電解槽的主體結構和（hé）分類

陽極

陽（yáng）極和陰極的作用不同，對材質要求也各異。

分可溶（róng）性和不可溶（róng）性兩類。在精煉銅用的（de）電解槽中，陽極材料為可溶性的待精煉的粗銅。它在電解過程（chéng）中溶入溶（róng）液（yè），以補（bǔ）充在陰極上從溶液中析出的銅（tóng）。在電解水（shuǐ）溶液（如食鹽水溶液）用的電解槽中，陽極為不溶性的，它們在（zài）電解（jiě）過程基本不（bú）發生變化，但對在（zài）電極表麵上所進行的陽極反（fǎn）應常具有催（cuī）化（huà）作用。在化學工業（yè）中，大（dà）多采用（yòng）不溶性陽極。

陽極材料除需滿（mǎn）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，還需能在強陽極極化和較（jiào）高溫度的陽極液中不溶（róng）解、不鈍化，具（jù）有很高的穩定性。長（zhǎng）期以來，石墨是使用廣泛的陽極材料。但石墨多孔，機械強度（dù）差，且容易氧化成二（èr）氧化碳，在（zài）電解過程中不（bú）斷地被腐蝕剝（bāo）落，使電極（jí）間距逐漸增大，槽電壓升（shēng）高。用於電解食（shí）鹽水溶液（yè）時，石墨電極上（shàng）的析氯過電位也（yě）較高。

60年代H.比（bǐ）爾提（tí）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（cái）料的一個重大革新。二氧（yǎng）化釕（liǎo）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電壓比（bǐ）較低。比較突出的特（tè）點是（shì）具有很好的化（huà）學穩定性，工作壽命比（bǐ）石墨陽極長得多。例如在氯堿生產用的隔膜（mó）電解（jiě）槽中，其壽命可達（dá）10年以上。由於它不易腐蝕，尺寸穩定，被稱為形（xíng）穩性陽極（jí）。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、銥可提高氧的過電位，完善陽極的選擇性，又如加入鉑可提高電極的穩定性等（děng）。目前，貴（guì）金屬塗層的金屬陽極在化學工業中已做到普遍推廣。

在熔融鹽電解槽中，因電解溫度比水溶液電解槽中（zhōng）高（gāo）得多，對陽極材料要（yào）求更嚴，電解熔融（róng）氫氧化鈉，一般可用鋼鐵、鎳及其（qí）合（hé）金（jīn）。電解（jiě）熔融氯化物，隻能（néng）用石墨。

陰極

以金屬（shǔ）或合金作為（wéi）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（xìng）小,所以陰極材料比（bǐ）較容易選擇。在水溶（róng）液電解槽中，陰極一般產生析氫反應，過電（diàn）位較高（gāo）。因此陰極材料的主要改進方向是降低析（xī）氫過（guò）電位。除用硫酸作為（wéi）電解液時必要采用鉛或石墨作陰極外，低碳（tàn）鋼是常用的陰（yīn）極材（cái）料。為降低電耗，目前（qián）采用各種（zhǒng）方法製備高比表麵積，並具有催化（huà）活性的陰極，如（rú）多孔鎳鍍層陰極。

為了提高產品質量（liàng），也可采（cǎi）用特殊的陰極材料（liào），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（lí）子放電，生成鈉汞齊，然（rán）後在專用的設備中，用水（shuǐ）瓦解鈉（nà）汞齊製取純度高、高濃度堿液。另外，為（wéi）了節約電能也可采（cǎi）用耗氧陰極，使氧在陰極還原，以代替析氫反（fǎn）應，按理論（lùn）計算可降低槽電（diàn）壓1.23V。

隔（gé）膜

為防（fáng）止（zhǐ）陰、陽兩極產物混合，避免（miǎn）可能（néng）發生的有害反應，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，能使離子通過，而不使分子或（huò）氣泡通過（guò），當有電流（liú）流過時（shí），隔膜的歐姆電壓降要低。這些性能要求在（zài）使用過程（chéng）中基本不變，並且要求在陰、陽極室電解液的（de）作用下，有良好的化學穩定（dìng）性和機械強度。電解水（shuǐ）時，陰、陽極室的電解液相同，電（diàn）解槽的（de）隔膜隻需將陰、陽（yáng）極室隔開，以保（bǎo）證氫、氧純度，並防止氫氧混合發生爆炸（zhà）。更多（duō）見的比較複雜的情況是電解槽中陰（yīn）、陽極室的電解液組成不同。這時（shí）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，可（kě）以（yǐ）增大陰極（jí）室（shì）氫氧離子向（xiàng）陽極室擴散和（hé）遷移的阻力。

隔膜由（yóu）惰性材料製作，如氯堿工業（yè）中長期使用的石棉（mián）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（yì）在隔膜（mó）中生成氫氧化物沉澱，降低透過率（lǜ）；在比較高的溫度和在電解液作用下，還會（huì）發生膨（péng）脹、鬆脫（tuō）。為此可以在石棉中加入樹脂作為增強材料，或以樹脂為（wéi）主體做成微孔隔膜，在穩定性和機械強度（dù）方（fāng）麵都有很大改進。近年來氯（lǜ）堿生產開（kāi）發的（de）陽（yáng）離子交換（huàn）膜（mó）是新型（xíng）的隔膜材料。它具有對離（lí）子透過的選擇性，可（kě）使（shǐ）氯離（lí）子基本上不進入陰極（jí）室，從而（ér）可以製得氯化鈉含量極低（dī）的堿液（yè）。

按電解液的不同（tóng）分類

水溶（róng）液電解（jiě）槽（cáo）

水溶液電解（jiě）槽的形式，可分為（wéi）隔膜電解槽和（hé）無隔膜電解槽兩類。隔膜電解槽又可分為均（jun1）向膜(石棉絨）、離子膜及固體電解質膜（如β-Al2O3）等形（xíng）式；無隔膜電解槽又（yòu）分為水銀電解槽和（hé）氧化電解（jiě）槽等。

采用（yòng）不同的電解液時，電解槽的結構也有所不同。

水溶液電解槽分有隔膜和無隔膜兩類。一般（bān）多用隔膜電解槽。在氯酸鹽生產和水銀（yín）法生產氯氣和燒堿時，采用無（wú）隔膜電解槽。盡量增大單位體積內的電極表麵積，可（kě）以提高電解（jiě）槽的生（shēng）產強度。因此，現代隔膜電解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（de）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（shì）在高溫（wēn）下運轉，並應（yīng）盡量防止（zhǐ）水分進入，避免氫離子在陰極上還（hái）原。例如製取金屬鈉時，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（de）無水熔融鹽（yán）或熔融的氫氧化物，以免陰極析出氫。為（wéi）此（cǐ）電解過程需在高（gāo）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）鈉成為混合電解質時,電解溫度為650℃左右。

電解（jiě）槽的（de）高溫可以通過改變電極間距，將（jiāng）歐（ōu）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（kě）用鐵或（huò）鎳，電（diàn）解含有（yǒu）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，會使陽極生成潮濕的氯氣，對電解槽（cáo）的腐蝕作用很強（qiáng），因此電解熔融氯化物的（de）電解槽，一般用陶（táo）瓷或磷酸鹽材（cái）料（liào），而不受氯氣作用的部（bù）位可用鐵。熔融鹽電解槽（cáo）中的陰、陽（yáng）極產（chǎn）物，同樣要求妥善（shàn）隔開，而且應盡（jìn）快由槽中（zhōng）引出，以免陰極產物金屬鈉長時間飄浮在（zài）電解液表麵，會進一步與陽極產物或空氣中的氧起作用。

非水溶（róng）液電解槽

由於非水（shuǐ）溶液電解槽在製取（qǔ）有機（jī）產品或電解有機物時,常伴隨有各種複雜的（de）化學反應（yīng）,使其應（yīng）用受到限製，工業化的不（bú）多。一般采（cǎi）用的有機電解液，電導率低，反應速度也小。因（yīn）此，必（bì）要采用較低的電流密度，極間（jiān）距盡量（liàng）縮小（xiǎo）。采用固定床或流化床的電極結構有較大的電極表麵積，可提高電解槽生產能力。

按電極的（de）連（lián）接方式（shì）分類

電解槽（cáo）按電極的連接方式，可分為單極式和複極式兩類電解槽。單極式電解槽中同極性的電極與直流電源並聯連接，電極（jí）兩麵的極性（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（yǔ）直流電源的正負（fù）極相連（lián），成為（wéi）陽極（jí）或陰極。電流通過（guò）串聯的電極流過電解（jiě）槽時，中間（jiān）各電極的一麵為陽極，另一麵為陰極,因此具有雙（shuāng）極性。當電極總麵積（jī）相同時,複極式電（diàn）解槽的電流較小，電壓較高，所需直流電源的投資比單極式者省（shěng）。複（fù）極式（shì）一般采用壓濾機結構形式，比較緊湊。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（shì）電解槽截麵一般為長方形或方形，圓筒形占地大，空間（jiān）利用率低，采用較少。