電解槽的主（zhǔ）體結構和分類

陽極

陽極和（hé）陰極的作用不同，對（duì）材質要求也各異。

分可溶性和不可溶性兩類。在精煉銅用的電解（jiě）槽中，陽（yáng）極（jí）材料（liào）為可溶性的待精煉的粗（cū）銅。它（tā）在電解過程中溶入溶液，以補充在陰極上從溶（róng）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（men）在（zài）電解過程基本不發生變化（huà），但對在電極（jí）表麵上所進行的陽極反應（yīng）常具（jù）有催化作用。在化學工業中，大多采用不溶性陽極。

陽極材料除需滿足一般電極材（cái）料的基本需求（如導電（diàn）性、催化活（huó）性（xìng）強度、加工、來源、價格（gé））外，還需能（néng）在強陽極（jí）極化和較高溫（wēn）度（dù）的（de）陽極液中不溶解、不鈍化，具有很（hěn）高的（de）穩定性。長期（qī）以（yǐ）來，石墨是使用（yòng）廣泛的陽極材料（liào）。但石墨多（duō）孔，機械強（qiáng）度差，且容易（yì）氧化成二氧化碳（tàn），在電解過程（chéng）中不斷地被腐蝕剝落，使（shǐ）電極（jí）間距逐漸增大，槽（cáo）電壓升（shēng）高。用於電解食（shí）鹽水溶液時，石墨電極上的析氯過電位也較高。

60年代H.比爾提出的在鈦基上塗覆氧化釕、氧化鈦而形成（chéng）的金屬氧化物電極（jí）是陽極（jí）材料的一個重大革新。二氧化（huà）釕對某些陽極反應如（rú）析氯、析氧具有（yǒu）很好（hǎo）的催（cuī）化活性，能在高電流密度下工作而槽（cáo）電（diàn）壓比較低。比較突（tū）出的特點是具有很好的化學穩定性（xìng），工作壽命比（bǐ）石墨陽極長得多。例如在（zài）氯堿生產用的隔膜電解槽中，其壽命可達10年以上。由（yóu）於它不易腐蝕（shí），尺寸穩定，被稱為形穩性陽極。為適應不同（tóng）要求（qiú）和用途，可在塗層中添加其他（tā）組分，如加入（rù）錫、銥可提高氧的過電位，完善陽極的選擇性，又如（rú）加入鉑可提高電極（jí）的（de）穩定性等。目前，貴金屬塗層的金屬陽極在化學工業中已做到普遍推廣。

在熔（róng）融鹽電解槽中，因電（diàn）解溫度比水（shuǐ）溶液電解槽中高得多，對陽極材料要求更嚴，電解熔融氫氧（yǎng）化鈉，一（yī）般可用鋼鐵、鎳及其合金。電解（jiě）熔融氯化（huà）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（de）電位下工作（zuò）,往往（wǎng）可以起到陰極保護作用，腐蝕性小,所以陰極材料比（bǐ）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（jiào）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（wéi）電解液時必要采用鉛或石墨作陰極外（wài），低碳鋼是常用（yòng）的陰極材料。為降低電耗，目前采用各種方法製備高比（bǐ）表麵積，並（bìng）具（jù）有催（cuī）化活性的陰極，如多孔鎳（niè）鍍（dù）層陰極。

為（wéi）了提高產品質量，也可采用特殊的陰極材料，如（rú）在水銀法電解食鹽水溶液製取燒堿的（de）汞陰極中，利用汞析氫過電位高（gāo）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氧（yǎng）陰極（jí），使氧在陰極還（hái）原（yuán），以代替（tì）析氫反應，按理論計算可降低槽電壓1.23V。

隔膜

為防止陰、陽兩極（jí）產物混合，避免可能發生的有害反應，在電解槽中，基本上都用隔膜將陰、陽極室（shì）隔開（kāi）。隔膜需有一定的孔隙率，能使離子通過，而不使分子或氣泡通過，當有（yǒu）電流流過時，隔膜的歐姆電（diàn）壓降要低。這些性能要求（qiú）在使用過（guò）程中基本不變，並且要求在陰、陽極室電（diàn）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（yáng）極室的電解液相同，電解槽的隔膜隻需將陰、陽極室隔開，以保證氫、氧（yǎng）純度，並防止氫氧混合發生爆炸。更多見的比較複雜的（de）情況是電解槽中陰、陽極室的電解液（yè）組成不同。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（kuò）散和作用，如氯堿生產中隔（gé）膜法電（diàn）解槽中的隔膜，可以增大陰極室氫氧離子向陽極室擴散和遷移（yí）的阻力。

隔膜由惰性材料製作，如氯堿（jiǎn）工業（yè）中長期使用的（de）石棉隔膜。但石棉隔膜性能不（bú）穩定，當鹽水中含有鈣、鎂雜質時，容易在隔膜中生成（chéng）氫氧化物沉澱，降低（dī）透過率；在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微孔隔膜，在穩定性和機械強度方麵都有很大改進。近（jìn）年來氯堿生產開發的陽離子交換膜是新型的隔膜材料。它（tā）具有（yǒu）對（duì）離子透過的選擇性，可使（shǐ）氯（lǜ）離子（zǐ）基本上（shàng）不進入陰極室，從而可以製（zhì）得氯化鈉含（hán）量極低的堿液。

按電解液的不同分類

水溶液電解槽

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

采用不同的（de）電解液時，電解槽的結構也有所不同。

水（shuǐ）溶（róng）液（yè）電解槽分有隔（gé）膜和無隔膜兩類。一般多（duō）用隔膜電解槽。在（zài）氯酸鹽生產和水銀法生產氯氣和燒堿時，采用無隔膜電解槽。盡量增大單位體積內的電極（jí）表麵積，可以提高電解槽的生產強度。因此，現代隔膜（mó）電解槽中的電極多（duō）為直立式。電解槽因內部（bù）部（bù）件材質、結（jié）構、安裝等不同（tóng）表現出不同的性（xìng）能與（yǔ）特點。

熔融鹽（yán）電解槽

多用於製（zhì）取（qǔ）低熔點金屬，其特點是在高溫下運轉，並應盡量防止水分進（jìn）入，避免氫離子在陰極上還原。例如製取金屬（shǔ）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無水熔融鹽或熔融的氫氧化物（wù），以（yǐ）免陰極析出（chū）氫。為（wéi）此電解過程需在高溫下進行，例如電解熔融氫氧化鈉時為 310℃，如其中含有氯化鈉成為混合電解質時,電解（jiě）溫度為650℃左右。

電解槽的高（gāo）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（jiě）含有氯化物的熔融（róng）電解質時常由於原料中不可避免地帶入少量（liàng）水分，會（huì）使陽（yáng）極（jí）生成潮濕的（de）氯氣，對電解槽的腐蝕作用很強，因此電解熔融氯（lǜ）化（huà）物（wù）的電解槽（cáo），一（yī）般用陶瓷或磷酸鹽材（cái）料（liào），而不受氯氣作（zuò）用（yòng）的部位（wèi）可用鐵。熔融鹽電解槽中的陰、陽極產物，同樣要求妥（tuǒ）善隔開，而且應盡快由（yóu）槽中引出，以免陰極產（chǎn）物（wù）金（jīn）屬鈉長時間飄浮在電解液表麵，會進（jìn）一步與陽極產物或空氣中的氧起作用。

非水溶液電（diàn）解槽

由於非水溶液電解槽在製取有機（jī）產品（pǐn）或電解有機物時,常伴隨有各（gè）種複雜的化學反應,使其（qí）應用受到限製，工（gōng）業化的不多。一（yī）般采用的有機電解液，電導率低，反（fǎn）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。采用固定床或流化床的電極結（jié）構有較大的電極表麵積，可提高電解槽生產能（néng）力。

按電極的連接方式分類（lèi）

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槽。單（dān）極式電解槽中同極性的電極與直流電源並聯連接，電（diàn）極兩麵的極性相同，即同時為陽極或同時為陰極。複極（jí）式電解槽兩端的電極分別與直（zhí）流電源的正負極相連，成為陽極或陰極。電流通過串（chuàn）聯的（de）電（diàn）極流過電解槽時（shí），中（zhōng）間各電極的一（yī）麵為陽極，另一麵為陰極,因此（cǐ）具有雙極性。當電（diàn）極（jí）總麵積相同時,複極式電解槽的電流較小，電（diàn）壓較高，所需（xū）直（zhí）流電源的投資比單極式者省。複極式一般采用壓濾機結構（gòu）形式，比較緊湊。但易漏電和短路，槽結構和操作管理比單極式複雜。單（dān）極式電解槽（cáo）截麵一般為長（zhǎng）方（fāng）形或方形，圓筒形占地大，空（kōng）間利用率低，采用（yòng）較少。