電解槽的主體結（jié）構和分類

陽極

陽極和陰極的作用（yòng）不同，對材質要求（qiú）也各異。

分可溶性和（hé）不可溶性兩類。在精煉（liàn）銅用（yòng）的電解槽中，陽（yáng）極（jí）材料為可溶性的待精煉的粗銅。它在電解過程中溶入（rù）溶液，以補（bǔ）充在陰極上從溶液中析出的銅。在電解水溶液（如食鹽水（shuǐ）溶液）用的電解槽中，陽（yáng）極為不溶性的，它們在電解過程基（jī）本不發（fā）生（shēng）變化，但對在電極表麵上所進行的陽極反應常具有催化作用。在化學（xué）工業（yè）中，大多采用不溶性陽極。

陽（yáng）極材（cái）料除需滿足一般電極材料的基本需求（如導電性、催化活性（xìng）強度、加工、來源、價格）外，還（hái）需（xū）能在強陽極極化和較高溫度的陽極液中不溶解、不鈍化，具有很高的穩定性。長期以來，石墨是使用廣泛的陽極材料（liào）。但石墨多孔，機械強度差，且容易氧化成二氧化碳，在電解過程中不斷地被腐蝕剝落，使（shǐ）電極間（jiān）距逐漸增大，槽電壓升高。用於電解食（shí）鹽水溶液時，石墨電極上（shàng）的析氯過電位也較高。

60年代H.比爾提出的在鈦基上（shàng）塗覆氧化釕、氧化鈦而形成（chéng）的金屬（shǔ）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，能在高電流密度（dù）下工作而槽電壓比較低。比較（jiào）突出的（de）特點（diǎn）是具有很好的化學穩定性，工作壽命比石墨陽極長得多。例如在氯堿生產用的隔膜電（diàn）解槽中，其壽命可達10年以上。由於它不易腐蝕，尺寸穩定（dìng），被稱為（wéi）形穩性（xìng）陽極。為適（shì）應不同要求和用途，可在塗層中添加其（qí）他組（zǔ）分，如加入錫、銥（yī）可提高氧的過電位，完善陽極的選擇性，又如加（jiā）入鉑可提高電極的（de）穩定性（xìng）等。目前，貴金屬塗層的金屬陽極在化學（xué）工業中（zhōng）已做（zuò）到普遍推廣。

在熔（róng）融鹽電解槽中，因電解溫度比水溶（róng）液電（diàn）解槽（cáo）中（zhōng）高得多，對陽（yáng）極材料要求更嚴，電解（jiě）熔（róng）融氫氧化鈉，一般可用鋼（gāng）鐵（tiě）、鎳及其合（hé）金。電解熔融氯化物，隻能用石墨（mò）。

陰極

以金屬或合金作為陰極時（shí），由於在比較負的電位下工作（zuò）,往往可以起到陰極保護作用（yòng），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，過電位較高。因（yīn）此陰極（jí）材料的主要改進方向是降低析氫過電位（wèi）。除用硫（liú）酸（suān）作為電解液時必（bì）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（cǎi）用（yòng）各種方法製備高比（bǐ）表麵積，並具有催（cuī）化活（huó）性的陰極（jí），如多孔鎳鍍層陰極。

為了提（tí）高產品質量，也可采用特殊的陰極材料，如在（zài）水銀法電解食鹽水溶液製取燒堿（jiǎn）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（nà）汞齊，然後在專用的設備中，用水瓦解鈉汞齊製取純度（dù）高、高濃（nóng）度堿（jiǎn）液。另外，為了節約電能也可采用耗氧陰（yīn）極，使氧在陰極還原，以代替析氫反應，按理論計算可降低（dī）槽（cáo）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（hài）反應，在（zài）電解槽中，基本上都用隔膜（mó）將陰、陽極（jí）室隔開。隔膜需有一（yī）定的孔隙（xì）率，能使離子通過，而不使分子或氣泡通（tōng）過，當有電流流過時，隔膜的歐（ōu）姆（mǔ）電壓降要低。這些性能要（yào）求（qiú）在使用過程中（zhōng）基本不變，並且要求在陰、陽極室電解液的作用下，有良好的化學穩定（dìng）性和機械強度。電解水時，陰、陽極室的電解液相同，電解槽的（de）隔膜隻需將陰、陽極室隔開，以保證氫、氧純度，並防止（zhǐ）氫氧混合發生爆炸。更多（duō）見的比較複雜的情況是（shì）電解槽中陰、陽極室的電解液組成不同。這時隔膜還（hái）需要阻止陰、陽極室電解（jiě）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（gé）膜，可以增大陰極室氫氧離子（zǐ）向陽（yáng）極室擴散和遷移的阻力。

隔膜由惰性材料製作，如氯堿工業中長期使用的（de）石棉隔膜。但石棉隔膜性能不穩定，當鹽水中含有鈣、鎂雜質時，容易在隔膜中生（shēng）成氫氧化物（wù）沉澱，降低透過（guò）率；在（zài）比較高的溫度和在電解液作（zuò）用下，還會發生膨脹、鬆脫。為此可以在石棉中加入樹脂作為增強材料，或以樹脂為主體做成（chéng）微孔隔膜，在穩定性和機械強度方麵（miàn）都有很大改進。近年來氯堿生產開發的陽離子交換膜是新型的隔膜材料。它具有對（duì）離子透過的選擇性，可使氯離（lí）子基本上不進入陰極室，從而可以（yǐ）製得氯化鈉含量極低的堿液。

按電解液的（de）不同分類

水溶液電解槽

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

采用不同的電解液時，電解槽的（de）結構也有所不同。

水溶液電（diàn）解槽分有隔膜和無隔膜兩類。一般多用隔膜電解槽。在氯酸鹽生產和水銀法生產（chǎn）氯氣和燒堿時，采用無隔膜電解（jiě）槽。盡量增大單位體積內的電極表麵積，可以（yǐ）提（tí）高電解槽的生產強度。因此，現代隔膜電解槽中的電極（jí）多為直立式。電解槽因內部部件材質、結構、安裝等不同表現（xiàn）出不同（tóng）的性能與特點。

熔融鹽電解槽（cáo）

多（duō）用（yòng）於（yú）製取低熔點金屬，其特點是在高溫下（xià）運轉（zhuǎn），並應盡量防止水分進入，避免氫離子在（zài）陰極上還原。例如製取金（jīn）屬鈉時（shí），由於鈉離子的陰極還原電位很負，還原很困難，必要用不含氫離子的無水熔融鹽或熔融的氫（qīng）氧化物，以免陰極析出氫。為此（cǐ）電（diàn）解過程需在（zài）高溫下進行，例如電解熔融氫氧化鈉時為 310℃，如其中含有氯化（huà）鈉（nà）成為混合（hé）電解（jiě）質時,電解溫度為650℃左右。

電解槽的高溫可以通過改變電（diàn）極間距，將歐姆電壓降所消耗的電（diàn）能（néng）轉變為熱（rè）量來達到。電解熔融氫氧化鈉時，槽體（tǐ）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（zhōng）不可避免地帶（dài）入（rù）少量水（shuǐ）分，會使陽極生成潮濕的（de）氯（lǜ）氣，對電解槽的腐蝕作用很強，因此電解熔融氯化物的電解槽，一般（bān）用陶瓷或磷酸鹽材料，而不（bú）受氯氣作用的部位可用鐵。熔融鹽電解槽中（zhōng）的陰、陽極（jí）產物，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（jīn）屬（shǔ）鈉長時（shí）間飄浮在（zài）電解液表麵（miàn），會進一步與陽極產物或空氣中（zhōng）的氧起作用。

非水溶液電（diàn）解槽

由於非水溶液電（diàn）解（jiě）槽在製取有機產（chǎn）品或電解有機物時,常伴（bàn）隨有（yǒu）各種複雜的化學反應,使其應用受到限製，工業化的不多。一般采用的有機電（diàn）解液，電導率低，反應速度也（yě）小。因此，必要采用（yòng）較低的電流密度，極間（jiān）距盡量縮小。采（cǎi）用固（gù）定床（chuáng）或流化床的電極結（jié）構有較（jiào）大的電極表麵積，可提高電解（jiě）槽生產能（néng）力。

按電極的連接方式分類

電解（jiě）槽按電（diàn）極的連接方式（shì），可分為單極（jí）式和複極式兩類（lèi）電解槽。單極（jí）式電解槽中同極（jí）性的（de）電極（jí）與直流電源並聯連接，電極兩麵的極性相同，即同時為陽極或同（tóng）時為陰極（jí）。複極（jí）式（shì）電（diàn）解槽兩端的電（diàn）極分別與（yǔ）直流電（diàn）源的（de）正負極相連，成為陽極或陰極。電流通過串聯的電極流過電解槽時，中間（jiān）各電極的一麵為陽極，另（lìng）一麵為陰極,因此（cǐ）具有雙極（jí）性。當（dāng）電極總麵（miàn）積相同時,複極式電解槽（cáo）的電流較小，電壓較高，所（suǒ）需直流電源的投資比單極式者省。複極式一般采用壓濾（lǜ）機結構形式，比較緊湊。但易漏電和短路，槽結構和操作（zuò）管（guǎn）理比單極式複雜。單（dān）極式（shì）電解槽截麵一般為長方形或方形，圓筒（tǒng）形占（zhàn）地大，空間利用率低，采用較少。