電解槽的主體結構（gòu）和分類

陽極（jí）

陽極和（hé）陰極的（de）作用不同，對材質要求也各異。

分可溶性（xìng）和不可溶性兩類。在精煉銅用的電（diàn）解槽中，陽極材料為可溶性的待精煉（liàn）的粗銅。它在電解過程中溶入溶液，以補充在陰極上從溶液中析出（chū）的銅。在電解水溶液（如食鹽水溶液）用（yòng）的電（diàn）解槽中，陽極為不溶性的，它們在電解過程基本不發生變化（huà），但對在（zài）電極表麵上所進行的陽極反（fǎn）應常具有（yǒu）催化作用。在化學工業中，大多采用（yòng）不溶（róng）性陽極。

陽極材料除需滿足一般電（diàn）極材料的基（jī）本需求（如導電性、催化活（huó）性強度、加工、來源（yuán）、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，具有很高的穩定性。長期以（yǐ）來，石墨是（shì）使用（yòng）廣泛的（de）陽極材料。但石墨多孔（kǒng），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（fǔ）蝕剝落，使電極（jí）間距逐漸增大，槽電壓升高。用於電解食鹽水溶液（yè）時，石墨電極上的析氯過（guò）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（tài）而形成的金屬氧化物電極是陽（yáng）極材料的一個重大革新。二氧化釕（liǎo）對某些陽極反應如析氯、析（xī）氧具有很好的催化活性，能在（zài）高電流密度下工作而槽電（diàn）壓比較低。比較突出的特點是具有很好的化（huà）學穩定性，工作壽命比石（shí）墨陽極長得多。例如在氯堿生產用的隔膜電解槽中，其壽命可達10年以上。由於它不（bú）易腐蝕，尺寸穩定，被稱為形穩性陽極。為適應不同要求（qiú）和用途（tú），可在塗層（céng）中添加其他組分，如加入錫（xī）、銥可提高氧的過電位，完善陽極的選（xuǎn）擇性，又如加入鉑可提高電極的穩定性等。目前，貴金屬塗層的（de）金屬（shǔ）陽極在化（huà）學工業中已做到普遍推廣。

在熔融鹽電解（jiě）槽中，因電解溫度比水溶液電解槽中高得多，對（duì）陽極材（cái）料要求更嚴（yán），電解熔融氫氧化鈉，一般可用鋼鐵、鎳及其合金。電解熔融氯（lǜ）化物，隻能用石墨。

陰極

以金屬或合金作為陰極時，由於在比較負的電位下工作,往往可以起到陰極保護作用，腐蝕性小,所以陰極材料比較容易選擇。在水溶液電解槽中，陰極一般產（chǎn）生析氫反應，過電（diàn）位較高。因（yīn）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（qiān）或石墨作陰極外，低碳（tàn）鋼是常用的陰極材料。為降低（dī）電耗，目前采用各（gè）種方法製備高比表麵積，並具有催化活性的陰極，如多孔鎳鍍層陰極。

為了提（tí）高產品質量，也可采用（yòng）特殊的陰極材料（liào），如在水銀法電解食（shí）鹽（yán）水溶液製取燒堿的汞陰極中，利用汞析氫（qīng）過電（diàn）位高的特點，使鈉離子（zǐ）放電，生成鈉汞齊，然後在專用的設備（bèi）中，用水瓦解鈉汞（gǒng）齊製（zhì）取純度高、高濃度堿（jiǎn）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，以代替析氫反（fǎn）應，按理論計算可（kě）降低槽電（diàn）壓1.23V。

隔膜

為防止（zhǐ）陰、陽兩極產物混合，避免可能發生（shēng）的有害反應，在電解槽中，基本上（shàng）都用隔膜將陰、陽極室隔開。隔膜（mó）需（xū）有一定的（de）孔（kǒng）隙率，能使離子通過，而（ér）不使分子或氣泡通過，當（dāng）有電流流過時，隔膜的歐姆電壓降要低。這些性（xìng）能（néng）要求在（zài）使用過程中基本不變，並且要求在陰、陽極室電解液的作用下，有良好的化學穩定性和機械強度。電解水時，陰、陽極室的（de）電解液相同，電（diàn）解槽的（de）隔膜隻需將陰、陽極室隔開，以保證氫、氧純度，並（bìng）防止氫氧混合發生（shēng）爆炸。更（gèng）多見（jiàn）的比較（jiào）複雜的情況是電解槽中陰、陽極室的電（diàn）解液組成（chéng）不同。這時隔膜還需要阻止陰（yīn）、陽極室電解液中電解產物的相互擴散和作用，如氯堿生產（chǎn）中隔膜法電解槽中的隔膜，可以增大陰（yīn）極室氫（qīng）氧離子向陽極室擴散和遷移的阻力。

隔膜由（yóu）惰性材料製作（zuò），如氯堿工（gōng）業中長期使用的石棉隔膜。但石棉隔膜性能不穩（wěn）定（dìng），當鹽水中（zhōng）含有鈣、鎂雜質時，容（róng）易在隔膜中生（shēng）成氫氧化物沉澱，降（jiàng）低透過率（lǜ）；在比較高的溫度和在電解液作用下，還會發生膨脹、鬆脫。為此（cǐ）可以在石棉中加入樹脂作為增（zēng）強（qiáng）材料，或以樹脂（zhī）為主體（tǐ）做成微孔（kǒng）隔膜，在穩（wěn）定性和機械強度方麵都有很（hěn）大（dà）改進。近年來（lái）氯堿生產開發的陽離子交換膜是新型的隔膜材料（liào）。它具（jù）有對離子透過（guò）的選擇性，可使氯離子基本上不進（jìn）入陰極室，從而可以製得氯化（huà）鈉含量極低（dī）的堿液。

按電解（jiě）液的不同分類

水溶液電解槽

水溶液電解槽的形式，可分為隔膜電解槽和無隔膜電解槽兩類。隔膜電解槽又可分為均向膜(石棉絨）、離子膜及固體電解質膜（如β-Al2O3）等（děng）形式；無隔膜電解（jiě）槽又分為水（shuǐ）銀電解槽（cáo）和氧化（huà）電解槽等。

采（cǎi）用不（bú）同的電（diàn）解液時，電解槽的結（jié）構也有所不同。

水溶（róng）液電解槽分有隔膜和（hé）無隔膜兩類。一般多用隔膜電解槽。在氯酸鹽生產和水（shuǐ）銀法生產氯氣和燒堿時，采（cǎi）用無隔膜電解槽。盡量增大單位體積內的電極表麵積，可以（yǐ）提高電解槽的生產強（qiáng）度。因此，現代隔膜電（diàn）解槽中的電極多為直立式。電解槽因內（nèi）部部件材質、結構、安裝等不（bú）同表現（xiàn）出不同的性能與特點。

熔融鹽電（diàn）解槽

多用於製取低熔點金屬，其（qí）特點是在高溫下運轉，並應盡量防（fáng）止水分進（jìn）入，避免氫離子在陰極上還原。例如（rú）製取金屬鈉時（shí），由於鈉離子的陰極還原電位很負，還原很困難，必（bì）要用不（bú）含氫離子的無水熔融鹽或熔融的氫氧化物，以免陰極析（xī）出氫（qīng）。為此電解過（guò）程需在高溫下進行，例如電解熔融氫氧化鈉（nà）時為 310℃，如其中（zhōng）含有（yǒu）氯化鈉成為混合電解質時（shí）,電（diàn）解溫度為（wéi）650℃左右。

電解槽的高溫可以通過改（gǎi）變電極間距，將歐姆電壓（yā）降所消耗的電（diàn）能（néng）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（de）熔融電解質時常由於原料中不可避免地帶入少量水分，會使陽極生成潮（cháo）濕（shī）的氯氣，對電解槽的腐蝕作用很強，因此電解熔融氯化（huà）物的電解槽，一（yī）般用陶瓷或磷酸鹽材料，而不（bú）受（shòu）氯氣（qì）作用的部位可用鐵。熔融鹽電解槽中的（de）陰、陽極產物，同樣要（yào）求妥善隔開，而且應（yīng）盡快由槽中（zhōng）引（yǐn）出，以免（miǎn）陰極產物金屬鈉長（zhǎng）時間飄浮在（zài）電解液表麵，會進一步與陽極產（chǎn）物或空氣中的氧起作用。

非水（shuǐ）溶液電解槽

由於非水溶液電解槽在製取有機（jī）產（chǎn）品或電解有機物時,常伴隨有各種複雜的化學反應,使其應用受到限製，工業化的不多。一般采用（yòng）的有機電解液，電導率低，反應速度也小。因此，必（bì）要（yào）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（huà）床的電極結構有較大的電極表（biǎo）麵積，可提高電解槽生（shēng）產能力。

按（àn）電極的連接方式分類

電（diàn）解槽（cáo）按電極的連接方式，可分為（wéi）單極式和複極式兩類（lèi）電解槽。單極式電解槽中同極性的電極與直流電源並聯連接，電極兩麵的（de）極（jí）性（xìng）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（fèn）別與直流電源的正負極相連，成為陽極或陰極。電流通過串聯的電極流過電解槽時，中間各電（diàn）極的一麵為陽極（jí），另一麵為陰極,因此具有雙（shuāng）極性。當電極總麵積相同時,複（fù）極式電解槽的電流較小，電壓（yā）較高，所需直流電源的投資比（bǐ）單極式者省。複極式一般采用壓濾機結構形式，比較緊湊。但易漏電和短路，槽結（jié）構（gòu）和（hé）操作管理比單極式複雜。單極式電解槽截麵一般為（wéi）長方形或方形，圓筒形（xíng）占地大，空間利用率低，采用較少。