本文针对目前空气电极电化学制氧技术中氧气纯度不稳定、电解液结晶等问题,应用化学滴定、纯度测定、极化和SEM等测试方法,研究了隔膜对电化学制氧系统产氧纯度的影响、电解液的碳酸化结晶以及过氧化氢离子（HO₂^-）对系统电化学性能的影响。并对制氧系统进行优化设计,制备出了具有高产氧纯度和长使用寿命的电化学制氧装置,为电化学制氧的实际应用提供了一种新的技术途径。实验结果表明:系统产生的氧气可以通过空气电极中的气孔和外界空气发生交连,形成连接电解槽内外的气体孔道,外界空气可以通过这些孔道直接进入制氧系统内部,从而使氧气纯度降低。适当隔膜的使用可以阻止氧气向阴极扩散,减小氧气和外界空气发生交连的几率,从而可以有效提高氧气纯度。当采用高目数尼龙网、塑料隔膜和尼龙布作为隔膜,并且空气电极和金属阳极之间间距为1.5mm左右时,系统产氧纯度可由98%左右提高到99.6%以上。MnO₂催化剂的加入使空气电极电化学反应主要以4e反应历程进行,减少HO₂^-的生成,从而有效的降低电解液中HO₂^-浓度,消除HO₂^-的存在对系统产生的多种不利影响,有利于制氧系统使用寿命的提高。研究表明,与采用活性炭作为催化剂的空气电极相比,系统采用以30%MnO₂为催化剂的空气电极作为阴极时,电解液中HO₂^-浓度从2.6g/L减至0g/L左右,HO₂^-分解所产生的气体也大幅降低。经优化设计后,以50mm²空气电极为阴极、金属镍网为阳极、30%K2CO3溶液为电解液及20+400目尼龙网为隔膜组装的制氧系统,在阴阳间距1.5mm和电流密度80mA/cm2条件下,氧气纯度维持在99.6%左右,电解电压保持在1.45-1.65V之间,出气量稳定在20-25mL/min,系统在运行1000h后,未产生结晶。