電解槽的（de）主（zhǔ）體結構（gòu）和分類

陽極

陽極（jí）和陰極的作用（yòng）不同，對材質要求也各異。

分可溶性和（hé）不可溶性兩類。在精煉（liàn）銅用的電解槽中，陽極材料為可溶性的待（dài）精煉的粗銅。它在電（diàn）解過程中溶入溶液，以補充在陰極上從（cóng）溶液中析出的（de）銅。在電解水溶液（如食鹽水溶液）用（yòng）的電解槽中，陽極為不溶性的（de），它們在電解過程基本不發生變化，但對（duì）在電極表麵上所進行的陽極反應常具有（yǒu）催化作用。在化學工業中（zhōng），大多采用不溶性（xìng）陽極。

陽極（jí）材料除（chú）需滿足一般電極材料（liào）的基本（běn）需求（如導電性、催化（huà）活性強度、加工、來源、價格）外，還需能在強陽極（jí）極化和較高溫度的陽極液中不溶解、不鈍化，具有很高的穩定（dìng）性。長期以來，石墨是使用廣泛的陽極材料。但石墨多孔，機械強度差，且容（róng）易氧（yǎng）化成二（èr）氧化碳，在電解過程（chéng）中（zhōng）不斷地被腐蝕剝落，使電（diàn）極間距逐漸增大，槽電（diàn）壓（yā）升高。用於電（diàn）解食鹽水溶液時，石墨電極上的析氯過電位也較高。

60年代H.比爾提出的（de）在鈦基上塗覆氧化釕、氧化鈦而形（xíng）成的金屬氧化物電極是陽極材料的一個（gè）重大革新。二氧化釕對某些陽極反應如析氯、析氧具有很好（hǎo）的催化活性，能在高（gāo）電流密度下工作而槽（cáo）電（diàn）壓比較低（dī）。比較突出的特點是具有很好的化學（xué）穩（wěn）定性，工作壽命比石墨陽極長得多（duō）。例如在氯堿生產用的（de）隔（gé）膜電解槽中，其壽命可達10年以上。由於它不易腐蝕，尺寸穩定，被稱為形穩性（xìng）陽極。為適應不同要求和用途，可在塗層中添加其他組分，如加入錫、銥可（kě）提高氧（yǎng）的（de）過電位，完善陽極的選擇性，又如加入鉑可提高電極的穩定性等。目前，貴（guì）金屬塗層（céng）的金屬陽極在化學工業中已（yǐ）做到普遍推廣。

在熔（róng）融鹽電（diàn）解槽中，因電解溫度比水溶液電解槽中高得多（duō），對陽極材料要求更嚴，電（diàn）解熔融氫（qīng）氧化鈉，一般可（kě）用鋼鐵、鎳及其合金。電解熔融氯化物，隻能（néng）用石墨。

陰極

以（yǐ）金屬或合金作為陰極時，由於在（zài）比較負的（de）電位下工（gōng）作,往往可以起（qǐ）到陰極保護作用，腐蝕性小,所以陰極材料比較容易選擇。在水溶液電解槽中，陰極一般產生析氫反應（yīng），過電位較高。因此陰（yīn）極材料的主要改進方向是降低析氫過電位。除用硫酸（suān）作為電解液時必要采用（yòng）鉛或石墨作陰極外，低碳鋼（gāng）是常用的陰極材料。為降低（dī）電耗，目前采用各種方法製備高比表麵積，並具（jù）有催化活性的陰極，如多孔鎳鍍層陰極。

為（wéi）了提高產品質量（liàng），也可采用特殊的陰極材（cái）料，如（rú）在水銀法電解食鹽水溶（róng）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（bèi）中（zhōng），用水瓦解鈉汞齊製取純度高、高濃度堿液。另外，為了節約電能也可采用耗（hào）氧陰極，使氧在陰極還原，以代替析（xī）氫反應，按理論計算可降低槽電壓（yā）1.23V。

隔膜（mó）

為防止陰、陽兩極產物（wù）混合，避免可能（néng）發生的有害反應，在電解槽中，基本上都（dōu）用隔膜（mó）將陰、陽極室隔（gé）開。隔膜需有一定的孔隙率，能使離子通過，而不使分（fèn）子或（huò）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，並且要求在陰、陽極室電解液的（de）作用下，有良好的（de）化學穩定性和機械強度。電解（jiě）水時，陰、陽極室的電解液相同，電解槽的隔膜隻需將（jiāng）陰、陽極室隔開，以保證氫、氧純度，並防止氫氧混合發生爆炸。更多見的比較複雜的情況是電解槽中陰、陽極（jí）室的電（diàn）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的相互擴散和作用，如氯堿生產中隔膜法電解槽中的隔膜（mó），可以增大陰極室氫氧離子向陽極室擴散和遷移的阻力。

隔膜由惰性材料製（zhì）作，如氯（lǜ）堿工業中（zhōng）長期使用的石棉隔膜（mó）。但石棉隔膜性能不穩定，當鹽水中含有鈣、鎂雜質時，容（róng）易在（zài）隔膜中生成氫氧化物沉澱，降低透過率；在比較高的溫度和在電解液作用下（xià），還會發生膨脹、鬆脫。為此可以在石棉中加入（rù）樹脂作（zuò）為增強材（cái）料，或以樹脂為主體做成微孔隔膜，在穩定性和機械（xiè）強（qiáng）度方麵都有（yǒu）很大改進。近年來氯堿（jiǎn）生產開發的陽離子交換膜是（shì）新型的隔膜材料。它具有對離子透過的選擇性，可（kě）使氯離子（zǐ）基本上不進入（rù）陰極室，從而可以製得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

水溶液電（diàn）解槽的形式，可分為隔膜電解槽和無隔（gé）膜電解槽兩類。隔膜電解槽又可分為均向膜(石棉絨）、離子（zǐ）膜及固（gù）體（tǐ）電解質膜（如β-Al2O3）等形式；無隔膜電解（jiě）槽又（yòu）分為水銀（yín）電解槽和氧化電解槽（cáo）等。

采（cǎi）用不同的電解液時，電解槽的結構也有（yǒu）所不同。

水溶液電解槽分有隔膜和無隔膜兩類。一般多用隔膜（mó）電解槽。在氯酸鹽生產和水銀法生產氯氣和燒堿時，采用（yòng）無隔膜電解槽。盡量增大單位體（tǐ）積內的電極表麵積，可（kě）以提高（gāo）電解槽的生產強度。因此（cǐ），現代（dài）隔膜電解槽中的電極多為直立（lì）式。電解槽因（yīn）內部部（bù）件材質、結構、安裝等不（bú）同表現出不同的性能（néng）與特點。

熔融鹽電解槽

多用於製取低熔點金屬，其特點是在高溫下運轉，並（bìng）應盡量防止水分進入，避免氫離子（zǐ）在陰極上還（hái）原。例如製取金（jīn）屬鈉時，由於鈉（nà）離子的陰極還原電位很負，還原很困難，必（bì）要用不含氫離子的無水熔融鹽或熔融的（de）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）電解熔融氫氧化鈉時（shí）為 310℃，如其中含有氯化（huà）鈉成為混合電解質時,電解溫度為650℃左右。

電解（jiě）槽的高溫可以通過（guò）改變電極（jí）間距，將歐姆電壓降所消耗的電能轉變（biàn）為熱量（liàng）來達到。電（diàn）解熔融氫氧化鈉時，槽體可用鐵或鎳，電解含有（yǒu）氯（lǜ）化物的熔融電解質時（shí）常由於原料中不可（kě）避免地帶入（rù）少量水分，會使陽極生成潮濕（shī）的氯氣，對電解（jiě）槽的腐蝕作用很強，因此電（diàn）解熔融氯化物（wù）的（de）電解槽，一般用陶瓷或磷酸鹽材料（liào），而不受（shòu）氯氣作（zuò）用的部（bù）位可用（yòng）鐵（tiě）。熔（róng）融鹽電解槽中的陰、陽極產物，同樣（yàng）要求妥善隔（gé）開（kāi），而且應盡快由槽中引出，以免陰極產物金（jīn）屬鈉長時間飄浮在電解液表（biǎo）麵，會進一步與陽極產物或空氣中（zhōng）的氧起作用（yòng）。

非（fēi）水溶液電解槽

由於非水溶液電解槽在製取有機產品或電（diàn）解有機物時,常伴隨有各種複雜的化學反應,使其應用受（shòu）到限製，工業化的不多。一般采用（yòng）的有機電解（jiě）液，電導（dǎo）率低，反應速度也小。因此，必要采用較低的電流密度，極間距盡量縮小（xiǎo）。采用（yòng）固定床或流化床的電（diàn）極（jí）結構有較大（dà）的電極表麵積，可提高電解槽生產能力。

按電極的（de）連接方式分類

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