電解槽的主體結構和（hé）分類

陽極（jí）

陽極和陰極的作用（yòng）不同，對材質（zhì）要求也各異。

分可溶性和不可溶性兩類（lèi）。在精煉銅用的（de）電解槽中，陽極材料為（wéi）可溶性的待（dài）精煉（liàn）的粗銅。它在電解過（guò）程中（zhōng）溶入溶液，以補充在陰極上（shàng）從溶液中析出的銅。在電解水溶液（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發生變化，但對在電極表麵（miàn）上（shàng）所進行（háng）的陽極反應（yīng）常具有（yǒu）催化作用。在化學工業中，大多采用不溶性陽極。

陽（yáng）極材料除需滿足一般電極（jí）材料的基本（běn）需求（如導電性、催化活性強度、加工、來源、價格）外，還需能在強陽極極化和較高溫度的陽極液中不溶解、不鈍（dùn）化，具有很高的穩定性。長期以來，石墨（mò）是使用廣泛的陽極材料。但石墨多孔，機械（xiè）強度（dù）差，且容易氧化成二氧化碳，在電解過程中不斷地被腐蝕剝落（luò），使電極（jí）間距逐漸增大，槽電（diàn）壓升高。用於電解食鹽水溶液時，石墨電極上的析氯過電位也較（jiào）高。

60年代H.比（bǐ）爾提出的在鈦（tài）基上塗覆氧化釕、氧化鈦而形成的金（jīn）屬氧化物（wù）電（diàn）極是陽極材料的一個重大革新（xīn）。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，能在高（gāo）電流密度下工作而槽電壓比較低。比較突出的特點是具有很好的化學（xué）穩定性，工作壽命比石墨（mò）陽極長得多。例如（rú）在氯堿生產（chǎn）用的隔膜電解槽中，其壽命（mìng）可達10年以上。由於它不易腐蝕（shí），尺寸穩定，被稱為形穩性陽極。為適應不同要求和用途（tú），可在塗層中添加其他組分，如加（jiā）入錫、銥可提高（gāo）氧的過電位，完善陽（yáng）極的選擇性（xìng），又如加（jiā）入鉑可提高電極的穩定性等。目前，貴金屬塗層的金屬陽極在化（huà）學工業中已做到（dào）普遍推廣。

在熔融（róng）鹽電解槽中，因電解溫度比水溶液（yè）電解槽中高得多，對（duì）陽極材料要求更嚴，電解熔融氫氧化（huà）鈉，一般可用鋼鐵、鎳（niè）及其合金（jīn）。電解熔融氯化物，隻（zhī）能用石墨（mò）。

陰極

以金屬或合金作為陰極時，由於（yú）在比（bǐ）較負的電位下工作,往往可以起到陰極保護作用，腐蝕性小,所以陰極材料（liào）比較容易選擇。在水溶液電解槽中，陰極一般產生析氫反（fǎn）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。除用硫酸作為電解液時必要（yào）采用鉛或石墨作陰極外，低碳鋼是常用的陰極材料。為降（jiàng）低電耗，目前采用（yòng）各種方（fāng）法製備高比（bǐ）表麵積，並具有催化活性（xìng）的陰極，如（rú）多孔（kǒng）鎳鍍層陰極。

為了提高產（chǎn）品質量，也可采用特殊的（de）陰極材料，如在水銀法電解食鹽水溶液製取燒堿的汞陰極中，利用汞析氫過電位高的特點，使鈉離子放電，生成鈉汞齊，然後在專用的設備中，用水（shuǐ）瓦解鈉汞齊製取純度（dù）高、高濃度堿液。另外，為了節約電能也可采用耗氧陰極，使氧在（zài）陰極還原，以代（dài）替析（xī）氫反應，按理論計算可降低槽電壓1.23V。

隔膜

為防（fáng）止陰、陽兩極產物混合，避免可能發（fā）生的有害反應，在電解槽中，基本上都用隔膜將陰、陽極室隔開。隔膜需有一定的孔隙率，能使（shǐ）離子通過，而不使分子或氣泡通過（guò），當有電流流過時，隔膜（mó）的歐姆電壓降要低。這些性能要求在使用過程中基本不變，並且要求（qiú）在陰、陽（yáng）極（jí）室（shì）電解液的（de）作用下，有良好的化學穩定性和機械（xiè）強度。電解水（shuǐ）時（shí），陰、陽極室的電解液相（xiàng）同，電解槽的隔膜隻需將陰、陽極室隔開，以保證氫（qīng）、氧純度，並防止氫氧混合發（fā）生爆炸。更多見（jiàn）的比較複雜的情況是電解槽中陰、陽極室的電解液組成不（bú）同。這時隔膜還需要阻止陰、陽極室電解液中電解產物（wù）的相互擴（kuò）散和作用，如氯（lǜ）堿生產中隔膜法電解槽中的隔膜，可以增大陰極（jí）室氫氧離（lí）子向陽極室擴散和遷移的阻力。

隔膜由惰性材料製作，如氯堿（jiǎn）工業中長期使用的石棉隔膜。但石棉隔膜性能不穩定，當鹽水中含有鈣、鎂（měi）雜質時，容易在隔膜中生成氫（qīng）氧化物沉澱，降低透過率；在比較高的溫度和在電解液作用下，還會發生膨脹、鬆脫。為（wéi）此可以在（zài）石棉（mián）中加入樹脂作為增強材料，或（huò）以樹脂為主體做成微孔隔膜，在穩定性和機械強度方麵都有很大（dà）改進（jìn）。近年來氯堿生產開發的陽離子交換膜是（shì）新型的隔膜材料。它具有對離子（zǐ）透過的（de）選擇性，可使氯離子基（jī）本上不進入陰極室，從而可（kě）以製得（dé）氯化鈉含量極低的堿液。

按電解液的不同分類

水溶液電解槽

水溶（róng）液電解槽的（de）形式，可分為隔膜電解槽和無隔膜電解槽兩類。隔膜電解槽又可分為均（jun1）向膜(石棉絨）、離子膜及固（gù）體電解質膜（mó）（如β-Al2O3）等形式；無隔膜電解槽又（yòu）分為（wéi）水銀電解槽和氧化電解槽等。

采用不（bú）同的（de）電解液時，電解槽的結構也有所不（bú）同。

水溶液（yè）電解槽分（fèn）有（yǒu）隔膜（mó）和無隔膜兩類。一般多用隔（gé）膜（mó）電解槽。在氯酸鹽生產和水銀法生產（chǎn）氯氣（qì）和燒堿時，采用無隔膜電（diàn）解槽。盡量增大單位體積內（nèi）的電極表麵積，可以提（tí）高電解（jiě）槽的生產強度。因此（cǐ），現代隔膜電解（jiě）槽中的電極多為直立式。電解槽因內部部件材質、結構、安裝等不同表現出不同的性能與（yǔ）特點。

熔融鹽電解槽

多用於製取低熔點金屬，其特點是在高溫下運轉，並應盡量（liàng）防止水分進入，避免氫離子在陰極上還原。例如製取金屬鈉時，由於鈉離（lí）子的陰極還原電位很負，還原很困難（nán），必要（yào）用不含氫離（lí）子的無水熔融鹽或熔融的氫氧化物，以免陰極析出氫。為此電解過程需在高溫下進行，例如（rú）電解熔融氫氧化（huà）鈉時（shí）為 310℃，如其中含有氯化鈉成為混（hún）合電解質時,電解溫（wēn）度為650℃左右。

電解槽的（de）高溫可以通過改變電極間距，將歐姆電壓降所消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（huò）鎳，電解含有氯化物的（de）熔融電解質（zhì）時（shí）常由於原料中不可避免地帶（dài）入少量水（shuǐ）分，會（huì）使陽極生成潮濕的氯氣，對電解槽的腐蝕作用很（hěn）強，因此電解熔（róng）融氯化物的（de）電解槽，一般用陶瓷或磷酸鹽材料（liào），而不（bú）受氯氣作用（yòng）的部位可用鐵。熔融鹽電解槽中的陰、陽極（jí）產物（wù），同樣要求妥善隔開，而且應盡快由槽中引出，以免陰極產物金屬鈉長時間飄浮在電（diàn）解液表麵，會進一步（bù）與陽極產物或空（kōng）氣中的氧起作用。

非水溶液電解槽

由於非水溶液電解槽在製取有機產品或電解有（yǒu）機物時,常伴隨有各（gè）種複雜的化學反應,使其應用受（shòu）到限製，工業化（huà）的不多。一般（bān）采用的有機電解液，電（diàn）導率低，反應速度也小。因此（cǐ），必要采用較低的電流密度，極間距盡量縮小。采用固（gù）定床或流化床的電極結構有較大的電極表麵積，可提高電解槽生產能（néng）力。

按電極的（de）連接方式分類

電解槽按電極的連接方式，可分為單極式和複極式兩類電解（jiě）槽。單極式電解槽中同極性的電極與直流（liú）電源並聯連接，電極兩麵的極性相同，即同時為陽極或同時為陰極。複極式電解槽兩端的電極分別與直流（liú）電源的正負極相連，成為陽極或陰極。電（diàn）流通過串聯的電極流過電解槽時，中（zhōng）間各電極的一麵為陽極，另一麵為陰極,因此具有雙極性。當電極總麵積相同時,複極式電解槽的（de）電流較小，電壓較高，所需直流電源的投（tóu）資比單極式者省。複極式一（yī）般（bān）采（cǎi）用壓濾機結構形式，比較緊湊。但易漏電和（hé）短路，槽結構和（hé）操作（zuò）管理比單極式複雜。單極式電解槽截麵一般為長方形或方形，圓筒形占地大（dà），空間利用率低，采用較少。