铝电解槽是铝电解生产的主体设备，实验室用铝电解槽多采用石墨槽体加氧化铝瓷管内衬做槽体，以避免电解过程的侧部导电。采用该结构的铝电解槽，其电流强度一般都很小，产铝量少，难以满足实验室在研究铝电解技术时的需要。如果实验室用铝电解槽具备一定的产铝能力，并且造价适中，这无疑为铝电解技术的研究提供很大地便利。铝电解槽内的电场分布是否合理在很大程度上决定了电解槽设计的合理性，并且对理解槽内的电解过程有着重要的意义。　　 本文针对实验室研究铝电解技术时对小型电解槽的需要，在借鉴现有电解槽结构的基础上，通过改变电解槽传统的阴、阳极结构，设计了两种实验室用小型悬浮式阴极铝电解槽：竖直棒式阴极和悬浮托盘式阴极铝电解槽。两种结构的铝电解槽均采用石墨作为阴、阳极和槽体材料。　　 利用两种结构的铝电解槽分别进行了生产纯铝、铝-钛及铝-钪合金的电解试验，结果表明，竖直棒式阴极铝电解槽电流效率不足30％，效率较低，存在一些技术难题需要进一步研究；而悬浮托盘式阴极铝电解槽，在电解电流为300A的条件下，其电流效率接近80％，持续工作时间在十二小时以上。该结构铝电解槽彻底解决了侧部导电问题，在实验室条件下，具备一定量的电解铝生产能力，且造价低廉，为实验室研究铝电解技术提供了一种有效的实验手段。　　 本文在成功设计和建造了两种铝电解槽的基础上，采用有限元方法建立了电解槽电场的数学模型，利用ANSYS有限元软件对电解槽的电场分布进行了仿真模拟计算。结果表明：竖直棒式阴极铝电解槽的整体电压为1.518V，电解槽内的电流密度分布满足铝电解的要求，但由于电解槽内铝液电位与阳极电位相接近，造成铝原子的再氧化，导致该结构铝电解槽的电解效率较低，不具备实际使用的价值；对于悬浮托盘式阴极铝电解槽，电解电流300A的条件下，其整体电压为1.344V，其中电解质熔体电压1.210V左右，电解电流主要从阳极经电极间的电解质流向阴极，阴极表面的电流密度可达0.4A/cm2～0.6A/cm2，超过了铝电解对阴极电流密度的要求。分析结果从理论上证明了该结构电解槽的合理性。另外，通过ANSYS软件对电解槽的改进提出了合理的建议。