電解槽的主體結構和（hé）分類

陽極

陽極和陰極的作用不同，對材質要（yào）求也各異（yì）。

分可溶性和不可（kě）溶性兩類。在精煉銅用（yòng）的電解槽中，陽極材料為可溶（róng）性的待精（jīng）煉的粗銅。它在電解過程中溶入溶液，以補充在陰極上從（cóng）溶液中析出的銅。在（zài）電（diàn）解水溶液（如食鹽水溶液）用的電解槽中，陽極為不溶性的，它們在電解過程基本不（bú）發生變化，但對在電極表麵上所（suǒ）進行的陽極（jí）反應常具有催化作（zuò）用。在化學工業中，大多采用不溶性陽極（jí）。

陽（yáng）極材料除需滿足一般電極材料的（de）基本需求（如導電性、催化活性（xìng）強度、加工、來源、價格）外，還（hái）需能在強陽極極化和較高溫度的（de）陽極液（yè）中不溶解、不鈍化，具有很高的穩定性。長期以來，石墨是使用廣泛的陽極材料。但石墨多孔，機（jī）械強（qiáng）度差，且容易氧化（huà）成二氧化碳，在電解過程中不斷地被腐（fǔ）蝕剝（bāo）落，使（shǐ）電極間距逐漸增大，槽電壓升高。用（yòng）於電解食鹽水溶液時，石墨電極上（shàng）的析氯過（guò）電位也較（jiào）高。

60年代H.比爾提出的在鈦基上塗覆氧化釕、氧化鈦而形成的金屬氧化物電極是陽極材料的一個重大革新。二氧化釕對某些陽極反應如析氯、析氧具有很好的催化活性，能在（zài）高電流（liú）密度下工作（zuò）而槽電壓（yā）比較低。比較突（tū）出的特點是具有很好的化學穩（wěn）定（dìng）性，工作壽命比石墨陽極（jí）長得多（duō）。例如在氯堿生產用的（de）隔膜電解槽中，其壽命（mìng）可達10年以上。由於它不易腐蝕，尺寸穩定，被稱為形穩性陽極。為（wéi）適應不同要（yào）求和用途，可在塗層中添加其（qí）他（tā）組分，如加入錫、銥可提高氧的過電位，完善陽極的選擇（zé）性，又如加入鉑可提高電極的穩定性等。目前，貴金屬塗層的金（jīn）屬（shǔ）陽（yáng）極在化學工業中已做到普遍推廣。

在熔融鹽電解槽中，因電（diàn）解溫度（dù）比（bǐ）水溶液電解槽中高得多，對陽極材料要求更嚴，電解熔融（róng）氫氧化鈉，一般可用鋼鐵、鎳及其合金。電解熔（róng）融氯化物，隻能用石墨。

陰極（jí）

以金屬或合（hé）金（jīn）作為（wéi）陰極時（shí），由於在比較負的電位（wèi）下工作,往往（wǎng）可以起到（dào）陰極保護作用，腐蝕（shí）性小,所以陰（yīn）極材（cái）料比較容易選擇。在水溶液（yè）電解槽中，陰極一般產生析（xī）氫反應，過電位較高。因此陰極材料的主要改進方向是降低析氫過電位（wèi）。除用硫酸作為電解液時必要采用鉛或石墨作陰極外，低碳鋼是常用的（de）陰極材料。為降低電耗，目前采用各（gè）種方法製備高比表麵積，並具有催化活性（xìng）的（de）陰極（jí），如多孔（kǒng）鎳（niè）鍍層（céng）陰極。

為了提高產（chǎn）品質量，也可采用特（tè）殊的陰（yīn）極材料，如在（zài）水銀法電解食鹽水溶液製取燒堿的汞陰（yīn）極中，利用汞析氫過電位高的特點，使鈉（nà）離子放電，生（shēng）成鈉汞齊，然後（hòu）在專用的設（shè）備中，用水瓦解鈉汞齊製取純度高（gāo）、高濃度堿液。另外，為了節約電（diàn）能也可（kě）采用耗氧陰極，使氧（yǎng）在陰極還原（yuán），以代（dài）替析氫反應，按理論計算可降低槽電壓1.23V。

隔膜

為防止（zhǐ）陰、陽兩極產（chǎn）物混合（hé），避免可能發生的有害反應，在電解槽中（zhōng），基本上都（dōu）用隔膜將陰、陽極室隔開。隔膜需有一（yī）定的孔隙率，能使離子通過，而不使分子或氣泡通過，當有電流流過時，隔膜的（de）歐姆（mǔ）電壓降要低。這些性能要求在使用過程中基本不變，並（bìng）且要求在陰、陽極室電解液（yè）的作用下，有良好的化學穩定性和機械強度。電解水時，陰、陽極室的電解（jiě）液相同，電解槽（cáo）的隔膜隻（zhī）需將陰、陽極室隔（gé）開，以保證氫（qīng）、氧純度，並防止氫氧混合發生爆（bào）炸。更多見的比較複（fù）雜的情況是電解槽中陰、陽極室的電解液組成不同。這（zhè）時隔膜還需要阻止陰、陽極室電解液（yè）中電解產物的相互擴散和作用，如氯堿生產中隔膜法電解槽中的隔膜，可以增（zēng）大（dà）陰極室氫氧離子向陽極室擴散和遷移的阻力。

隔膜由惰性（xìng）材（cái）料製作，如氯堿工業（yè）中長期使用的石（shí）棉隔（gé）膜。但石棉隔（gé）膜性能不穩（wěn）定，當鹽水（shuǐ）中含（hán）有鈣、鎂雜質時，容易在隔膜中生成氫氧化物沉澱，降低透過率；在比較高的溫度和（hé）在電解液作（zuò）用下，還會發生膨（péng）脹、鬆脫。為此可以在（zài）石棉中加入樹脂作為增強（qiáng）材料，或以（yǐ）樹脂為主體做成微孔隔膜，在穩定性和機械強度（dù）方麵都（dōu）有很大改進。近年來氯堿生產（chǎn）開發的（de）陽（yáng）離子交換膜是新型的隔膜材料。它具有對離（lí）子透過的選擇性，可使氯離子基本上不進入陰極室，從而可以製得氯（lǜ）化鈉含量極低的堿液。

按（àn）電解液的不同分類（lèi）

水溶液電解槽

水溶（róng）液電解槽（cáo）的形式，可分為隔膜電解槽和無隔膜電解槽兩類。隔膜電解槽（cáo）又可分為均向膜(石棉絨（róng））、離子膜（mó）及固（gù）體電解質膜（如β-Al2O3）等形式；無隔膜電解槽又分為水銀電解槽和（hé）氧化電解槽等（děng）。

采用不同的電解液時，電解槽的結構也有所不同。

水溶液電解槽（cáo）分有（yǒu）隔膜和無隔膜兩類。一般多（duō）用隔膜電解槽。在氯酸鹽生產和水銀法（fǎ）生產（chǎn）氯氣和（hé）燒堿時（shí），采用無隔膜電解槽。盡量增大單位體積內的電極表（biǎo）麵積，可（kě）以提高電解槽（cáo）的生產強度。因此，現代隔膜電解槽（cáo）中的電極多為直立式。電解（jiě）槽因內（nèi）部部件材質、結構、安裝等不同表現出不同的性能與特點。

熔融鹽電解槽

多用於製取低熔點金屬，其特點是在高（gāo）溫下（xià）運轉，並應盡量防（fáng）止水分（fèn）進入，避免氫離（lí）子在陰（yīn）極上（shàng）還原。例如製取金屬鈉時，由於鈉離子的陰極還（hái）原電位很負，還原很（hěn）困難，必要用不含氫離子的無水熔融鹽（yán）或熔融的氫氧化（huà）物，以免陰極（jí）析出氫。為此電解過程需在高溫下進行，例如電解熔融氫氧化鈉時為 310℃，如其（qí）中（zhōng）含有（yǒu）氯化鈉成為混合電解質時,電解溫度為650℃左右（yòu）。

電解槽的高溫可以通（tōng）過改（gǎi）變電極間距，將歐姆電壓降所消（xiāo）耗的電能轉變為熱量來達到。電解熔融氫氧化鈉時，槽體可用鐵或鎳，電解含有氯化物的熔融電解質時常由於原料中不可避免地帶入少量水分，會使陽（yáng）極生成潮濕的氯（lǜ）氣（qì），對電解槽的（de）腐蝕（shí）作用很強，因此電解熔融氯化物的電解槽，一般用陶瓷或磷酸鹽材料，而不受氯氣（qì）作用的部位（wèi）可用鐵。熔（róng）融鹽電解槽（cáo）中的陰、陽極產物，同樣要求妥善隔開，而且（qiě）應盡快由槽中（zhōng）引出，以免陰極產物（wù）金屬鈉（nà）長時間飄浮在（zài）電解液表麵，會進一步與（yǔ）陽極產（chǎn）物或空氣中的氧起作用（yòng）。

非水溶液電解槽

由（yóu）於非水溶液電解槽在製取有（yǒu）機產（chǎn）品（pǐn）或電解有機物時,常伴隨有各種複雜的化學反應,使其應用受到限製，工業化（huà）的不多。一般采用的有機電解液，電導率低，反應速度也（yě）小。因此，必要采（cǎi）用較低的電流密度，極間距盡量縮小。采用固定床或流化床的電極結構有較大的電極表麵積，可提高電解槽（cáo）生產能力。

按電極的連接方式分類

電解槽（cáo）按電極的連接方（fāng）式，可分為單極式和複極式兩（liǎng）類電解槽。單極式電解槽中同極性的電極與直（zhí）流電源並聯連接，電極兩麵的（de）極性相同，即同時為陽極或同時為陰極。複極（jí）式電解槽兩端的電極分別與直流電源的正負極相連，成（chéng）為陽極或陰極。電流通過串聯的電極流（liú）過電解槽時，中間各電極（jí）的一麵為陽極，另一麵為陰極（jí）,因此具（jù）有雙極性。當電極總麵積相（xiàng）同時,複極式電解槽的電流較小，電壓較（jiào）高，所需直流（liú）電源（yuán）的投資比單極式者省。複極式一般（bān）采（cǎi）用壓濾機結構形式，比（bǐ）較緊湊。但易漏電和短路，槽（cáo）結構和操作管理比單極式複雜。單極式電解（jiě）槽截麵一般（bān）為長方（fāng）形或方形，圓筒形（xíng）占地大，空間利用率低，采用（yòng）較少。