用於電解池的電極的製作方法

2023-06-05 23:39:51

專利名稱：用於電解池的電極的製作方法
用於電解池的電極本發明涉及用於生產氣體的電化學工藝的一種電極和一種方法，安裝後的該電極與一個離子交換膜面對面平行地定位並且由多個水平的層狀元件組成，設計為一個平的C型輪廓的這些水平的層狀元件由一個平的「腹部(Bauchteil)」和一個或多個側翼部分、以及安排在該平的腹部和該一個或多個側翼部分之間的一個或多個任意形狀的過渡區域組成，這些層狀元件配備有多個貫通孔。根據現有技術用於生產氣體的電化學工藝的方法是已知的；這同樣也適用於在電解槽中使用的適宜的電極。其中，在本申請人所擁有的DE 19816334A1中描述了這些電極。所述專利描述了用於由鹼金屬齒化物水溶液生成齒素氣體的一種電解槽。由於在電解液中產物氣體生產期間的流動條件受到在膜/電極區的有害作用的影響，DE 19816334A1建議在朝向水平高度的傾斜位置處安裝這些獨立的百葉窗式(jalousieartigen)元件。因為在這些單獨的層狀元件下方聚集的氣泡跟隨向上的液流穿過由這種設計提供的開口，這種方法在該池內產生了一種側向流動。 然而，DE 19816334A1沒有提出以下問題的任何解決方案即限定量的氣體保留在這些百葉窗式元件的下面。由此，這些氣泡的停留引起該電極接觸的下降並且該膜表面區域的一個相當大的部分「被致盲(geblindet)」。致盲應理解為意味著該流體不能流動，這阻止了氣體在這個區域產生。此外，這種氣體停滯促成了「致盲」並且引起膜分離，這不可避免地導致在其他膜部分的電流密度的增加，使得該電池電壓升高並且電流消耗增加。為了消除「致盲」問題，EP 0095039揭示了在該電極的層狀元件中提供交叉凹槽。然而，DE 4415146A1聲明所述凹槽不足以防止「致盲」。因此DE 4415146A1建議在向下指向的該層狀元件部分中提供多個孔或鑽孔並且因此來增強氣體出流。在此背景下沒有解決的是，保留在接觸區域附近的並且因此阻礙電解液流動的殘餘氣體部分。這個問題通過DE 102005006555A1的主題得到改善，由此這種「致盲」效應被減到最低。這是通過用於生產氣體的電化學工藝的一種電解池的電解電極來實現的，安裝後的該電極與一個離子交換膜面對面平行地定位並且由多個水平的層狀元件組成，這些水平的層狀元件被結構化並且是立體設計的、並且通過該層狀元件的一個表面區段與該膜直接接觸，所述層狀元件具有多個溝槽和孔並且這些孔的大部分被安排在這些溝槽中，這類孔的完整的表面區域位於這些溝槽內或者延伸到這些溝槽內部。通過安裝這種電極，與具有相似外部尺寸的常規電極相比，在電流密度為6kA/m2的情況下實現大於50mV的顯著電壓降低是可能的。涉及到的缺點是這些溝槽產生了以構造上的隆起和凹陷為特徵的一個表面區域，這是引起不利的氣體停滯並且從而導致跨過該離子交換膜的不均勻的電流密度分布的原因。本發明的目的是解決這個問題。這將可以通過提供沒有上述缺點的一種電極來實現，並且一種用於根據本發明電極的操作方法將實現該電池電壓的降低以及相應降低的電能需求。出人意料地，通過DE 102005006555A1中描述的類型的一個簡化設計實現了這個目的。根據本發明，該目的通過使用一種用於生產氣體的電化學工藝的電解池的電極來實現。安裝後的該電極包括多個水平的層狀元件，設計為一個平的C型輪廓的這些水平的層狀元件由一個平的腹部和一個或多個側翼部分、以及安排在該平的腹部與該一個或多個側翼部分之間的一個或多個任意形狀的過渡區域組成，這些層狀元件配備有多個貫通孔以及一個沒有結構上的隆起和凹陷的平表面區域，並且該平的腹部具有成行排列並且彼此對角地安排的多個貫通孔。因為該電極是由通過有意的冷加工拉伸的立體設計的多個層狀元件構成，本發明不同於例如由DE 69600860T2,DE 243256A1、以及DE 2630883A1提出的連續多孔板。這種彎曲增加該電極的穩定性並且提高與該膜接觸的該表面區域的平面性。如在開始時引用的，這種類型的單個元件的組合是目前最先進的水平。
這些孔的對角安排保證該腹部的表面被最佳地利用，以便提供儘可能多的孔並且以這種方式實現氣體停滯的進一步降低。任選地，這些側翼部分也配備有貫通孔。在本發明的一個優選實施方案中，如果該電極已經被安裝在一個電解池中，則這些貫通孔被安排在相應的層狀元件的、與該離子交換膜接觸的接觸區域中。這種安排用於在電解池的運行期間向該離子交換膜供應電解液的目的並且用來保證該氣體排出流。在本發明的再一個實施方案中，這些貫通孔是衝孔。這些孔可能是任何可選的幾何形，優選的是具有圓形橫截面的孔。有利的是，在圓形貫通孔的情況下這些層狀元件的片材厚度小於該孔直徑，和/或在非圓形貫通孔的情況下這些層狀元件的片材厚度小於該液壓截面(hydraulischeQuerschnittX在根據本發明的電極的一個特別有利的實施方案中，在安裝到一個電解池中時該一個或多個側翼部分以至少10度的角度從該膜傾斜。有利地，將這些過渡區域作為倒圓的邊緣來形成。具有C型輪廓的這些獨立的、水平安排的層狀元件之間的間隔優先地是O至5mm，優選O至2mm並且特別優選0mm。通過提供這些獨立層狀元件之間的儘可能小的間隔，該膜表面的大約6%至10%被恢復並且可用於實際的電解工藝，因此該工藝被優化。與本發明相關的該電解方法的特徵在於使用如上所描述的一個平面電極。對於滷素氣體生產，使用單池式或壓濾設計的電解槽是有利的。圖I用於在下面更詳細地描述本發明。圖I展示了 根據本發明的採用C型輪廓設計的一個層狀元件的俯視I展示了具有平的C型輪廓設計的一個層狀元件。向後面彎曲的側翼2和3被保持為很短，相對之下平的腹部6比它們寬許多倍。在側翼2和3以及腹部6之間有過渡區域4a和4b。在該平的腹部6中，層狀元件I配備有成行排列的孔5，將這些孔的行彼此平行地安排並且將這些孔從孔的一行到下一行對角地安排。這是利用腹部6的可用表面區域進行電解的最有效的方式。有利的是在這些過渡區域4a或4b中有再一行的孔和/或在這些側翼2和3自身中有另外的更多行的孔。這種設計的本質優點是在安裝時腹部6對於該膜的面平行安排，該電化學反應可以在此發生。在這種情況下，該膜通過孔5被供應苛性鹼或鹽水。
另外，確定了一種電解池的電池電壓，該電解池使用了由根據本發明的C型輪廓設計的多個層狀元件組成的一種電極。與此相比，確定了使用一種具有如DE102005006555A1披露的C型輪廓設計的電極的一種電解池的電池電壓,該電極的不同之處在於這些提供的孔被安排在溝槽裡並且這些層狀元件的表面區域因此具有結構上的隆起和凹陷的特徵。另外，該平的腹部的這些孔沒有彼此對角地安排。由此可見這兩種C型輪廓的設計僅在表面品質上不同。在本實驗中使用的兩種C型輪廓都具有11X62個孔，在根據本發明的設計的情況下，以彼此對角地安排這些孔的方式將這些孔安排成行。該孔直徑是I. 5mm並且該C型輪廓的高度是23mm。根據DE 102005006555A1的發明的說明強調這些溝槽的有利效果，這由以下事實來解釋一方面，具有最高電流密度的區段，即該接觸區域，是通過這些溝槽由來自下面的流體的連續流以一個理想的方式供給反應物，而另一方面，所得到的體積大很多倍的產物氣體通過這些溝槽或這些孔被向上輸送到該電解電極的後側。因為這點，本領域的普通技術人員從表面看來將不會為這些層狀元件的任何構造修改作努力。出人意料地，如果省卻這些溝槽結構並且彼此對角地安排這些孔，比較實驗產生 了大約60mV的顯著電壓降低(標準化為90° C，按重量計32%Na0H，以及6kA/m2)。這歸因於這些溝槽內的氣體停滯，在DE 102005006555A1中沒有考慮到這點。本發明產生的優點
該電極的這些層狀元件的簡化的構造 與現有技術的設計類型相比電壓顯著降低 確保跨過該膜的均勻的電流分布 消除溝槽中氣體停滯的問題 由於電池電壓的顯著降低而有成本效益的方法參考標號清單
1層狀元件
2上側翼
3下側翼
4a, b 彎曲的過渡區域
5孔
6腹部
權利要求
1.用於生產氣體的電化學工藝的一種電解池的電極，由多個水平的層狀元件組成，設計為一個平的C型輪廓的這些水平的層狀元件由一個平的腹部和一個或多個側翼部分、以及安排在該平的腹部與該一個或多個側翼部分之間的一個或多個任意形狀的過渡區域組成，這些層狀元件配備有多個貫通孔， 其特徵在於 這些層狀元件具有一個沒有結構上的隆起和凹陷的、平的表面區域，並且 該平的腹部配備有成行排列並且彼此對角地安排的多個貫通孔。
2.根據權利要求I所述的電極，其特徵在於，這些貫通孔是衝孔。
3.根據權利要求I或2所述的電極，其特徵在於，在圓形貫通孔的情況下這些層狀元件的片材厚度小於該孔直徑，和/或在非圓形貫通孔的情況下這些層狀元件的片材厚度小於液壓截面。
4.根據權利要求I至3中任一項所述的電極，其特徵在於，這些側翼部分配備有多個貫通孔。
5.根據權利要求I至4中任一項所述的電極，其特徵在於，這些獨立的、水平安排的層狀元件之間的間隔是O至5mm,優選O至2mm,並且特別優選0_。
6.用於由鹼金屬滷化物水溶液生成滷素氣體的電解方法，其特徵在於，使用根據以上權利要求中任一項所述的平的電極。
7.根據權利要求6所述的電解方法，其特徵在於，將單池式構造或者壓濾構造的電解槽用於齒素氣體生產。
全文摘要
用於生產氣體的電化學工藝的一種電解池的電極，由多個水平的層狀元件組成，設計為一個平的C型輪廓的這些水平的層狀元件由一個平的腹部和一個或多個側翼部分、以及安排在該平的腹部與該一個或多個側翼部分之間的一個或多個任意成形的過渡區域組成，這些層狀元件配備有多個貫通孔，其中這些層狀元件具有一個沒有結構上的隆起和凹陷的平的表面區域，並且該平的腹部配備有成行排列並且彼此對角地安排的多個貫通孔。
文檔編號C25B11/03GK102906310SQ201180025553
公開日2013年1月30日 申請日期2011年5月23日 優先權日2010年5月28日
發明者K-H·杜勒, F·豐克, D·霍曼, S·厄爾曼, P·沃爾特林, 卡斯滕·施密特, 菲利普·霍夫曼 申請人:蒂森克虜伯伍德公司