氧陰極又稱為耗氧陰極或者去極化氧陰極（oxygen consuming or oxygen depolarized cathode，簡稱ODC），最先源於氫燃料電池的原理。氧陰極主要套用於燃料電池和鋰空電池等領域，主要由催化層、防水層和導電骨架3部分組成。
氧陰極是一種全新概念的離子膜電解技術，由於其在節能和環保方面的出色表現，自其誕生之日起即引起國內外廣泛關注。
基本介紹
- 中文名：氧陰極
- 外文名：oxygen depolarized cathode
- 別稱：耗氧陰極，去極化氧陰極
- 套用領域：燃料電池等
- 優點：節能環保
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基本原理
氧陰極電解槽中使用的離子膜陽極與普通離子膜電解槽相同，在陽極側生成氯氣，不同之處在於陰極結構， 通過向陰極區供應純氧，H+在陰極表面與O2反應生成水。 因在陰極側沒有氫氣放出，降低了陰極的放電電位，降低了單槽電解電壓，電耗減少明顯，有顯著的經濟效益。其工作原理是催化層中的催化劑與氧氣及電解液中的水接觸，從而進行電子交換，其電極反應為1/2O2+H2O+2e→2OH-（E°陰=0.401 V）；防水層由含有憎水材料（如聚四氟乙烯）的微乳液製成，主要作用是使氧氣透過防水層進入催化層，而保證電解液中的水不會滲出氧陰極；導電骨架的作用主要起支撐和導電作用。
氧陰極技術比傳統的隔膜法電解技術或一般的離子膜和隔膜食鹽電解技術的理論分解電壓大幅下降， 大大降低了電耗，粗略計算比傳統方法電解技術節電約 1/3。
經濟性分析
為與常規陽離子膜電解硫酸鈉進行經濟性對比，以未攪拌的電流效率為50%的測試結果進行對比。採用灰鑄鐵為陰極的常規陽離子膜電解硫酸鈉的槽電壓為5 V，而以氧陰極為陰極的陽離子膜電解硫酸鈉的槽電壓為3.8 V，平均降低了1.2 V。如 以電流密度為200 A/m2（0.08 A）電解 5 h、平均槽電壓為3.8 V計算，耗電量為5.472 kJ，約合0.00152 kW·h 電。即1 kW·h電可生產6.45 mol氫氧化鈉和2.43 mol硫酸。 與常規陽離子膜電解硫酸鈉相比，1 kW·h電可生產硫酸和氫氧化鈉的量分別增加至1.23倍和1.77倍。
氧陰極為陰極的陽離子膜電解硫酸鈉裝置
氧陰極為陰極的陽離子膜電解硫酸鈉裝置氧陰極裝置工藝原理
氧陰極電解槽具有特殊的陰極（ODC），在直流電的作用下，將精鹽水、氧氣和水進行電解，生產製得32%的鹼液和氯氣。陽極室內氯化鈉在水中電離，陽極反應的基本原理是陰離子Cl被氧化生成Cl，陰極反應的基本原理是O和水被還原生成OH。整個電化學反應概括如下：
4NaCl + O2+ 2H2O ——> 4NaOH + 2Cl↑
氧陰極法制鹼法技術利用氧氣電極還原反應代替氫析出反應，降低反應的電解電位，因此在生產過程中僅生產32%燒鹼和氯氣，不產生氫氣。
氧陰極電槽
單元槽由陽極半殼、陰極半殼、離子膜及密封系統組成。其中：陽極半殼組成包括電極、降液管、擋板、排液管及進料分歧管。陰極半殼組成包括氧陰極、過濾網彈性元件、電流分配器、陰極液進料分歧管及氧氣進料分歧管等。密封系統通過兩條PTFE密封線，維持陰、陽極半殼與離子膜間的密封性。
氧陰極電槽
氧陰極電槽