι γνωστή ως αναγωγή. Μαζί με την οξείδωση, τη διαδικασία με την οποία τα ανιόντα μεταναστεύουν στην άνοδο, η αναγωγή επιτρέπει την αποσύνθεση ενός διαλύματος.
Η ηλεκτρόλυση και, κατ’ επέκταση, η έννοια της καθόδου ηλεκτρόλυσης, πρωτοστάτησαν για πρώτη φορά από τους William Nicholson και Anthony Carlisle το 1800. Ο Nicholson και ο Carlisle ήθελαν να επαναλάβουν ένα προηγούμενο πείραμα του Alessandro Volta, ενός Ιταλού επιστήμονα που ανακάλυψε ότι ένα ρεύμα μπορεί να παραχθεί χρησιμοποιώντας δύο μέταλλα προσαρτημένα σε οποιονδήποτε αγωγό — μυϊκό ιστό ή άλμη, για παράδειγμα. Ακολουθώντας τα ευρήματα του Volta, ο Nicholson και ο Carlisle δημιούργησαν το πείραμά τους με παρόμοιο τρόπο χρησιμοποιώντας μεταλλικές πλάκες, έναν αγωγό και ένα ηλεκτροσκόπιο για να μετρήσουν τις αλλαγές στο ηλεκτρικό φορτίο.
Ήταν δύσκολο να δημιουργηθεί και να διατηρηθεί η επαφή μεταξύ των πλακών και του ηλεκτροσκοπίου, έτσι ο Nicholson και ο Carlisle χρησιμοποίησαν νερό ως συνδετικό παράγοντα. Καθώς διεξήγαγαν το πείραμα, σοκαρίστηκαν όταν διαπίστωσαν ότι το νερό αποσυντίθεται σε θετικά ιόντα υδρογόνου που εμφανίζονταν ως αέριο υδρογόνο και αρνητικά ιόντα οξυγόνου, τα οποία αποδείχτηκαν αέριο οξυγόνο. Κατά λάθος, οι δύο Βρετανοί επιστήμονες μόλις είχαν ανακαλύψει τη χημική διαδικασία της ηλεκτρόλυσης και είχαν υποδείξει τη σημασία της καθόδου της ηλεκτρόλυσης.
Υπάρχουν πολλές εμπορικές και βιομηχανικές χρήσεις για μια κάθοδο ηλεκτρόλυσης. Αυτές οι χρήσεις περιλαμβάνουν την επαναφόρτιση επαναφορτιζόμενων μπαταριών. παραγωγή μεγάλων ποσοτήτων αερίου υδρογόνου, διαλύματος χλωρίου και υδροξειδίου του νατρίου μέσω ηλεκτρόλυσης θαλασσινού νερού. και επιμετάλλωση διαφόρων υλικών για να γίνουν πιο δυνατά και αξιόπιστα. Χωρίς αυτό το σημαντικό ηλεκτρόδιο, πολλές χημικές διεργασίες από τις οποίες εξαρτώνται οι σύγχρονες βιομηχανίες δεν θα υπήρχαν.