BE902297R - Electrode for chlor-alkali cell - comprising coarse and fine metal cloths spot-welded together - Google Patents

Electrode for chlor-alkali cell - comprising coarse and fine metal cloths spot-welded together

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BE902297R
BE902297R BE0/214921A BE214921A BE902297R BE 902297 R BE902297 R BE 902297R BE 0/214921 A BE0/214921 A BE 0/214921A BE 214921 A BE214921 A BE 214921A BE 902297 R BE902297 R BE 902297R
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Abstract

Improved electrolysis cell of the diaphragm type comprising one set of anode and cathode sepd. by a diaphragm is claimed in which at least one of the electrodes is a structure comprising a plane cloth of coarse metal fibre and a cloth of fine metal fibre with an electrocatalytic surface and comprising at least 4 wires or openings per cm. disposed above the coarse mesh and in contact with it. The fibre metal mesh cloth faces the diaphragm directly.

Description

       

  Nouvelle cellule d'électrolyse et procédé pour l'électrolyse

  
des halogénures. 

  
La présente invention concerne un nouveau procédé de production de chlore 'où d'autres halogènes par électrolyse d'une solution aqueuse contenant un ion halogénure

  
tel que l'acide chlorhydrique et/ou un chlorure ou autre halogénure électrolysable correspondant de métal alcalin.

  
Le chlore a été produit depuis longtemps par une telle électrolyse dans une cellule où l'anode et la cathode sont séparées par une membrane ou un diaphragme perméable aux ions et dans des cellules comportant un diaphragme perméable aux liquides, le chlorure ou tout autre halogénure de métal alcalin circulant à travers une chambre à anolyte et une partie de celui-ci s'écoulant à travers le diaphragme en direction du catholyte.

  
Lorsqu'une solution de chlorure de métal alcalin est électrolysée, du chlore se dégage à l'anode et un

  
alcali qui peut être un carbonate ou un bicarbonate de

  
métal alcalin mais plus communément une solution d'hydroxyde de métal alcalin, se forme à la cathode. Cette solution alcaline contient également du chlorure de métal alcalin qui doit être séparé de l'alcali au cours d'une opération ultérieure, et ladite solution est relativement diluée contenant rarement au-dessus de 12 à 15 % d'alcali en poids. Comme la concentration commerciale de l'hydroxyde de

  
sodium est normalement d'environ 50 % en poids ou plus, l'eau de la solution diluée doit être évaporée pour obtenir cette concentration.

  
Plus récemment, des études considérables ont été entreprises concernant l'utilisation de résines ou de polymères échangeurs d'ions en tant que diaphragmes perméables aux ions, lesdits polymères étant sous forme de feuilles minces ou de membranes. En général, ils ne sont

  
pas perforés et ne permettent pas un écoulement de l'anolyte dans le compartiment cathodique ; il a également été suggéré que de telles membranes peuvent être pourvues de quelques petites perforations pour permettre un faible écoulement d'anolyte à travers elles, mais l'essentiel

  
des travaux apparaît bien comme ayant été réalisé avec

  
des membranes non perforées. 

  
\

  
Des polymères typiques pouvant être utilisés à cette fin comprennentle� polymères fluorocarbonés tels que les polymères d'un fluorocarbure insaturé. Par exemple, des polymères de trifluoroéthylène, de tétrafluoroéthylène ou leurs copolymères contenant des groupes échangeurs d'ions sont utilisés à cet effet. Les groupes échangeurs d'ions sont normalement des groupes cationiques comprenant de l'acide sulfonique, un sulfonamide, un acide carboxylique, de l'acide phosphorique et autres analogues qui sont fixés à la chaine de polymère -fluorocarbonée par l'intermédiaire du carbone et sont aptes à échanger des cations. Ils peuvent cependant contenir également des groupes échangeurs d'anions.. C'est ainsi qu'ils répondent à la formule générale :

  

 <EMI ID=1.1> 


  
De telles membranes sont typiquement celles fabriquées par la Société Du Pont Company sous la marque "Nafion" et par la Société japonaise Asahi Glass Co sous

  
la marque "Flemion", les brevets décrivant de telles membranes sont le brevet G.B. 1.184.321 et les brevets

  
U.S. 3.282.875 et 4.075.405.

  
. Comme ces diaphragmes sont perméables aux ions mais ne permettent pas l'écoulement du flux d'anôlyte à travers eux, il n'y a que peu ou pas du tout d'ions halogénures qui migrent à travers -le diaphragme d'une telle matière dans une cellule de chlorure alcalin, ce pourquoi l'alcali ainsi produit contient peu ou pas d'ion chlorure. D'autre part, il est possible de produire un hydroxyde de métal alcalin plus concentré dans lequel le catholyte obtenu peut contenir 15 à 45 % ou davantage de NaOH en poids.

  
&#65533; 

  
Les brevets décrivant un tel procédé sont les brevets U.S.
4.111.779 et 4.100.050 et.beaucoup d'autres. L'application d'une membrane échangeuse d'ions comme diaphragme perméable aux ions a été proposée pour d'autres usages, par exemple dans l'électrolyse de l'eau.

  
Il a également été proposé de conduire une telle électrolyse entre une anode et une cathode séparées par un diaphragme, en particulier une membrane échangeuse d'ions dans laquelle l'anode et/ou la cathode se présentent sous forme d'une mince couche poreuse d'une substance électroconductrice résistant à l'attaque électro-chimique et liée ou autrement incorporée à la surface du diaphragme. Des ensembles similaires électrode-membrane ont été proposés depuis longtemps pour des cellules à combustible, qui ont été dénommées cellules "à électrolyte solide à base-.de polymère". De telles cellules ont été utilisées depuis longtemps.comme cellules à combustible gazeux et ce n'est que récemment qu'elles ont été adaptées avec succès à la production électrolytique de chlore à partir d'acide chlorhydrique ou de saumures de chlorure de métal alcalin.

  
Pour la production de chlore dans une cellule à électrolyte solide à base de polymère, les électrodes consistent habituellement en une mince couche poreuse de matière électroconductrice et électrocatalytique liée de façon permanente à la surface d'une membrane échangeuse d'ions au moyen d'un liant habituellement composé d'un polymère fluoré tel que par exemple le polytétrafluoroéthylène (PTFE) .

  
Selon l'une des techniques préférées de confection des électrodes perméables aux gaz telles que décrites dans le brevet U.S. 3.297.484, une poudre de matière électroconductrice et électrocatalytique est mélangée avec une dispersion aqueuse de particules de polytétrafluorocarbure en vue de l'obtention d'un mélange pâteux renfermant 2 à 20 g de poudre par gramme de polytétrafluoroéthylène. Le mélange/qui peut être au besoin dilué, est ensuite étalé sur un support en feuille métallique et séché, après quoi la couche de poudre est recouverte d'une feuille d'aluminium et pressée

  
à une température suffisante pour réaliser un frittage des particules de polytétrafluoroéthylène en vue de l'obtention d'un mince film cohérent. Après enlèvement de la feuille d'aluminium par lessivage caustique, l'électrode préformée est appliquée à la surface de la membrane et pressée à une température suffisante pour provoquer le frittage de la matrice de polytétrafluoroéthylène sur la membrane. Après une trempe rapide, la feuille métallique support est

  
retirée et l'électrode demeure liée sur la membrane.

  
Comme les électrodes de la cellule sont intimement liées aux surfaces opposées de la membrane séparant les compartiments anodiques et cathodiques et ne sont donc pas supportées par des structures métalliques, on a découvert que le moyen le plus efficace pour amener et distribuer le;, courant vers les électrodes consiste à faire appel à des contacts multiples uniformément répartis sur toute la surface de l'électrode au moyen de structures de transport de courant munies d'une série de projections ou de nervures, qui, au cours de l'assemblage de la cellule,entrent en contact avec la surface d'électrode en de multiples points uniformément répartis. La membrane portant sur ses surfaces opposées des électrodes liées doit être ensuite pressée entre deux structures de transport de courant ou collecteurs, respectivement anodiques et cathodiques.

  
Contrairement à ce qui se passe dans les cellules à combustible où les réactifs sont gazeux et les densités de courant faibles, et où il ne peut pratiquement pas se produire de réactions secondaires aux électrodes, les cellules à électrolyte solide utilisées pour l'électrolyse

  
de solutions, comme dans l'exemple particulier de saumures de chlorure de sodium, soulèvent des questions difficiles

  
à résoudre. Dans une cellule pour l'électrolyse de saumure de chlorure de sodium, les réactions suivantes ont lieu

  
en divers endroits de la cellule :
- réaction anodique principale :
- transport à travers la membrane :
 <EMI ID=2.1> 
 - réaction a la cathode :
- réaction secondaire à l'anode
 <EMI ID=3.1> 
 <EMI ID=4.1>  réaction principale de décharge du chlore désirée, une certaine oxydation de l'eau avec en conséquence un dégagement d'oxygène bien qu'à un degré maintenu aussi faible que possible. Cette tendance au dégagement d'oxygène est particulièrement accentuée par un environnement alcalin aux sites actifs de l'anode consistant en particules de catalyseur en contact avec la membrane.

   De fait, les membranes échangeuses de cations convenant à l'électrolyse des halogénures de métal alcalin possèdent un nombre de transfert différent de l'unité et, dans les conditions d'alcalinité élevée existant dans le catholyte, quelques unes de ces membranes permettent une certaine migration des anions hydroxyle à partir du catholyte vers l'anolyte à travers la membrane. De plus, les conditions nécessaires à un transfert efficace des électrolytes liquides vers les surfaces actives des électrodes et

  
à un dégagement de gaz nécessitent des compartiments anodiques et cathodiques caractérisés par des sections-.d'écoulement pour les électrolytes et les gaz beaucoup plus grandes relativement que celles adoptées dans les cellules

  
à combustible.

  
Réciproquement, les électrodes doivent avoir une

  
 <EMI ID=5.1> 

  
que du fait que les matières électrocatalytiques et électroconductrices constituant les électrodes, en particulier l'anode, sont fréquemment un oxyde mixte composé d'un oxyde métallique du groupe du platine ou d'un métal pulvérulent fixé par un liant ayant peu ou pas de conductivité électrique, les électrodes sont à peine conductrices dans le sens de leur grande dimension. C'est pourquoi une forte densité de contacts avec le collecteur est nécessaire ainsi qu'une pression de contact uniforme pour limiter la chute ohmique

  
à travers la cellule et fournir une densité de courant

  
 <EMI ID=6.1>  uniforme sur la surface active de la cellule.

  
Ces conditions ont été jusqu'à présent extrêmement difficiles à remplir, en particulier dans des cellules caractérisées par de grandes surfaces telles que celles utilisées industriellement dans des installations pour la production de chlore d'une capacité généralement supérieure à 100 tonnes de chlore par jour. Pour des raisons économiques, les cellules d'électrolyse industrielles nécessitent des surfaces d'électrode de l'ordre d'au moins 0,5, de

  
 <EMI ID=7.1> 

  
électriquement en série pour former des électrolyseurs comportant jusqu'à plusieurs dizaines de cellules bipolaires assemblées au moyen de tirants, de vérins hydrauliques ou pneumatiques dans un montage du type filtro-presse.

  
Des cellules de cette taille posent de gros problèmes technologiques quant aux structures de transport de courant, à savoir les collecteurs de courant, avec des tolérances extrêmement faibles pour la planéité des,contacts et la pression de contact uniforme sur la surface d'électrode après assemblage de la cellule. De plus, la membrane utilisée dans de telles cellules doit être très mince pour limiter la chute ohmique à travers l'électrolyte solide dans la cellule ladite épaisseur étant souvent inférieure

  
à 0,2 mm et rarement supérieure à 2 mm,-et la membrane pouvant être facilement rompue ou amincie à l'extrême

  
aux endroits où une pression trop élevée est appliquée

  
au cours de la fermeture de la cellule. C'est pourquoi

  
les collecteurs anodiques et cathodiques, outre qu'ils sont presque parfaitement plans, doivent également être exactement parallèles.

  
Dans des cellules de petite dimension, on peut maintenir un degré élevé de planeité et de parallèlisme tout en assurant une certaine flexibilité des collecteurs pour compenser les faibles écarts à partir d'une planéité et d'un parallèlisme précis. La demande de brevet FR 79.

  
.19.346 déposée le 26 juillet 1979, décrit une cellule à électrolyte solide de type monopolaire pour l'électrolyse de chlorure de sodium dans laquelle les collecteurs de courant anodiques et cathodiques consistent en des écransgrilles ou des feuilles déployées soudées sur des séries respectives de nervures métalliques verticales décalées

  
entre elles, ce qui permet une certaine flexion des écransgrilles au cours de l'assemblage de la cellule de manière

  
à exercer une pression plus uniforme sur les surfaces de membrane.

  
Dans la demande de brevet EP 79,102310.4 publiée

  
le 6 février 1980 sous le n[deg.] 0007078 on a décrit une cellule

  
à électrolyte solide de type bipolaire pour l'électrolyse de chlorure de sodium dans laquelle les séparateurs bipolaires sont munis sur leurs deux faces et.dans la zone correspondant aux électrodes, d'une série de nervures ou de saillies. Pour compenser les faibles écarts de planéité et de parallélisme, on prévoit l'insertion de moyens élastiques consistant en deux

  
ou plus d'écrans-grilles ou de feuilles déployées en métal d'arrêt revêtues d'une matière ne pouvant être rendue passive lesdits moyens élastiques étant comprimés entre les nervures du côté anode, et l'anode fixée sur la face anodique de la membrane. 

  
On a cependant observé que les deux solutions proposées dans les deux demandes de brevets précitées entrainent des limitations sérieuses et des inconvénients dans des cellules caractérisées par de grandes surfaces d'électrode. Dans le premier cas, l'uniformité de la pression de contact souhaitée tend à faire défaut ce qui donne naissance à

  
de concentrations de courant aux endroits de plus grande pression de contact, s'accompagnant de phénomènes de polarisation, et il se produit souvant au cours de l'assemblage de la cellule une désactivation de la membrane et des électrodes catalytiques ainsi que des ruptures localisées de la membrane et des pertes mécaniques localisées de la matière catalytique.Dans le deuxième cas, une planéité et un parallèlisme très poussés des surfaces du séparateur bipolaire doivent être assurés, mais ceci exige un usinage précis et coûteux des nervures et de la surface de jointdu séparateur bipolaire. De plus, la

  
rigidité élevée des éléments entraine des concentrations de pression qui tendent à s'accumuler le long de la série, limitant ainsi le nombre'd'éléments assemblables dans un seul dispositif du type filtre -presse.

  
Par suite de ces .difficultés , le tamis ou grille distributeur de courant peut même, lorsqu'il est pressé contre l'électrode, laisser certaines zones de l'électrode sans contact ou en un contact si léger qu'elles sont pratiquement inefficaces. Des essais comparatifs effectués par pressage d'écran-grille du distributeur sur du papier sensible à la pression capable de révéler une impression visible correspondant au tamis, ont montré qu'une zone importante s'étendant d'environ 10 % jusqu'à 30 à

  
40 % de la surface de l'écran-grille ne produit pas de marque sur le papier, ce qui indique que ces zones trop grandes demeurent intactes. En appliquant cette observation aux électrodes, il apparait que des surfaces importantes

  
de l'électrode sont inopérantes ou presque.

  
L'invention concerne une nouvelle cellule d'électrolyse caractérisée en ce qu'elle comprend un carter ou boitier de cellule contenant au moins un jeu d'électrodes formé d'une anode et d'une cathode séparées par un diaphragme ou une membrane perméable aux ions, des moyens pour l'introduction d'un électrolyte devant être électrolysé, des moyens pour évacuer les produits de l'électrolyse et des moyens pour y appliquer un courant d'électrolyse, l'une au moins des électrodes étant pressée contre

  
le diaphragme ou la membrane par une couche élastiquement compressible et pouvant prendre une extension égale à la surface d'électrode, ladite couche pouvant être pressée contre le diaphragme tout en exerçant une réaction élastique sur l'électrode en contact avec le diaphragme ou la membrane en un certain nombre de points de contact uniformément répartis et étant capable de transmettre l'excès

  
de pression appliquée sur des points de contacts individuels à des points moins chargés latéralement adjacents

  
sur un axe situé dans le plan de la couche élastique, ladite couche élastique répartissant ainsi la pression sur la surface totale de l'électrode et possédant une structure ouverte pour permettre l'écoulement du gaz et

  
de l'électrolyte à travers elle.

  
Le nouveau procédé selon l'invention, d'électrolyse avec production d'halogène, est caractérisé en ce que l'on électrolyse un électrolyte contenant un halogénure aqueux à une anode séparée d'une cathode en contact avec

  
un électrolyte aqueux par un diaphragme ou une membrane perméable aux ions et un électrolyte aqueux à la cathode, l'une au moins desdites anode et cathode comportant une surface perméable aux gaz et à l'électrolyte maintenue en contact direct, en un certain nombre de points, avec le diaphragme ou la membrane par une couche électroconductrice compressible élastiquement ouverte vers l'électrolyte et

  
le flux gazeux et capable d'appliquer une pression sur la totalité de ladite surface et de répartir latéralement

  
la pression, la pression à la surface du diaphragme ou de

  
la membrane étant uniforme.

  
Selon l'invention, un contact électrique efficace entre la surface d'électrode poreuse et la membrane ou Le diaphragme est réalisé et une polarité y est communiquée aisément et sans créer de pression excessive dans des aires locales par pressage de la surface de distribution du

  
courant ou de charge électrique contre la couche d'électrode au moyen d'une feuille, d'un matelas(designé ci-après par"mate) ou d'une couche élastique facilement compressible qui

  
s'étend le long de la majeure partie et pratiquement sur

  
la quasi-totalité de la surface de la couche d'électrode poreuse en contact direct avec la membrane.

  
Cette couche compressible possède l'élasticité

  
d'un ressort, et, tout en étant apte à être comprimée

  
jusqu'à 60 % ou plus de son épaisseur à l'état non comprimé contre la membrane supportant la couche d'électrode par application d'une pression provenant d'une contre-paroi ou d'un élément de pression, elle est également capable de revenir sensiblement à son épaisseur initiale après relâchement de la pression de serrage. C'est ainsi que par sa "mémoire élastique", elle applique une pression sensiblement uniforme contre la membrane supportantla couche d'élec-

  
 <EMI ID=8.1> 

  
pression et de compenser les irrégularités de surfaces avec lesquelles elle se trouve en contact. La feuille compressible doit également permettre un accès facile de l'électrolyte à l'électrode et de dégagement aisé des produits d'électrolyse gazeux ou liquides à partir de l'électrode.

  
La feuille est de structure ouverte et enferme

  
un grand volume libre et la feuille élastique compressible est électriquement conductrice, étant généralement faite d'un métal résistant à l'attaque électrochimique de l'élec-
-trolyte en contact avec elle qui distribue ainsi la polarité et le courant sur l'ensemble de la couche d'électrode. Elle peut être engagée directement avec les couches

  
 <EMI ID=9.1> 

  
trice, élastique, compressible,peut comporter un écran ou grille électroconducteur, flexible en nickel, titane, niobimou autre métal résistant intercalé entre la feuille ou un mateet la membrane.

  
La grille ou écran est une mince feuille perforée qui se plie aisément et s'adapte à toutes les irrégularités de surface de la surface d'électrode. Cela peut être une grille écran à réseau fin ou un film perforé. Elle a habituellement une maille ou une dimension de pore plus fine que la couche compressible et elle est moins compressible ou sensiblement non compressible. Dans un cas comme dans l'autre, une couche à mailles ouvertes s'appuie contre elle et est pressée contre la membrane avec l'électrode opposée ou contre-électrode, ou bien au moins une de ses surfaces perméable au gaz et à l'électrolyte, pressée contre la face opposée du diaphragme.

   Etant donné que la couche..compressible et la grille plus fine, lorsqu'elle est présente, ne sont pas liées à la membrane, elle est mobile (coulissable) le long de la surface , de la ^membrane^ et peut par conséquent épouser facilement les contours

  
de la membrane et de la contre-électrode. 

  
La présente invention a donc pour l'un de ses objets de conduire l'électrolyse d'un chlorure de métal alcalin avec une cellule d'électrolyse comportant une électrode en contact direct avec une membrane ou un diaphragme, ladite électrode ou une partie de celle-ci étant facilement comprimée, possédant une élasticité élevée et étant capable de répartir efficacement une pression de serrage exercée sur la cellule d'une manière pratiquement uniforme sur toute la surface de l'électrode.

  
Une réalisation préférée du collecteur du courant élastique ou de l'électrode selon l'invention est caractérisée en ce qu'elle consiste en un article en fil métallique électroconducteur, plan, à mailles sensiblement ouvertes ou en une grille à réseau ouvert et composé d'un tissu en fil métallique résistant à l'électrolyte et aux produits d'électrolyse, et que quelques, ou la totalité

  
des fils forment des spires, des ondulations, des plis ou tout autre contour ondulé dont le diamètre ou l'amplitude est supérieur à l'épaisseur du fil et correspond de préférence à l'épaisseur de l'article le long d'au moins une direction parallèle au plan de l'article. Bien entendu, ces plis ou ondulations sont disposés en direction au travers de l'épaisseur de la grille.

  
Ces ondulations en forme de plis, de spires,

  
de vagues ou similaires comportent des parties latérales qui sont biseautées ou incurvées par rapport à l'axe normal à l'épaisseur du tissu plissé de manière telle que, lorsque le collecteur est comprimé, le déplacement et la pression sont transmis latéralement de manière à répartir plus uniformément la pression sur la surface de l'électrode. Certaines spires ou boucles en fil qui, à cause des irrégularités de planéité ou de parallèlisme des surfaces comprimant le tissu peuvent être soumises à une force de compression supérieure à celle agissant sur des zones voisines sont capables de se plier davantage et de décharger l'excédent de force en la transmettant aux

  
 <EMI ID=10.1>  

  
Par conséquent, le tissu est efficace par son action comme égalisateur de pression dans une mesure importante et en empêchant la force de réaction élastique agissant sur un seul point de contact de dépasser la limite, la membrane étant pincée à l'extrême ou percée. Il est bien évident qu'une telle aptitude du collecteur élastique à l'auto-régulation contribue à assurer une bonne répartition uniforme de contact sur la totalité de la surface de l'électrode.

  
Un mode de réalisation très efficace consiste avantageusement en une série de spirales cylindriques hélicoïdales en fil métallique dont les spires sont enroulées mutuellement avec celles de la spirale adjacente en une liaison entrelacée. Les spirales ont une longueur correspondant sensiblement à la hauteur ou à la largeur de la chambre à électrode ou au moins une longueur de 10 cm ou davantage et le nombre de spirales entrelacées est suffisant pour couvrir toute sa largeur, et le diamètre des spirales est de cinq à dix fois ou plus celui du fil des spirales.

  
Selon cette disposition préférée, l'hélice en fil proprement dite représente une très faible partie de la section de la chambre à électrode entourée de la spirale et c'est pourquoi la spirale est ouverte sur tous les côtés, fournissant ainsi un canal :intérieur pour permettre la circulation de l'électrolyte et l'ascension des bulles de gaz le long de la chambre.

  
Il n'est cependant pas nécessaire pour les spirales cylindriques hélicoïdales qu'elles soient enroulées d'une manière entrelacée avec les spirales adjacentes comme indiqué ci-dessus ; elles peuvent également être constituées de simples spirales adjacentes en fil métallique. Dans ce cas, les spirales sont juxtaposées les unes à côté des autres, les spirales respectives étant simplement engagées en une séquence alternée. De cette manière, on peut obtenir une densité de points de contact plus élevée avec les plans

  
 <EMI ID=11.1> 

  
d extremite le contre-collecteur de courant et la plaque terminale ou/ de la cellule. 

  
Selon un autre mode de réalisation, le collecteur ou le distributeur de courant consiste en une maille tissée gaufrée ou en tissu de fil métallique, chaque-fil unique formant-_une série d'ondulations d'une amplitude correspondant à la hauteur maximale du pli de la maille tissée ou du tissu. Chaque fil métallique entre ainsi en contact, en une séquence alternative, avec la:plaque d'extrémité de la cellule qui sert de plaque pour appliquer la pression et la

  
 <EMI ID=12.1> 

  
ou la grille flexible intermédiaire intercalée entre la couche d'électrode, ou la membrane et la couche compressible. Une partie au moins de la maille s'étend à travers l'épaisseur du tissu et est ouverte obliquement au courant d'électrolyte.

  
Dans une variante, deux ou plusieurs mailles tissées ou tissus, après avoir été gaufrés individuellement par façonnage, peuvent être superposés les uns sur les autres pour l'obtention d'un collecteur ayant l'épaisseur souhaitée.

  
Le gaufrage de la maille métallique ou du tissu confère au collecteur une grande compressibilité et une élasticité remarquable à la compression sous une charge qui peut être d'au moins 50 à 2.000 g/cm2 environ de surface d'application de la charge, à savoir la plaque arrière ou plaque d'extrémité.

  
Après assemblage de la cellule, l'électrode de l'invention possède une épaisseur correspondant de préférence à la profondeur de la chambre à électrode mais la

  
 <EMI ID=13.1> 

  
plus grande. Dans ce cas, un écran ou une grille percée

  
et sensiblement rigide ou une plaque espacée de la surface de la paroi arrière de la chambre peut jouer le rôle de surface de compression contre le mate élastique et compressible du collecteur. Dans ce cas, l'espace derrière la grille au moins relativement rigide est ouvert et procure pour l'électrolyte un canal à travers lequel peuvent s'écouler le gaz dégagé et l'électrolyte. Le mate est susceptible d'être comprimé jusqu'à une épaisseur et un volume 'beaucoup plus faibles.- Il peut par exemple être comprimé jusqu'à environ 50 à 90 % ou même jusqu'à un pourcentage plus faible par rapport à son volume et à son épaisseur initiaux et il est par conséquent pressé ou comprimé entre la membrane et la plaque de fond conductrice-de la cellule par serrage de ces éléments.

   La feuille compressible est mobile, c'est-à-dire qu'elle n'est pas soudée ou fixée à la plaque d'extrémité de la cellule ou à la grille intercalée et transmet essentiellement le courant par contact-mécanique avec celle-ci, connectée de manière appropriée à la source électrique et avec l'électrode.

  
Le mate est mobile ou coulissable par rapport aux surfaces adjacentes de ces éléments avec lesquels il se trouve en contact. Lorsqu'on applique la pression de serrage, les boucles ou spires en fil constituant le mate élastique peuvent se déformer et glisser latéralement tout en répartissant uniformément la pression sur la surface entière avec laquelle elles se trouvent en contact. De cette manière, le mate agit mieux que des ressorts individuels répartis sur la surface de l'électrode puisque les ressorts sont fixes et qu'il n'y a pas d'interaction entre les points de pression pour compenser les irrégularités de surface des surfaces portantes.

  
Une grande partie de la pression de serrage de la cellule est mémorisée élastiquement par chacune des spires ou ondulations des fils métalliques formant le collecteur

  
de courant. Comme aucune contrainte mécanique 'sérieuse n'est pratiquement créée par la déformation élastique différentielle d'une ou plusieurs spires ou ondulations individuelles de l'article par rapport aux spires adjacentes, le collecteur élastique de l'invention peut efficacement empêcher ou éviter le perçage ou l'amincissement excessif

  
de la membrane aux endroits ou dans les zones soumis davantage aux contraintes au cours de l'assemblage des cellules. Des écarts plutôt élevés de planéité de la structure transporteuse de courant de l'électrode opposée peuvent être ainsi

  
7 tolérés ainsi que des écarts de parallèlisme entre ladite structure et la plaque de fond ou d'extrémité de la cellule ou la plaque de pression arrière.

  
L'électrode élastique de l'invention est avantageusement la cathode et est associée ou opposée à une anode qui peut être d'un type plus rigide, ce qui signifie que l'électrode peut, du côté anode, être supportée d'une manière plus ou moins rigide. Dans les cellules pour l'électrolyse des saumures de chlorure de sodium, le mate, ou la feuille compressible cathodique.est de préférence constitué en un fil en nickel ou en alliage de nickel ou en acier inoxydable en raison de la résistance élevée de ces matériaux aux substances caustiques et à la fragilisation par l'hydrogène. Le mate peut être revêtu d'un métal ou d'oxyde métallique

  
du groupe du platine, de cobalt ou de leurs oxydes ou detout autre électrocatalyseur en vue de réduire la surtension d'hydrogène.

  
On peut utiliser tout autre métal capable de conserver son élasticité en cours d'utilisation, notamment le titane, éventuellement revêtu d'une couche non passivante telle que par exemple d'un métal du groupe du platine ou

  
de son oxyde. Ceci est particulièrement utile lorsqu'-il y

  
a utilisation au contact d'anolytes acides.

  
Ainsi qu'il a été mentionné, une couche d'électrode faite de particules d'un métal du groupe du platine ou

  
de son oxyde du d'une autre matière résistante pour électrode peut être liée à la membrane. Cette couche a en général une épaisseur d'au moins 40 à 150 microns environ et peut être essentiellement produite comme décrit dans le brevet U.S. 3.297.484 ; la couche peut être au besoin appliquée sur les deux faces du diaphragme ou de la membrane. Etant donné que la couche est sensiblement continue, bien que perméable au gaz et à l'électrolyte, elle protège le mate compressible et, par conséquent, la majeure partie sinon la totalité de l'électrolyse se produit sur la couche, une faible électrolyse, par exemple un dégagement de gaz, ayant lieu sur le mate comprimé en contact avec la face arrière de la couche. 

  
\

  
Cela est vrai, en particulier lorsque les particules de la couche possèdent une surtension d'hydrogène (ou de chlore) inférieure à celle de la surface du mate. Dans ce cas, le mate sert en grande partie de distributeur ou de collecteur de courant, répartissant le courant sur la couche moins électroconductrice.

  
A l'opposé, lorsque le mate compressible se trouve en contact direct avec le diaphragme ou la membrane et même s'il existe une grille-écran électroconductrice perforée ou tout autre conducteur perforé entre le mate et le diaphragme, la structure à mailles ouvertes assure l'existence de passages non obstrués pour l'électrolyte vers les zones arrières qui sont espacées de la membrane, y compris les zones pouvant se trouver sur le devant, à l'intérieur et

  
à la partie arrière du tissu compressible. C'est ainsi que le mate comprimé ouvert et non entièrement protégé, peut fournir lui-même une surface d'électrode active qui peut représenter deux ou quatre fois ou davantage la surface totale saillante en contact direct avec le diaphragme.

  
La constatation d'une augmentation de l'aire d'une électrode multicouches a été suggérée dans le brevet G.B.
1.268.182 qui décrit une cathode multicouches comprenant

  
des couches externes-en métal expansé et des couches internes en une maille plus petite et plus mince qui peut être de la maille tissée, la cathode touchant une membrane échangeuse de cations avec l'électrode s'étendant sous un certain angle à travers la cathode.

  
Conformément à la présente invention, on a constaté que l'on obtient une tension plus faible en ayant recours à un mate compressible qui, en raison d'un gaufrage, plissement, ondulation ou de tout autre dessin, possède une grande partie des fils ou des conducteurs qui traversent l'épaisseur du mate sur une distance représentant au moins une partie de cette épaisseur. En général, ces fils sont courbés de sorte que lorsque le mate est comprimé, ils fléchissent élastiquement pour répartir la pression et ces fils croisés communiquent sensiblement le même potentiel aux fils dans la partie arrière que celui existant sur les fils en contact avec la membrane.

  
Lorsqu'un tel mate est comprimé contre le diaphragme incluant ou excluant tout écran-grille intercalé, on peut obtenir une tension qui est inférieure de 5 à 150 millivolts avec le même débit de courant que celui obtenu lorsque le mate et son écran-grille intercalé touchent simplement le diaphragme. Cela représente une réduction substantielle de la. consommation en kilowatts-heure par tonne de chlore dégagé. Lorsque le mate est comprimé, les parties qui sont espacées de la membrane se rapprochent mais restent espacées de la membrane, et la possibilité ou probabilité ainsi que le degré d'électrolyse augmentent, cet accroissement de la surface permettant une quantité d'électrolyse plus forte sans augmentation excessive de tension.

  
En outre, un avantage supplémentaire est atteint même s'il se produit une faible électrolyse sur les parties arrières du mate.parce que celui-ci est mieux polarisé contre la corrosion. Par exemple, lorsqu'un mate en nickel compressible est serré contre une couche continue de particules d'électrode fortement conductrices liées au diaphragme, la protection électrique peut être si forte qu'il ne se produit qu'une faible ou même pas du tout d'électrolyse sur le mate. Dans ce cas, on a constaté que le mate de nickel avait tendance à se corroder,en particulier lorsque l'hydroxyde

  
de métal alcalin dépassait 15 % en poids et que des chlorures étaient présents. Avec une structure perforée ouverte, directement en contact avec le diaphragme, un parcours suffisamment ouvert est assuré vers les parties espacées et même vers l'arrière du mate pour que ees surfaces exposées se polarisent au moins négativement ou soient protégées cathodiquement contre la corrosion. Ceci s'applique même à des surfaces où il ne se produit aucun dégagement de gaz, ni d'autre électrolyse. Ces avantages sont particulièrement notables pour des densités de courant supérieures à 1.000 ampères par mètre carré de surface d'électrode, mesurée par la surface totale entourée par les extrémités d'électrode. 

  
\

  
Le mate élastique est de préférence.comprimé jusqu'à environ 80 à 30 % de son épaisseur initiale à l'état non comprimé sous une pression de compression entre
50 et 200 g par centimètre carré de surface saillante. Même dans cet état comprimé, le mate élastique doit être fortement poreux, car le rapport entre le volume des vides et le volume apparent du mate comprimé exprimé en pourcentage est avantageusement d'au moins 75 % (rarement audessous de 50 &#65533; ) et de préférence compris entre 85 % et

  
96 %. Ceci peut être calculé par mesure du volume occupé par le mate.à l'état comprimé au degré désiré et par pesée du mate. Connaissant la densité du métal du-mate, son volume solide peut être calculé en divisant le volume par la densité qui donne le volume de la structure de mate solide, et le volume des vides est ensuite-obtenu en soustrayant cette valeur du volume total.

  
On a constaté que lorsque ce rapport devient excessivement faible, par exemple par compression beaucoup trop élevée du mate élastique . au-dessous de 30 % de son épaisseur à l'état non comprimé,le voltage de la cellule commence à augmenter, probablement en raison d'une 'diminution du taux de transport de masse vers les surfaces

  
 <EMI ID=14.1> 

  
d'électrode à permettre un dégagement adéquat du gaz libéré. Une caractéristique des tensions de cellule typique, comme fonction des degrés de compression et du rapport de vide

  
du mate compressible, est indiquée plus loin dans les exemples.

  
Le diamètre du fil utilisé peut varier dans une large gamme dépendant du type de façonnage ou de texturisation mais il est suffisamment faible pour qu'on obtienne les caractéristiques d'élasticité et de déformation souhaitées sous la pression d'assemblage de la cellule. Une pression d'assemblage correspondant à une charge de 50 à 500 g/cm <2> de surface d'électrode est normalement nécessaire pour l'obtention d'un bon contact électrique entre les électrodes liées à la membrane et les structures transporteuses de \

  
courant ou collecteurs respectifs, bien que l'on puisse habituellement utiliser des pressions supérieures allant jusqu'à 2.000 g/cm2.

  
On a constaté qu'en provoquant une déformation de l'électrode élastique de l'invention d'environ 1,5 à 3 mm qui correspond à une compression non supérieure à 60 % de l'épaisseur de l'article à l'état non comprimé sous une pression d'environ 40 g/m p de surface saillante, on peut obtenir également une pression de contact avec les électrodes comprise dans les limités citées plus haut dans des cellules ayant une surface développée élevée et des écarts de planéité allant jusqu'à 2 mm/m.

  
Le diamètre du fil métallique se situe de préférence entre 0,1 mm ou moins de 0,7 mm alors que l'épaisseur de l'article à l'état non comprimé, c'est-à-dire le diamètre de la spire ou l'amplitude de l'ondulation&#65533;représente 5 fois ou plus le diamètre du fil, de préférence dans la gamme de

  
4 à 20 mm. Il est donc clair que la section compressible entoure un grand volume libre, à savoir la proportion de volume occupé qui est libre et ouverte au flux d'électrolyte et de gaz. Dans les tissus gaufrés décrits ci-dessus qui incluent ces hélices en fil de compression,ce pourcentage de volume libre est supérieur à 75 % du volume total occupé par le tissu. Ce pourcentage de volume libre est rarement inférieur à 25 % et ne devra de préférence pas être inférieur à
50 %,car la perte de charge lors de l'écoulement du gaz et de l'électrolyte à travers un tel tissu est négligeable.

  
Lorsque l'utilisation d'électrodes en particules ou d'autres couches d'électrodes poreuses directement liées

  
à la surface de la membrane n'est pas envisagée, le mate ou le tissu élastique est en contact direct avec la membrane et agit comme électrode. Le fait surprenant a été constaté que l'on n'enregistre qu'une perte de tension de cellule sensiblement négligeable par rapport à ce qui se passe lors de l'utilisation de couches d'électrode poreuses liées en fournissant une densité suffisante de points de contact élastiques entre la surface de l'électrode et la membrane. 

  
La densité des points de contact doit être d'au moins 30 points par centimètre carré de surface de membrane.,et de préférence d'environ 50 points ou plus par centimètre carré. Réciproquement, la surface de contact des points de contact individuels doit être aussi faible que possible et le rapport de la surface de contact totale à la surface de membrane correspondante doit être inférieur à 0,6 et de préférence à 0,4.

  
Dans la pratique, il a-été jugé commode d'utiliser un écran-grille métallique pliable avec un nombre de mailles au moins égal à 10, de préférence supérieur à 20 et habituellement compris entre 20 et 200, ou une maille fine de métal expansé de caractéristiques similaires, intercalée entre le mate comprimé élastiquement et la membrane. Le nombre de mailles est donné comme une indication du nombre de fils pour 2,54 cm.

  
Il a été prouvé que dans ces conditions-,.de contact minime et dense établi élastiquement entre la grille-écran d'électrode et la surface de la membrane, la majeure partie de la réaction à l'électrode a lieu à l'interface de contact entre l'électrode et les groupes échangeurs d'ions contenus dans le matériau de la membrane, l'essentiel de la conduction ionique ayant lieu dans ou à travers la membrane et peu ou aucune conduction n'ayant lieu dans l'électrolyte liquide

  
en contact avec l'électrode. Par exemple, l'électrolyse d'eau pure bi-distillée d'une résistivité supérieure à
2.000.000 ohms.cm a été conduite avec succès dans une cellule de ce type équipée d'une membrane échangeuse de cations à. une tension de cellule étonnamment faible.

  
Du reste, lorsque l'électrolyse d'une saumure de métal alcalin est effectuée dans la même cellule, on ne note aucun changement appréciable de tension de cellule en faisant varier l'orientation de la cellule de l'horizontale à la verticale, ce qui indique que la contribution à la chute de tension de la cellule,attribuable à l'effet dit de "bulles" est négigeable.

   Ce comportement est en bon accord avec une cellule à électrolyte solide comportant des électrodes particulaires liées à la membrane qui contraste avec(celui de cellules à membrane traditionnelles équipées d'électrodes à perforations grossières soit en contact, soit légèrement espacées de la membrane, dans lesquelles l'effet de bulles contribue fortement à la tension de la cellule qui est normalement inférieure lorsque l'électrode perforée dégageant du gaz est maintenue-horizontale au-dessous d'un certain niveau d'électrolyte et est maximale lorsque l'électrode est verticale en raison d'une diminution du taux de dégagement de gaz et de la population de bulles de gaz croissante le long de l'électrode, due à l'accumulation.

  
Une explication de ce comportement inattendu est

  
à voir en partie dans le fait que la cellule se comporte presque comme une cellule à électrolyte solide puisque la majeure partie de la conduction ionique a.lieu dans la membrane et également dans le fait que les contacts des zones de contact individuelles extrêmement petites établis élastiquement entre la couche d'électrode en forme de grille-  écran à mailles fines et la membrane sont capables de libérer aisément la quantité infinitésimale de gaz qui se forme

  
à l'interface de contact et de rétablir immédiatement le contact une fois que la pression de gaz s'est dissipée. Le mate d'électrode comprimé élastiquement assure une pression de contact sensiblement uniforme et un recouvrement uniforme et quasi-total de petits points de contact à densité élevée entre la surface de l'électrode et la membrane et il agit efficacement comme un ressort de libération du gaz pour maintenir un contact quasi constant entre la surface de l'électrode et les groupes échangeurs d'ions fonctionnels sur la surface de la membrane qui jouent le rôle d'électrolyte de la cellule.

  
Les deux électrodes de la cellule peuvent comporter un mate compressible de façon élastique et une grilleécran à mailles fines assurant un nombre de contacts supérieur à au moins 30 points de contact par centimètre carré, réalisés en des matériaux résistant à l'anolyte et au catholyte. Plus favorablement, une électrode seulement de la \

  
cellule comprend le mate compressible élastiquement selon l'invention associé à la grille-écran d'électrode à mailles fines, -alors que ,1'autre électrode de la cellule -est une structure perforée sensiblement rigide comportant de préférence une grille à mailles fines intercalée entre la structure grossière rigide et la membrane.

  
On a décrit ci-après divers modes de réalisation de l'invention, en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
Fig. 1 est une reproduction photographique d'un mode de réalisation d'un mate compressible élastiquement typique utilisé pour la mise en oeuvre de cette invention. Fig.2 et 3 représentent des reproductions photographiques de deux modes de réalisation du mate compressible utilisable selon l'invention. Fig. 4 est une vue en coupe horizontale éclatée d'une cellule à électrolyte solide selon l'invention, compor-, tant un système d'électrode compressible dans lequel la partie compressible est constituée par des fils en spirale hélicoïdaux. Fig. 5 est une vue en coupe horizontale de la cellule assemblée de fig. 4. Fig. 6 est une vue en perspective éclatée d'un autre mode de réalisation préféré du collecteur de courant de la cellule de fig. 4.

   Fig. 7 est une vue en perspective éclatée d'un autre mode de réalisation préféré du collecteur de courant de la cellule de fig. 4. Fig. 8 est une vue en coupe éclatée d'un autre mode de réalisation préféré de la cellule à électrolyte de l'invention. Fig. 9 est une vue en coupe horizontale de la cellule assemblée de fig. 8. Fig. 10 est une vue en coupe horizontale d'un autre mode de réalisation préféré de la cellule de l'inven-i:
tion. Fig. 11 est une coupe verticale fragmentaire schématique de la cellule de fig. 10. Fig. 12 est un diagramme schématique illustrant le système de circulation de l'électrolyte utilisé en liaison avec la cellule envisagée. Fig. 13 est un graphique illustrant la diminution de tension obtenue en fonction de l'augmentation de la pression sur l'électrode et le diaphragme.

  
L'électrode compressible ou sa section représentée en fig. 1 est constituée par une série de spirales cylindriques hélicoïdales entrelacées faites en un fil de nickel d'un diamètre de 0,6 mm (ou moins); leurs spires étant enroulées mutuellement les unes à l'intérieur des spires adjacentes et possédant un diamètre de 15 mm.

  
L'exemple de la structure de la fig. 2 comprend des spirales 2 sensiblement hélicoïdales, d'une section elliptique ou aplatie réalisées en un fil de nickel d'un diamètre de 0,5 mm, leurs spires s'enroulant mutuellement les unes à l'intérieur des spires adjacentes et le petit

  
axe de l'hélice étant de 8 mm.

  
Dans l'exemple de structure de la figure 3, on voit une maille tissée en fil de nickel d'un diamètre de

  
 <EMI ID=15.1> 

  
la profondeur de l'ondulation du crêpage étant de 5 mm

  
avec un pic entre les ondulations de 5 mm. Le crêpage peut. se présenter sous la forme de groupes de plis parallèles s'entrecoupant suivant un motif en chevrons comme représenté à la fig. 3.

  
Dans l'exemple de figure 4, la cellule à électrolyte solide)qui convient particulièrement à l'électrolyse d'une saumure de chlorure de sodium/et comprend un des collecteurs de courant de l'invention est essentiellement constituée par une plaque terminale ou d'extrémité anodique verticale 3 comportant une surface de joint 4 tout le long de son périmètre de manière à assurer un contact étanche

  
 <EMI ID=16.1> 

  
lement interposition d'un joint isolant imperméable aux liquides (non représenté). La plaque terminale anodique 3 est également pourvue d'une zone centrale 6 en retrait par rapport à ladite surface de joint étanche 4 avec une surface correspondant à l'aire de l'anode 7 liée à la surface de la membrane. La plaque terminale peut être réalisée en acier, sa face en contact avec l'anolyte étant plaquée de-titane

  
ou d'un autre métal passivable pour soupape, elle peut aussi être faite en graphite ou en des mélanges moulables de graphite et d'un liant résineux-,résistant chimiquement.

  
Le collecteur anodique consiste de préférence en une grille-écran ou en une feuille expansée 8 en titane, niobium ou en un autre métal pour soupape, revêtue d'un matériau non passivable et résistant à l'électrolyse tel

  
que des métaux nobles et/ou des oxydes et des oxydes mixtes de métaux du groupe du platine. La grille-écran ou la feuille expansée 8 est soudée ou plus simplement repose sur la série de nervures ou de saillies 9 en titane ou en un.autre métal pour soupape soudées sur la zone centrale en retrait 6 de

  
la plaque terminale de la cellule de façon que le plan de

  
la grille soit parallèle et de préférence co-planaire avec le plan de la surface de joint étanche 4 de la plaque terminale.

  
La plaque terminale cathodique verticale 10 comporte sur sa face interne une zone centrale en retrait

  
11 par rapport à la surface de joint étanche périphérique

  
12 et ladite zone en retrait 11 est sensiblement plane, c'est-à-dire sans nervures, et parallèle aux plans des surfaces,d'étancheité. A l'intérieur de la zone en retrait de la plaque terminale cathodique se trouve placé un collecteur de courant compressible élastique 13 selon l'invention, de préférence en un alliage de nickel.

  
L'épaisseur du collecteur élastique non comprimé

  
de

  
est de préférence/10 à 60 % supérieure à la profondeur de

  
la zone centrale en retrait 11 par rapport au plan des surfaces d'étanchéité et, au cours de l'assemblage de la cellule, le collecteur est comprimé de 10 à 60 % de son épaisseur initiale, exerçant ainsi une réaction élastique,

  
de préférence de l'ordre de 80 à 600 g/cm2 de surface saillante  La plaque terminale cathodique 10 peut être réalisée en acier ou en n'importe quel autre matériau résistant à la soude caustique et à 1 'hydrogène.

  
La membrane 5 est de préférence une membrane échangeuse d'ions permsélective aux cations et imperméable au fluide, telle, par exemple, qu'une membrane composée d'un film polymère_d'une épaisseur de 0,3 mm d'un copolymère de ,tétrafluoroéthylène et d'éther perfluorosulfonyléthoxyvinylique comportant des groupes échangeurs d'ions tels que des groupes sulfoniques, carboxyliques ou sulfonamides. A cause de sa minceur, la membrane est relativement flexible et a tendance à s'affaisser, à fluer ou à fléchir à moins d'être supportée. De telles membranes sont produites par

  
la firme E.I. du Pont de Nemours sous la dénomination Nafion.

  
Sur la face anodique de la membrane est fixée ou liée l'anode 7 consistant en une couche poreuse d'une épaisseur de 20 à 150 microns de particules de matière électroconductrice et électrocatalytique composée de préférence d'oxydes et d'oxydes mixtes d'au moins un des métaux du groupe du platine. A la face cathodique de la membrane est fixée ou liée la cathode 14 consistant en une couche poreuse de particules d'une matière conductrice d'une épaisseur de

  
 <EMI ID=17.1> 

  
tuée de préférence par du graphite et du noir de platine/ dans un rapport pondéral de 1:1 à 5:1.

  
Le liant servant à lier les particules à la surface de la membrane est de préférence du polytétrafluoroéthylène (PTFE) et les électrodes sont obtenues par frittage d'un mélange de PTFE et des particules de matière catalytique conductrice pour transformer le mélange en un film poreux, et par pressage du film sur la membrane à une température suffisamment élevée pour réaliser la liaison. On effectue cette liaison en assemblant un sandwich de feuilles d'électrode avec la membrane entre celles-ci et en pressant l'assemblage pour incorporer les particules d'électrode-dans la membrane.

  
En général, la membrane a été hydratée par chauffage à ébullition dans un électrolyte aqueux tel.qu'une solution saline, une solution acide ou d'hydroxyde de métal alcalin et c'est pourquoi elle est fortement hydratée et renferme une quantité considérable, 10 à 20 % en poids ou plus d'eau, soit combinée sous forme d'hydrate, soit simplement absorbée. Dans ce cas, il faut veiller à éviter une perte d'eau excessive au cours de l'opération de stratification.

  
Etant donné que cette stratification est réalisée par application de chaleur ainsi que d'une pression sur le stratifié, l'eau peut avoir tendance à s'évaporer et ceci peut être maintenu à un minimum par une ou plusieurs des procédures suivantes :

  
1) inclusion du stratifié dans une enveloppe imperméable, c'est-à-dire entre des feuilles métalliques pressées ou scellées sur leurs bords pour maintenir une atmosphère saturée d'eau autour du stratifié ;

  
2) dessin approprié du moule pour renvoyer rapidement de l'eau vers le stratifié et

  
3) moulage dans une atmosphère de vapeur. Les électrodes liées aux surfaces de la membrane présentent une zone saillante correspondant pratiquement aux zones centrales en retrait 6 et 11 des deux plaques terminales.

  
A la figure 5, on voit la cellule de fig. 4 à l'état assemblé, les parties correspondantes de ces deux figures portant les mêmes références. Comme on le voit au dessin, les plaques terminales 3 et 10 ont été sérrées ensemble, comprimant ainsi la feuille à spires hélicoïdales ou mate 13 contre l'électrode 14. Pendant le fonctionnement de la cellule, on fait circuler l'anolyte, consistant par exemple en une.saumure de chlorure de sodium saturé, à travers la chambre anodique, plus avantageusement en envoyant de l'anolyte frais à travers une tubulure d'admission (non représentée) dans le voisinage du fond de la chambre et en évacuant l'anolyte usé à travers une tubulure de sortie
(non représentée) à proximité de la partie supérieure de ladite chambre, en même':.temps que le chlore dégagé. La chambre cathodique est alimentée par de

  
l'eau ou de la soude caustique diluée à travers une tubulure d'admission (non représentée) se trouvant dans le bas de la chambre tandis.que la soude caustique produite est récupérée sous forme d'une solution concentrée à travers une tubulure de sortie (non représentée) à l'extrémité supérieure de ladite chambre cathodique. L'hydrogène dégagé à la cathode peut être récupéré à partir de la chambre cathodique en

  
même temps que la solution caustique concentrée, ou à travers une autre tubulure de sortie à la partie supérieure de la chambre.

  
Etant donné que la maille du collecteur élastique est ouverte, il y a peu ou pas de résistance à l'écoulement du gaz ou de l'électrolyte à travers le collecteur comprimé. Les plaques terminales anodiques et cathodiques sont toutes les deux convenablement reliées à une source de courant extérieure et le courant passe à travers la série de nervures 9 en direction du collecteur de courant anodique 8, à partir duquel il est ensuite réparti en direction de l'anode 7 à travers la multiplicité de points de contact entre la feuille expansée 8 et l'anode 7. La conduction ionique a essentiellement lieu à travers la membrane échangeuse d'ions 5, le courant étant en grande partie transporté par les

  
ions sodium migrant à travers la membrane cationique 5 à partir de l'anode 7 vers la cathode 14 de la cellule. Le collecteur de courant 13 recueille le courant à partir de

  
la cathode 14 à travers la multiplicité de points de contact entre le fil en nickel et la cathode, et le transmet ensuite vers la plaque terminale cathodique 10, à travers une pluralité de points de contact. 

  
Après l'assemblage de la cellule, le collecteur de courant 13 à l'état comprimé qui entraine une déformation, de préférence entre 10 et 60 % de l'épaisseur initiale de l'article, c'est-à-dire de ses spires ou ondulations individuelles, exerce une force de réaction élastique contre la surface de la cathode 14 et par conséquent contre la surface de retenue représentée par le collecteur de courant anodique \

  
8 sensiblement non déformable. Une telle force de réaction maintient la pression souhaitée sur les points de contact entre le collecteur cathodique et le collecteur anodique avec respectivement la cathode 14 et l'anode 7..

  
L'absence d'entraves mécaniques à la déformation élastique différentielle entre._les spirales adjacentes ou les ondulations adjacentes du collecteur de courant élastique permet à celui-ci de s'adapter à de légers écarts inévitables de planéité ou de parallèlisme entre les plans coopérants représentés par le collecteur anodique 8 et la

  
surface 11 du compartiment cathodique. Ces écarts légers

  
qui se produisent normalement dans des processus de fabrication standardisée peuvent par conséquent se compenser dans une mesure importante.

  
Aux figs 6 et 7, on a représenté schématiquement des vues en perspective partielles éclatées de deux modes

  
de réalisation préférés du mate de collecteur de courant compressible et élastique 13 de la cellule des figs 4 et 5. Par souci de simplification, seules les parties utiles sont décrites et désignées par les mêmes chiffres que dans les figures 4 et 5. Le mate élastiquement compressible de fig. 6 est constitué par une série de spirales cylindriques hélicoïdales en fil de nickel 13 d'un diamètre de 0,6 mm dont les spires sont de préférence enroulées mutuellement les unes à l'intérieur des autres (comme on le voit plus nettement.sur la reproduction photographique de fig. 1) et le diamètre des spires est de 10 mm. Entre le tissu ou la feuille élastique 13 a et la membrane 5 comportant sur sa surface la couche cathodique 14, est disposée une mince feuille perforée 13 b qui peut être avantageusement une feuille expansée en nickel d'une épaisseur de 0,3 mm.

   La feuille perforée 13 est flexible et offre une résistance négligeable à la pliure et à la flexion sous l'effet des forces de réaction élastiques exercées par les boucles de la feuille 13 a lors de la compression contre la membrane

  
5. A la figure 7, on voit un mode de réalisation identique

  
à celui de fig. 6, mais dans lequel le tissu ou la couche élastiquement compressible 13 a est une matière tissée ondulée en fil de nickel d'un diamètre de 0,15 mm telle que celle de la reproduction photographique de 'tige 3.

  
Dans un autre exemple de réalisation de l'invention représenté à la figure 8, la cellule qui est particulièrement utile pour l'électrolyse d'une saumure de chlorure de sodium comprend une électrode compressible ou un collecteur de courant selon l'invention associé à une plaque terminale anodique 3 pourvue d'une surface de joint 4 tout le long de son périmètre, de manière à établir un contact étanche avec les bords périphériques du diaphragme ou de la membrane 5, avec possibilité d'interposer éventuellement un joint périphérique isolant imperméable au liquide (non représenté).

   La plaque terminale anodique 3 est également pourvue d'une zone centrale en retrait 6 par rapport à la surface d'étanchéité, avec une surface s'étendant à partir d'une zone inférieure où est introduite la saumure jusqu'à une zone supérieure où la saumure épuisée ou partiellement épuisée et le chlore dégagé sont évacués, lesdites zones étant généralement en communication par le sommet et le

  
bas. La plaque terminale peut être réalisée en acier, sa face en contact avec l'anolyte étant revêtue de titane

  
ou d'un autre métal passivable pour soupape ; elle peut aussi être en graphite ou en un mélange moulable de graphite et d'un liant résineux résistant chimiquement, ou en un autre matériau anodiquement résistant.

  
L'anode est de préférence constituée par une grille-écran ou une feuille expansée 8 en titane, niobium

  
ou autre métal pour soupape perméable au gaz et à 1 'électrolyte, revêtue d'une matière non passivable et résistant

  
à l'électrolyse telle que des métaux nobles et/ou des

  
oxydes et des oxydes mixtes de métaux du groupe du platine ou d'une autre couche électrocatalytique qui sert de

  
surface anodique lorsqu'elle est disposée sur un support électroconducteur. L'anode est pratiquement rigide et la grille-écran est suffisamment épaisse pour transporter le courant d'électrolyse à partir des nervures 9 sans pertes ohmiques excessives. Il est encore plus favorable d'utiliser:. une grille-écran flexible pliable, à mailles fines qui peut être de la même matière que la grille-écran grossière

  
8 et disposée à la surface :de cette grille 8 pour assurer avec la membrane des contacts fins avec une densité de 30 ou plus, de préférence de 60 à 100 points de contact par centimètre carré de surface de membrane. La grille à mailles fines peut être soudée par points sur la grille grossière ou peut être simplement enserrée entre la grille 8 et la membrane. La grille à mailles fines est revêtue de métaux nobles ou d'oxydes conducteurs résistant à l'anolyte.

  
La plaque terminale cathodique verticale 10 comporte sur sa face interne une zone centrale en retrait

  
 <EMI ID=18.1> 

  
ladite zone en retrait 11 est sensiblement plane, c'est-àdire exempte de nervures et est parallèle au plan de la surface d'étanchéité. L'élément d'électrode compressible élastiquement 13 envisagé par l'invention, avantageusement réalisé en un alliage de nickel, est placé à l'intérieur de la zone en retrait de la plaque terminale cathodique. Dans

  
le mode de réalisation représenté à cette figure, l'électrode est une hélice en fil ou une pluralité d'hélices entre-lacées et ces hélices peuvent entrer en contact direct avec la membrane. Toutefois, une grille-écran 15 est de préférence intercalée, comme on le voit au dessin, entre l'hélice en fil et la membrane, si bien que l'hélice et la grille se trouvent en prise coulissante,entre elles ainsi qu'avec la membrane.

  
Les espaces entre les spires adjacentes de l'hélice doivent être suffisamment grands pour permettre un écoulement ou un mouvement aisé du gaz et de l'électrolyte entre les spirales, par exemple vers l'intérieur ou en dehors des zones centrales entourées par l'hélice. En général, ces espacements sont sensibles,souvent trois à cinq fois plus grands que le diamètre du fil. L'épaisseur de la spire hélicoïdale non comprimée est de préférence de 10 % à 60 % plus grande que la profondeur de la zone centrale en retrait 11 par rapport au plan des surfaces d'étanchéité. Au cours de l'assemblage de la cellule, la spire est comprimée de

  
10 à 60 % de son épaisseur initiale, exerçant ainsi une

  
force de réaction élastique,.de préférence comprise entre

  
80 et 100 g/cn?' de surface saillante.

  
La plaque terminale cathodique 10 peut être réalisée en acier ou en tout autre matériau électroconducteur résistant à la soude caustique et à l'hydrogène. La membrane

  
5 est de préférence une membrane échangeuse!d'ions permselective aux cations et imperméable au fluide, comme déjà indiqué. L'écran-grille 15 est avantageusement réalisé en fil de

  
nickel ou en tout autre matériau capable de résister à la corrosion dans des conditions cathodiques. Bien que ledit .écran-grille présente de la rigidité, il doit de préférence être flexible et pratiquement non rigide de manière qu'il puisse facilement se plier pour s'adapter aux irrégularités de la surface cathodique de la membrane. Ces irrigularités peuvent se trouver dans la surface de la membrane elle-même,

  
 <EMI ID=19.1> 

  
l'anode plus rigide sur laquelle/ portée la membrane. D'une manière générale, la grille-écran est plus flexible que l'hélice.

  
Pour bien des usages, la dimension de maille de la grille-écran doit être plus petite que la dimension des ouvertures entre les spirales de l'hélice et les grilles :

  
 <EMI ID=20.1> 

  
soient des modes de réalisation particulièrement préférés de l'invention. La grille-écran ^intercalée peut remplir plusieurs fonctions. Tout d'abord, elle possède une surface d'électrode active en raison de son électroconductivité. Deuxièmement, elle sert à empêcher l'hélice eu tout autre élément d'électrode compressible de s'user localement, de pénétrer dans, ou amincir la membrane, et comme l'électrode comprimée appuie sur la grille-écran dans une zone locale, cette grille aide à répartir la pression tout au long de

  
la surface de la membrane entre les' points de pression adjacents et empêche également une section de spirale déformée de pénéter dans, ou d'user la membrane. 

  
Au cours de l'électrolyse, de l'hydrogène et un hydroxyde de métal alcalin sont libérés sur la grille-écran et généralement sur une partie ou même la totalité de l'hélice. Lorsque les spirales hélicoïdales sont comprimées, leurs surfaces arrière, c'est-à-dire celles éloignées ou espacées de la surface de la membrane, se rapprochent de lagrille-écran et de la membrane et plus le degré de compression est élevé, plus l'espace moyen entre les spirales et

  
la membrane est faible et plus forte sera l'électrolyse ou au moins la polarisation cathodique de la surface de spirale. Ainsi, la compression a pour effet d'augmenter la surface efficace globale de la cathode.

  
La compression de l'électrode s'est révélée efficace pour la réduction de la tension globale nécessaire pour entretenir un courant de 1.000 ampères par mètre carré de surface de membrane active ou plus. En même temps, la compression doit être limitée de manière que l'électrode compressible demeure accessible au courant d'électrolyte et de gaz.. Comme on le voit à la figure 9, les spirales demeurent ouvertes pour fournir des canaux centraux verticaux à travers lesquels peuvent s'élever l'électrolyte et le gaz. Par ailleurs, les écartements entre les spirales demeurent espacés pour permettre-un accès de catholyte à la membrane, et aux côtés des spirales. Le fil des spirales est généralement mince, avec un diamètre de 0,05 à 0,5 mm. On peut admettre des fils plus gros mais ils ont tendance à être plus rigides et moins compressibles ; c'est pourquoi, il

  
est rare que le fil dépasse 1,5 mm.

  
En fig. 9, on a représenté la cellule de fig. 4

  
à l'état assemblé, les parties correspondant aux deux figures étant affectée des mêmes références. Comme on le voit au dessin, les plaques terminales 3 et 10 ont été assemblées par serrage, pressant ainsi contre l'électrode 15 la feuille ou mate à spires hélicoïdales/ Pendant le fonctionnement de la cellule, l'anolyte consistant par exemple en une saumure de chlorure de sodium saturée,circule à travers la chambre anodique, amenant très avantageusement de l'anolyte frais à \

  
travers une tubulure d'admission (non représentée) dans le voisinage du bas de la chambre et évacuant l'anolyte usé à travers une tubulure de sortie (non-=représentée) dans le voisinage du sommet de ladite chambre, en même temps que le chlore dégagé.

  
La chambre cathodique est'alimentée en eau ou en alcali aqueux dilué à travers une tubulure d'admission

  
(non représentée) au bas de la chambre, l'alcali produit étant récupéré sous forme d'une solution concentrée à travers une tubulure de sortie (non représentée) à l'extrémité supérieure de ladite chambre cathodique. L'hydrogène dégagé à la cathode peut être récupéré à partir de la chambre cathodique,soit avec la solution caustique concentrée, soit

  
à travers une autre tubulure de sortie au sommet de la cham-:.  bre.

  
Les plaques terminales anodique et cathodique sont toutes les deux convenablement reliées à une source de courant extérieure et le courant passe à travers la série de nervures 9 vers l'anode 8. La conduction ionique a lieu essentiellement à travers la membrane échangeuse d'ions 5,

  
le courant étant en grande partie transporté par les ions sodium migrant à travers la membrane cationique 5 à partir de l'anode 8 vers la cathode 14 de la cellule. Les électrodes assurent une pluralité de points de contact sur la membrane, le courant circulant en fin de compte vers la plaque terminale de la cathode 10 à travers une pluralité de points de contact.

  
Après assemblage de la cellule, le collecteur

  
de courant 13.dans son état comprimé qui entraîne une déformation, de préférence entre 10 et 60 % de l'épaisseur initiale de l'article, c'est-à-dire des spires ou des plis individuels, exerce une force de réaction élastique contre

  
la surface de la cathode 14 et par conséquent contre la surface de retenue représentée par l'anode ou le collecteur de courant anodique 8 relativement plus rigide et sensiblement non déformable. Une telle force de réaction maintient la pression souhaitée sur les points de contact entre la cathode et la membrane ainsi que sur la partie de.grilleécran et la partie hélicoïdale de la cathode 14.

  
Etant donné que les spirales en hélice et la grille-écran sont coulissables les unes par rapport aux autres et par rapport à la membrane ainsi que par rapport à la paroi arrière, l'absence d'entraves mécaniques à la déformation élastique différentielle entre les spirales adjacentes ou les plis adjacents de l'électrode élastique permet à celles-ci de compenser latéralement les légers écarts inévitables de planéité ou de parallèlisme entre les plans coopérant représentés par l'anode 8 et la surface portante

  
11 du compartiment cathodique. De tels écarts légers qui se produisent normalement dans des processus de fabrication courants sont donc corrigés dans une large mesure.

  
Les avantages de l'électrode élastique de l'invention sont pleinement réalisés et appréciés dans les électrolyseurs industriels du type filtre-presse qui comportent un grand nombre de cellules élémentaires assemblées par serrage dans une disposition en série de manière à former des modules d'une capacité de production élevée. Dans ce cas, les plaques.terminales des cellules intermédiaires sont représentées par les surfaces des séparateurs bipolaires portant le collecteur de courant anodique et cathodique sur chaque face respective. Par conséquent, les séparateurs bipolaires, outre qu'ils agissent comme parois, de délimitation pour les chambres à électrode respectives, relient électriquement l'anode d'une cellule à la cathode

  
de la cellule adjacente dans la série.

  
En raiscn de leur aptitude élevée à la déformation, les électrodes élastiques compressibles de l'invention assurent une répartition plus uniforme de la pression de serrage du module de filtre-presse sur chaque cellule individuelle, ceci est vrai en particulier lorsque la face opposée de chaque membrane est supportée de façon rigide

  
par une anode relativement rigide 8. Dans de telles cellules en série, il est recommandé d'utiliser des joints élastiques sur les surfaces d'étancheité des cellules individuelles-pour éviter de limiter l'élasticité du module de filtrepresse comprimé à l'élasticité des membranes. On peut ainsi tirer un avantage plus grand des propriétés de déformation élastique des collecteurs élastiques à l'intérieur de chaque cellule de la série. 

  
Dans la variante représentée schématiquement à la fig. 10, un tissu crêpé de fils entrelacés est utilisé comme élément compressible de l'électrode à la place des spirales hélicoïdales, et un canal pour électrolyte supplé'mentaire est prévu pour la circulation de l'électrolyte. Comme on le voit, la cellule comprend une plaque terminale anodique 103 et une plaque terminale cathodique 110, toutes deux montées dans un plan vertical, chaque plaque terminale en forme de canal comportant des parois latérales qui délimitent un espace anodique 106 et un espace cathodique
111. Chaque plaque terminale comporte également une surface d'étanchéité ou joint périphérique sur une paroi latérale faisant saillie à partir du plan de la plaque terminale respective, 104 étant la surface d'étanchéité de l'anode

  
et 112 la surface d'étanchéité de la cathode. Ces surfaces s'appuient sur une membrane ou diaphragme 105 qui s'étend

  
à travers l'espace enfermé entre les parois latérales.

  
L'anode 108 comprend une feuille incompressible relativement rigide de titane métallique expansé ou tout autre substrat perforé résistant anodiquement avec de préférence-un revêtement non passivable-tel qu'un métal,

  
un oxyde ou un oxyde mixte d'un métal du groupe du platine. Cette feuille est calibrée de manière à s'adapter aux parois latérales de la plaque anodique et est supportée

  
de façon plutôt rigide par des nervures espacées en métal électroconducteur ou en graphite 109 qui sont'fixées au

  
et font saillie à partir du tissu ou base de la plaque terminale anodique 103. Les espaces entre les nervures assurent un écoulement facile de l'anolyte qui est amené par le bas et est évacué à la partie supérieure de ces espaces. La plaque terminale entière et les nervures peuvent être en graphite et, en variante, elles peuvent être en acier

  
 <EMI ID=21.1>  

  
plaqué de titane ou en un autre matériau approprié. Les extrémités des nervures portant sur la feuille anodique

  
108 peuvent être ou ne pas être revêtues, par exemple de platine,pour améliorer le contact électrique et la feuille anodique 108 peut également être soudée sur les nervures 109. La feuille d'anode perforée rigide 108 est maintenue solidement en position verticale. Cette feuille peut être en métal expansé comportant des orifices inclinés vers le haut s'éloignant de la membrane (voir fig. 11) pour dévier vers l'espace 105 les bulles de gaz ascendantes.

  
Il est encore davantage préférable de disposer, entre la feuille perforée rigide 108 et la membrane 105, une grille-écran flexible à mailles fines 108 a, en titane ou en un autre métal pour soupape, revêtue d'une couche non passivable qui est avantageusement un métal noble ou des oxydes conducteurs possédant une faible surtension pour la réaction

  
exemple 

  
anodique (par '/ dégagement de chlore). La grille-écran a mailles fines 108 a fournit avec la membrane une densité de contacts de surface extrêmement faible, supérieure à au moins
30 contacts par centimètre carré. Elle peut être ou ne pas être soudée par points à la grille-écran grossière 108...

  
Du côté cathode, des nervures 120 s'étendent vers l'extérieur à partir de la base de la plaque terminale cathodique 110 à une distance qui est une fraction de la profondeur totale de l'espace cathodique 111. Ces nervures sont espacées le long de la cellule pour fournir des espaces parallèles pour l'écoulement de l'électrolyte. Comme dans les modes de réalisation précités, la plaque terminale cathodique et les nervures peuvent être en acier, en un alliage nickel-fer ou en tout autre matériau résistant cathodiquement. Sur les nervures conductrices 120 est soudée une plaque de pression relative=. ment rigide 122 qui est perforée et qui permet une circulation facile de l'électrolyte d'une face vers l'autre.

   D'une manière générale, ces orifices ou volets sont inclinés vers le haut en-s'écartant de la membrane ou de l'électrode compressible en direction de l'espace 111. (voir également fig. 11). La plaque de pression est électroconductrice, sert à communi-quer de la polarité à l'électrode et à y appliquer une pression ; elle peut être réalisée en un métal expansé

  
ou être constituée par une grille-écran épaisse en acier, nickel, cuivre ou en leurs alliages.

  
Une grille-écran flexible relativement fine 114 s'appuie la face cathodique de la surface active du diaphragme 105, en raison de sa flexibilité et de son épaisseur relative, elle épouse les contours du diaphragme et par conséquent ceux de 1-'anode 108. Cette grille-écran sert en grande partie de cathode ; elle est par conséquent électroconductrice, par exemple une grille-écran en fil de nickel ou un autre fil résistant cathodiquement, et peut avoir une surface à faible surtension d'hydrogène. La grille-écran fournit de préférence une densité de contacts de surface extrêmement faible avec la membrane, et supérieure à au moins 30 contacts par centimètre carré. Un mate compressible 113 est disposé entre la grille-écran cathodique 114 et la plaque de pression cathodique 122.

  
 <EMI ID=22.1>  tissu à mailles crêpé ou plissé, est avantageusement en fil tissé à mailles ouvertes du type représenté à la fig. 3 où les brins de fil sont tissés en un tissu relativement plat avec des boucles entrelacées. Ce tissu est ensuite crêpé ou plissé en une forme ondulée, les ondulations étant proches les unes des autres, par exemple espacées de 0,3 à 2 cm et l'épaisseur totale du tissu compressible étant de

  
 <EMI ID=23.1> 

  
à chevrons comme représenté en fig. 3 et la maille du tissu est plus grossière, c'est-à-dire qu'elle possède une dimension de pore plus grande que celle.des grilles-écrans
114.

  
On voit à la fig. 10, que ce tissu ondulé 113 est disposé dans l'espace compris entre la grille-écran à mailles plus fines 114 et la plaque de pression plus rigide en métal expansé 122. Les ondulations s'étendent à travers

  
cet espace et le rapport de vide du tissu comprimé est de préférence supérieur à 75 %, de préférence compris entre 85 et 96 % du volume apparent occupé par le tissu. Comme représenté, les ondes ou vagues s'étendent dans une direction verticale ou inclinée de manière à fournir des canaux pour l'écoulement libre ascendant du gaz et de l'électrolyte, lesdits canaux n'étant pas obstrués par le fil du tissu. Ceci est vrai même lorsque-les ondulations s'étendent à travers la cellule d'une face à l'autre, étant donné que

  
les ouvertures des mailles dans les parois des ondulations permettent un libre écoulement des fluides.

  
Comme décrit au sujet d'autres modes de réalisation, les plaques terminales 110 et 103 sont serrées ensemble et s'appuient sur la membrane 105 ou sur un joint protégeant la membrane de l'atmosphère extérieure et disposé entre les parois extrêmes. La pression de serrage comprime le tissu

  
 <EMI ID=24.1> 

  
tour, presse la membrane contre l'anode opposée 108 a et cette compression apparait comme permettant une tension totale plus faible. On a effectué un essai où le tissu non

  
 <EMI ID=25.1> 

  
constaté qu'une densité de courant de 3.000 ampères par mètre carré de surface d'électrode saillante et une réduction de tension d'environ 150 millivolts étaient obtenus par compression de la feuille compressible jusqu'à une

  
 <EMI ID=26.1> 

  
celle observée pour la même densité de courant à compression zéro.

  
Entre une compression zéro et une compression jusqu'à 4 mm, on a observé une chute de tension comparable de 5 à 150 millivolts. La tension de la cellule est restée pratiquement constante jusqu'à une compression d'environ

  
2 mm et a commencé ensuite à augmenter légèrement lorsque la compression arrivait au-dessous de 2 mm, c'est-à-dire environ 30 % de l'épaisseur initiale du tissu. Cela représente une économie d'énergie substantielle qui peut être

  
de 5 % ou plus pour un procédé d'électrolyse de saumure.

  
Dans la mise en oeuvre de ce mode de réalisation, une solution aqueuse de chlorure de sodium sensiblement \

  
saturée est envoyée dans le bas ou fond de la cellule et s'écoule vers le haut à travers des canaux ou des espaces
105 entre les nervures 109, et la saumure appauvrie et le chlorure dégagé s'échappent par le haut de la cellule.

  
De l'eau ou de l'hydroxyde de sodium dilué est envoyé dans le bas des chambres cathodiques et s'élève à travers les  canaux 111 ainsi qu'à travers les vides de la feuille à mailles comprimée 113, l'hydrogène dégagé et l'alcali

  
étant soutirés en tête de cellule'. On provoque l'électrolyse en appliquant un potentiel électrique en courant continu entre les plaques terminales anodiques et cathodiques.

  
A la figure 11" on a représenté une vue partielle en coupe verticale montrant les schémas d'écoulement de cette cellule dans lesquels au moins les orifices supérieurs de la plaque de pression 122 sont biseautés de manière à fournir une sortie inclinée orientée vers le haut en s'écartant du tissu comprimé 113, une partie de l'hydrogène dégagé et/ou de l'électrolyte s'échappant ainsi vers la chambre à électrolyte arrière 111 (fig. 10). C'est pourquoi, les espaces verticaux à l'arrière de la plaque de pression
122 et l'espace occupé par la maille comprimée 113 sont prévus pour l'écoulement ascendant du catholyte et du gaz.

  
En ayant recours à deux telles chambres, il est possible de réduire l'intervalle entre la plaque de pression
122 et la membrane et d'augmenter la compression de la feuille 113, tout en laissant encore la feuille ouverte au courant de fluide, ce qui sert à accroître la surface efficace totale des parties actives de la cathode.

  
A la figure 12, on a représenté schématiquement le mode de fonctionneront de la cellule considérée ici.

  
Comme on le voit, une cellule verticale 20 du type représenté en coupe aux figures 5, 9 ou 10, est munie d'une canalisation d'entrée d'anolyte 22 qui pénètre dans le bas de la chambre à anolyte (aire anodique) de la cellule, et d'une

  
 <EMI ID=27.1> 

  
supérieure de la zone anodique. De même, la canalisation d'entrée de catholyte 26 débouche dans le bas de la chambre \

  
à catholyte de la cellule 20 et la zone cathodique comporte une tubulure de sortie 28 située au sommet de la zone cathodique. La zone anodique est séparée de la zone cathodique par une membrane 5 qui. comporte une anode 8 pressée

  
sur la face anodique et une cathode 14 pressée contre la

  
face cathodique. La membrane-électrode est en position verticale et sa hauteur est généralement comprise entre 0,4 et 1 mètre ou plus.

  
La chambre ou zone anodique est liée à la membrane avec l'anode sur une face et la paroi terminale de l'anode
(voir fig. 5, 9 ou 10) sur l'autre face, tandis que la surface cathodique est liée à la membrane, la cathode se trouvant sur une face et la paroi terminale de la cathode verticale sur l'autre face. Lors du fonctionnement du système, l'alimentation en saumure aqueuse se fait à partir d'un réservoir d'alimentation 30 dans la canalisation 22,à travers une canalisation, munie d'une vanne 32, qui va du réservoir

  
30 vers la canalisation 22 ; un réservoir de recyclage ou recirculation 34 est prévu pour déverser de la saumure à partir-de la partie basse à travers la canalisation 5. La concentration en saumure de la solution pénétrant dans le bas de la zone anodique est réglée de manière à être au moins proche de la saturation, en proportionnant les débits relatifs à travers la canalisation 32 .et la saumure pénétrant dans le bas de la zone anodique s'écoule vers le haut et en contact avec l'anode. Par conséquent, du chlore se dégage et s'élève avec l'anolyte et les deux sont évacués à travers la canalisation 24 vers le réservoir 34. Le chlore est ensuite séparé et s'échappe comme représenté à travers un orifice

  
de sortie 36.et la saumure est recueillie dans.le réservoir

  
34 et recyclée. Une partie de cette saumure est retirée sous forme de saumure usée ou appauvrie à travers la canalisation de trop plein 40 et est envoyée vers une source d'halogénure de métal alcalin solide pour resaturation et purification.

  
Le métal alcalino-terreux sous forme d'halogénure ou d'autres composés est maintenu à un niveau bas, bien au-dessous d'une partie par million de parties d'halogénure de métal alcalin et fréquemment aussi bas que 50 à 100 partie de métal alcalino-terreux par billion de parties en poids d'halogénure alcalin.

  
Sur la face de la cathode, de l'eau est amenée

  
à la canalisation 26 à partir d'un réservoir ou d'une autre source 42 à travers la canalisation 44 qui se déverse dans  la canalisation de recyclage 26 où elle est mélangée à l'hydroxyde de métal alcalin recyclé (NaOH) provenant de la canalisation 26 issue du réservoir de recyclage. Le mélange eau-hydroxyde de métal alcalin pénètre dans le

  
bas de la zone cathodique et remonte vers le sommet à travers le mate 13 comprimé, perméable aux gaz (fig. 5,9 ou 10) ou collecteur de courant. Au cours de son trajet,

  
il entre en contact avec la cathode et il se forme de l'hydrogène gazeux ainsi que l'hydroxyde de métal

  
alcalin. La liqueur de catholyte se déverse par la canali-

  
 <EMI ID=28.1> 

  
vers l'orifice 48. La solution d'hydroxyde de métal alcalin

  
est soutirée par la canalisation 50 et on règle l'eau amenée par la canalisation 44 de manière à maintenir la concentration de NaOH ou tout autre alcali au niveau désiré. Cette concentration peut être aussi faible que 5 ou 10 % en poids d'hydroxyde de métal alcalin, mais cette concentration est habituellement supérieure à environ 15 %, de préférence comprise entre
15 et 40 % en poids.

  
Etant donné que du gaz se dégage aux deux électrodes, il est possible et en fait avantageux de tirer-

  
profit des propriétés d'ascension des gaz dégagés, ce qui s'obtient en faisant fonctionner la cellule à l'état immergé et en maintenant les chambres à électrolyte anodique et cathodique relativement- étroites, par exemple à une

  
largeur de 0,5 à 8 cm. Dans ces conditions, le gaz dégagé remonte rapidement en entrainant de l'électrolyte et les

  
boues d'électrolyte ainsi que le gaz sont évacués à travers

  
 <EMI ID=29.1> 

  
clage, et.cette circulation peut au besoin être complétée par des pompes.

  
La matière en métal tissé convenant comme collec-\

  
teur de courant selon l'invention est fabriquée par KNITMESH Limited, une société anglaise ayant un bureau à

  
 <EMI ID=30.1> 

  
puisse faire appel à des fils plus gros ou plus fins, et ces fils sont tissés de manière à fournir environ 2,5 à

  
20 points pour 2,54 cm (1 à 4 points par cm), de préférence environ 8 à 20 points d'ouverture pour 2,54 cm (2 à 4 ouvertures par cm). Il est bien évident que de larges variations sont possibles : c'est ainsi que l'on peut utiliser une grille-écran ondulée ayant une finesse d'environ 5 à 100 mailles.

  
Les feuilles métalliques entremêlées, entrelacées ou tissées sont crêpées pour fournir un contour répétitif en forme de vagues, ou bien sont tissées de façon lâche ou disposées d'une autre manière, de manière à donner au tissu une épaisseur qui représente 5 à 100 fois ou plus le diamètre du fil si bien que la feuille est compressible. Etant donné toutefois que la structure est entrelacée et que le mouvement est limité par la structure, l'élasticité du tissu est conservée. Ceci est vrai en particulier lorsqu'il est crêpé ou ondulé suivant une disposition en vagues espacées comme dans un motif à chevrons. Plusieurs couches de cette matière tissée peuvent être superposées au besoin.

  
Lorsqu'on fait appel à la structure en hélice

  
de fig. 3, les hélices en fil seront élastiquement compressibles. Le diamètre du fil et le diamètre des hélices sont

  
 <EMI ID=31.1> 

  
nécessaires. Le diamètre de l'hélice est généralement 10 fois où plus le diamètre du fil dans son état non comprimé. Par exemple, un fil en nickel d'un diamètre de 0,6 mm enroulé en des hélices' d'environ 10 mm.de diamètre a été utilisé de façon satisfaisante.

  
Le fil de nickel est approprié lorsque le fil est cathodique comme il est décrit et comme représenté aux dessins. On peut cependant utiliser tout autre métal capa&#65533; 

  
ble de résister à l'attaque cathodique ou à la corrosion par l'électrolyte ou à la fragilisation par l'hydrogène et parmi ceux-ci figurent l'acier inoxydable, le cuivre, le cuivre revêtu d'argent et similaires.

  
Bien que dans les modes de réalisation décrits ci-dessus le collecteur compressible :soit représenté comme étant cathodique, il est bien évident que la polarité des cellules peut être inversée de manière quele collecteur compressible soit anodique. Il va de soi que dans ce cas, le fil d'électrode doit résister au chlore et à l'attaque
- anodique et, que les fils peuvent être en un métal pour soupape tel que le titane ou le niobium, de préférence revêtu d'une couche électro-conductrice non passivante résistant à l'attaque anodique, telle qu'un métal ou un <EMI ID=32.1> 

  
la perovskite, etc...

  
Dans certains cas, l'application de l'élément compressible sur la face ou côté anodique peut poser un problème parce que -l'arrivée d'électrolyte à base .d'halogénure sur l'interface électrode-membrane peut être limitée.

  
Lorsque les zones anodiques ne sont pas suffisamment.accessibles à l'anolyte s'écoulant à travers la cellule, la concentration d'halogénure peut devenir réduite dans des zones locales en raison de l'électrolyse et, lorsqu'elle est par trop réduite, il y a tendance à dégagement de l'oxygène, plutôt que d'un halogène par suite de l'électrolyse de l'eau. On évite cela en maintenant les surfaces

  
des points de contact électrode-membrane à une faible valeur, c'est-à-dire rarement à une largeur supérieure à

  
1 mm et souvent inférieure à 1/2 mm et on peut aussi l'éviter efficacement en maintenant une grille-écran

  
d'une maille relativement fine, (dix mailles ou plus)

  
entre le mate compressible et la surface de la membrane.

  
Bien que ces problèmes soient également impor-:=-.  tants sur la cathode, on rencontre moins de difficultés puisque la réaction cathodique consiste en.un dégagement d'hydrogène et il n'y a pas de réaction secondaire car les \

  
produits se forment même si les points de contact sont

  
de dimensionsrelativement importantes parce que l'eau

  
et l'ion de métal alcalin migrent à travers la membrane

  
si bien que, même si la cathode présente quelque restriction, il y a moins de probabilité de formation de produit secondaire. Par conséquent, il est avantagéux d'appliquer lemate compressible sur la face cathodique.

  
Dans les exemples suivants,on a décrit plusieurs modes de réalisation préférés non limitatifs de la mise en oeuvre de l'invention.

  
EXEMPLE 1

  
Une première cellule dressai (A) a été construite selon la représentation schématique des figures 10 et 11. Les dimensions des électrodes étaient de 500 mm pour la

  
 <EMI ID=33.1> 

  
cathodique 110, les nervures cathodiques 120 et la plaque de pression perforée cathodique 122 ont été réalisées en acier revêtu galvaniquement d'une couche de nickel. On a obtenu la plaque de pression perforée en incisant une plaque d'acier de 1,5 mm d'épaisseur de manière à former des ouvertures en forme de losange dont les dimensions'  principales sont de 12 et 6 mm. La plaque terminale anodique 103 a été réalisée en acier plaqué titane et les nervures anodiques 109 ont été exécutées en titane.

  
L'anode était constituée par une grille-écran expansée en titane grossière et sensiblement rigide 108 obtenue par incision d'une plaque en titane de 1,5 mm d'épaisseur en formant des orifices en losange avec les dimensions principales de 10 et 5 mm et par une grilleécran à mailles-fines 108 a en titane obtenue-par incision d'une feuille en titane de 0,20 mm d'épaisseur en formant  des orifices en losange dont les dimensions principales étaient de 1,75 et 3 mm, soudée par points sur la surface interne de la grille grossière. Les deux grilles étaient revêtues d'une couche d'oxydes mixtes de ruthénium et de titane correspondant à une charge de 12 g de ruthénium
(sous forme de métal) par mètre carré de surface saillante. 

  
La cathode était constituée par trois couches de tissu en nickel et crêpé formant le mate élastique 113 et

  
la matière a été tissée avec du fil de nickel d'un diamètre de 0,15 mm. Le crêpage présentait un motif en chevrons dont l'amplitude était de 4,5 mm et la distance entre des crêtes voisines de 5 mm. Après un tassement préalable-des trois couches de tissu crêpé réalisé par superposition des couches et application d'une pression modérée de l'ordre de 100 à 200 g/cm.2 le mate présentait une épaisseur non comprimée d'environ 5,6 mm. Autrement dit, le mate recouvrait élastiquement, après relâchement de la pression, une épaisseur d'environ

  
5,6 mm. La cathode contenait également une grille-écran en nickel 114 à 20 mailles formée d'un fil en nickel d'un diamètre de 0,15 mm, la grille assurait environ 74 points de contact par centimètre carré avec la surface de la membrane
105, ce qui a été vérifié par des impressions sur une feuille de papier sensible à la pression. La membrane était un film hydraté de 0,6 mm d'épaisseur, d'une membrane échangeuse de cations en Nafion 315 fabriquée par Du Pont de Nemours, à savoir un type de membrane à base d'acide perfluorocarbone sulfonique.

  
Une cellule d'essai témoin (B) de la même dimension a été construite et les électrodes ont été formées

  
selon la pratique normale industrielle, les deux grillesécrans grossières et rigides 108 et 122 décrites ci-dessus s'appuyant directement sur les surfaces opposées de la membrane 105 sans l'intervention des grilles à mailles fines
108 a et 114 et sans être comprimées uniformément et de

  
façon élastique contre la membrane (savoir le mate compressible 113). Les circuits d'essai étaient identiques à ceux

  
de la figure 8.

  
Les conditions de fonctionnement étàient les suivantes :

  

 <EMI ID=34.1> 
 

  

 <EMI ID=35.1> 


  
La cellule d'essai A a été mise en service et le mate élastique a été comprimé de manière croissante pour mettre les caractéristiques de fonctionnement de la cellule, à savoir la tension de la cellule, l'efficacité de courant, en concordance avec le degré de compression. En fig. 13, la courbe 1 montre la relation entre la tension de la cellule et le degré de compression ou la pression correspondante appliquée. On observe que la tension de la cellule a diminué avec une compression croissante du mate élastique jusqu'à une épaisseur correspondant à environ 30 % de l'épaisseur initiale non.comprimée du mate. Au-delà de ce degré de compression, la tension de la cellule avait tendance à monter légèrement.

  
En réduisant le degré de compression jusqu'à une épaisseur du mate de 3 mm, le fonctionnement de la cellule A, comparativement à celui de la cellule témoin B opérant en parallèle a donné les résultats suivants :

  

 <EMI ID=36.1> 


  
Pour évaluer la contribution de l'effet de bulles sur la tensior delà cellule, on a fait tourner les cellules

  
o 

  
 <EMI ID=37.1> 

  
cale, l'anode restant horizontale à la partie supérieure de la membrane. Les caractéristiques de fonctionnement des cellules ont été les suivantes . 

  

 <EMI ID=38.1> 


  
(x) La tension de cellule a commencé à monter légèrement

  
et s'est stabilisée à environ 3,6 V.

  
(xx) La.tension de la cellule s'est élevée brusquement

  
bien au-dessus de 12 V et l'électrolyse était donc interrompue.

Ces résultats sont interprétés comme suit :

  
a) en faisant tourner les cellules à partir de la verticale vers l'horizontale, la contribution de l'effet'de bulles à la tension de la cellule décroît dans la cellule B, alors que l'insensibilité relative de la cellule A est apparemment due à un effet de bulles sensiblement négligeable qui expliquerait en partie la tension de cellule beaucoup plus faible de la cellule A par rapport à la cellule B. b) Une fois la position horizontale atteinte, l'hydrogène gazeux commence à former une poche sous la membrane et tend à isoler de plus en plus la surface active de la grilleécran cathodique de la conduction de courant ionique à <EMI ID=39.1> 

  
même effet est nettement plus faible dans la cellule d'essai. A..Cela ne s'explique que par le fait que la fraction principale de la conduction ionique est limitée à l'intérieur de l'épaisseur de la membrane et que la cathode fournit suffi-

  
&#65533; 

  
samment de points de contact avec les groupes échangeurs d'ions à la surface de la membrane pour entretenir efficacement le courant d'électrolyse.

  
Il a été constaté qu'en réduisant de façon croissante la densité et la finesse des points de contact entre les électrodes et la membrane par remplacement-des grilles à mailles fines 108 a et 114 par des grilles de plus en plus grossières, le comportement de la cellule d'essai A se rapproche,de plus en plus de celui de la cellule témoin B. D'ailleurs, la couche de cathode 113 compressible élastiquement assure un recouvrement de la surface de la membrane par les fins points de contact répartis de façon dense à plus de 90 % et plus souvent à plus de 98 % de la surface totale, même en présence d'écarts importants de planéité et de parallélisme des plaques de compression 108 et 122. 

Exemple 2

  
A titre de comparaison, la cellule d'essai A a été ouverte et la membrane 105 remplacée par une membrane identique comportant une anode liée et une cathode liée.

  
 <EMI ID=40.1> 

  
de particules d'oxydes mixtes de ruthénium et de titane avec un rapport Ru/Ti de 45/55, liée à la surface de la membrane au moyen de polytétrafluoroéthylène. La cathode

  
 <EMI ID=41.1> 

  
de noir de platine et de graphite dans un rapport pondéral

  
de 1/1 liée par du polytétrafluoroéthylène à la surface opposée de la membrane.

  
On a fait fonctionner la cellule dans des conditions exactement identiques à. celles de l'exemple 1 et on a représenté par la courbe 2 du diagramme de fig. 13, la relation entre la tension de la cellule et le degré de compression de la couche de collecteur de courant cathodique
-élastique 113 . Il est significatif que la tension de cellule de cette cellule à-électrolyte réellement solide ne soit que d'environ 100 à 200 mV inférieure à celle de la cellule d'essai A dans les mêmes conditions de fonctionnement. 

Exemple 3 

  
Pour vérifier les résultats inattendus, la cellule d'essai A a été modifiée par remplacement de toutes les structures anodiques en titane par des structures comparables en acier revêtu de nickel (plaque terminale anodique 103 et nervures anodiques 109) et.en nickel pur (grille grossière 108 et grille à mailles fines 108 a). La membrane utilisée était une membrane échangeuse de cations en Nafion 120 de 0,3 mm d'épaisseur fabriquée par Du Pont de Nemours.

  
Dans les deux compartiments anodique et cathodique, on a fait circuler de l'eau pure bi-distillée ayant une résistivité de plus de 200.000 ohms.cm. Une différence de potentiel croissante a été appliquée aux deux plaques terminales de la cellule et un courant d'électrolyse a commencé à passer, de l'oxygène se dégageant à l'anode à grille de nickel 108 a, et de l'hydrogène se dégageant à la cathode à grille de nickel 114. Après quelques heures de fonctionnement, les caractéristiques tension-courant suivantes ont été observées :

  

 <EMI ID=42.1> 


  
La conductivité des électrolytes étant insignifiante, la cellule s'est révélée fonctionner comme un <EMI ID=43.1> 

  
En remplaçant les grilles d'électrode à mailles fines 108 a et 114 par des grilles plus grossières, réduisant ainsi la densité des contacts entre les électrodes et

  
 <EMI ID=44.1> 

  
on a observé une montée considérable de la tension de cellule comme indiqué ci-après : 

  

 <EMI ID=45.1> 


  
Ainsi qu'il sera évident pour l'homme de l'art, il est possible d'augmenter la densité des points de contact entre les électrodes et la membrane par divers expédients. Par exemple, on peut pulvériser sur la grille d'électrode

  
à mailles fines des particules métalliques par dépôt au

  
jet de plasma ou bien le fil-métallique formant la surface en contact avec la membrane peut être rendu plus grossier par une attaque chimique contrôlée pour augmenter la densité des points de contact. Néanmoins, la structure

  
doit être suffisamment élastique pour assurer une répartition uniforme des contacts sur la surface totale de la membrane après que la pression de réaction élastique  exercée par le mate souple sur les électrodes soit uniformément répartie sur tous les points de contact.

  
On peut améliorer le contact électrique à l'interface entre les électrodes et la membrane par augmentation de la densité des groupes fonctionnels échangeurs d'ions ou en réduisant le poids équivalent du copolymère à la surface de la membrane en contact avec le

  
mate élastique, la grille intercalée ou l'électrode particulaire. De cette façon, les propriétés échangeuses

  
de la matrice du diaphragme demeurent inchangées et il

  
est possible d'augmenter la densité des points de contact des électrodes avec les sites de transport d'ions vers la membrane. Par exemple, la membrane peut être formée en laminant ou stratifiant une -ou deux pellicules minces, ayant une épaisseur de 0,05 à 0,15 mm, de copolymère présentant un faible poids équivalent sur la ou les surfaces d'un film plus mince, de l'ordre de 0,15 à 0,6 mm, d'un copolymère ayant un poids équivalent plus élevé ou un poids susceptible d'optimiser la chute ohmique et la sélectivité de la membrane.

  
Diverses autres modifications du procédé et

  
de l'appareil de l'invention peuvent être apportées sans s'écarter pour autant de son esprit. 

REVENDICATIONS

  
1.- Cellule d'électrolyse perfectionnée du type à diaphragme comprenant au moins un jeu d'une anode et d'une cathode séparées par un diaphragme, caractérisée en ce qu'au moins l'une d'entre l'anode et la cathode est une structure d'électrode-comprenant un-tissu de fil métallique grossier plan et un tissu de fil métallique fin présentant une surface électrocatalytique et comprenant au moins 4 brins ou mailles par cm disposés au-
- dessus du tissu- de fil métallique grossier et en contact électrique avec celui-ci, le tissu de fil métallique fin faisant directement face au diaphragme.



  New electrolysis cell and method for electrolysis

  
halides.

  
The present invention relates to a new process for the production of chlorine where other halogens by electrolysis of an aqueous solution containing a halide ion

  
such as hydrochloric acid and / or a corresponding alkali metal chloride or other electrolyzable halide.

  
Chlorine has been produced for a long time by such electrolysis in a cell where the anode and the cathode are separated by a membrane or diaphragm permeable to ions and in cells comprising a diaphragm permeable to liquids, chloride or any other halide of alkali metal flowing through an anolyte chamber and part of it flowing through the diaphragm towards the catholyte.

  
When an alkali metal chloride solution is electrolyzed, chlorine is released at the anode and a

  
alkali which can be a carbonate or a bicarbonate of

  
alkali metal, but more commonly an alkali metal hydroxide solution, forms at the cathode. This alkaline solution also contains alkali metal chloride which must be separated from the alkali in a subsequent operation, and said solution is relatively dilute rarely containing above 12 to 15% alkali by weight. As the commercial concentration of hydroxide

  
sodium is normally about 50% by weight or more, the water in the diluted solution must be evaporated to obtain this concentration.

  
More recently, considerable studies have been undertaken regarding the use of ion exchange resins or polymers as ion permeable diaphragms, said polymers being in the form of thin sheets or membranes. In general, they are only

  
not perforated and do not allow anolyte to flow into the cathode compartment; it has also been suggested that such membranes may be provided with a few small perforations to allow a small flow of anolyte through them, but the essential

  
work appears to have been carried out with

  
non-perforated membranes.

  
\

  
Typical polymers that can be used for this purpose include: fluorocarbon polymers such as polymers of an unsaturated fluorocarbon. For example, polymers of trifluoroethylene, tetrafluoroethylene or their copolymers containing ion exchange groups are used for this purpose. Ion exchange groups are normally cationic groups comprising sulfonic acid, sulfonamide, carboxylic acid, phosphoric acid and the like which are attached to the fluorocarbon polymer chain via carbon and are able to exchange cations. They can however also contain anion exchange groups. This is how they correspond to the general formula:

  

  <EMI ID = 1.1>


  
Such membranes are typically those manufactured by the Du Pont Company under the brand "Nafion" and by the Japanese company Asahi Glass Co under

  
the trademark "Flemion", the patents describing such membranes are the G.B. 1,184,321 patent and the patents

  
U.S. 3,282,875 and 4,075,405.

  
. As these diaphragms are permeable to ions but do not allow the flow of the anolyte flow through them, there are little or no halide ions which migrate through the diaphragm of such a material. in an alkali chloride cell, which is why the alkali so produced contains little or no chloride ion. On the other hand, it is possible to produce a more concentrated alkali metal hydroxide in which the catholyte obtained can contain 15 to 45% or more of NaOH by weight.

  
&#65533;

  
The patents describing such a process are the U.S. patents
4,111,779 and 4,100,050 and many others. The application of an ion exchange membrane as an ion permeable diaphragm has been proposed for other uses, for example in the electrolysis of water.

  
It has also been proposed to conduct such electrolysis between an anode and a cathode separated by a diaphragm, in particular an ion exchange membrane in which the anode and / or the cathode are in the form of a thin porous layer d 'an electroconductive substance resistant to electro-chemical attack and bonded or otherwise incorporated into the surface of the diaphragm. Similar electrode-membrane assemblies have long been proposed for fuel cells, which have been referred to as "polymer-based solid electrolyte" cells. Such cells have been used for a long time as gaseous fuel cells and it is only recently that they have been successfully adapted to the electrolytic production of chlorine from hydrochloric acid or alkali metal chloride brines.

  
For the production of chlorine in a solid electrolyte cell based on polymer, the electrodes usually consist of a thin porous layer of electroconductive and electrocatalytic material permanently bonded to the surface of an ion exchange membrane by means of a binder usually composed of a fluoropolymer such as for example polytetrafluoroethylene (PTFE).

  
According to one of the preferred techniques for making gas permeable electrodes as described in US Pat. No. 3,297,484, a powder of electroconductive and electrocatalytic material is mixed with an aqueous dispersion of polytetrafluorocarbon particles with a view to obtaining a pasty mixture containing 2 to 20 g of powder per gram of polytetrafluoroethylene. The mixture / which can be diluted if necessary, is then spread on a metal sheet support and dried, after which the layer of powder is covered with aluminum foil and pressed.

  
at a temperature sufficient to effect sintering of the polytetrafluoroethylene particles in order to obtain a thin coherent film. After removal of the aluminum foil by caustic leaching, the preformed electrode is applied to the surface of the membrane and pressed at a temperature sufficient to cause sintering of the polytetrafluoroethylene matrix on the membrane. After rapid quenching, the metal support sheet is

  
removed and the electrode remains bonded to the membrane.

  
As the electrodes of the cell are intimately linked to the opposite surfaces of the membrane separating the anode and cathode compartments and are therefore not supported by metallic structures, it has been discovered that the most effective means for bringing and distributing the current to the electrodes consists of using multiple contacts uniformly distributed over the entire surface of the electrode by means of current transport structures provided with a series of projections or ribs, which, during the assembly of the cell , come into contact with the electrode surface at multiple, uniformly distributed points. The membrane carrying on its opposite surfaces bonded electrodes must then be pressed between two current transport structures or collectors, respectively anodic and cathodic.

  
Contrary to what happens in fuel cells where the reagents are gaseous and the current densities are low, and where there can hardly be any side reactions to the electrodes, the solid electrolyte cells used for electrolysis

  
of solutions, as in the particular example of sodium chloride brines, raise difficult questions

  
to solve. In a cell for the electrolysis of sodium chloride brine, the following reactions take place

  
in various places of the cell:
- main anode reaction:
- transport through the membrane:
  <EMI ID = 2.1>
 - reaction at the cathode:
- secondary reaction at the anode
  <EMI ID = 3.1>
  <EMI ID = 4.1> main chlorine discharge reaction desired, some oxidation of the water with consequent release of oxygen, albeit at a level kept as low as possible. This tendency to give off oxygen is particularly accentuated by an alkaline environment at the active sites of the anode consisting of particles of catalyst in contact with the membrane.

   In fact, the cation exchange membranes suitable for the electrolysis of alkali metal halides have a different transfer number from the unit and, under the conditions of high alkalinity existing in the catholyte, some of these membranes allow a certain migration of hydroxyl anions from the catholyte to the anolyte through the membrane. In addition, the conditions necessary for efficient transfer of liquid electrolytes to the active surfaces of the electrodes and

  
to an evolution of gases require anode and cathode compartments characterized by flow sections for electrolytes and gases much larger relatively than those adopted in cells

  
fuel.

  
Conversely, the electrodes must have a

  
  <EMI ID = 5.1>

  
that the fact that the electrocatalytic and electroconductive materials constituting the electrodes, in particular the anode, are frequently a mixed oxide composed of a metallic oxide of the platinum group or of a pulverulent metal fixed by a binder having little or no conductivity electric, the electrodes are barely conductive in the direction of their large dimension. This is why a high density of contacts with the collector is necessary as well as a uniform contact pressure to limit the ohmic drop.

  
through the cell and provide a current density

  
  <EMI ID = 6.1> uniform over the active surface of the cell.

  
These conditions have hitherto been extremely difficult to fulfill, in particular in cells characterized by large areas such as those used industrially in installations for the production of chlorine with a capacity generally greater than 100 tonnes of chlorine per day. For economic reasons, industrial electrolysis cells require electrode surfaces of the order of at least 0.5,

  
  <EMI ID = 7.1>

  
electrically in series to form electrolysers comprising up to several tens of bipolar cells assembled by means of tie rods, hydraulic or pneumatic cylinders in an assembly of the filter press type.

  
Cells of this size pose major technological problems with regard to current transport structures, namely current collectors, with extremely low tolerances for the flatness of the contacts and the uniform contact pressure on the electrode surface after assembly. of the cell. In addition, the membrane used in such cells must be very thin to limit the ohmic drop through the solid electrolyte in the cell, said thickness often being less.

  
0.2 mm and rarely more than 2 mm, and the membrane can be easily ruptured or thinned to the extreme

  
in places where too high pressure is applied

  
during cell closure. That is why

  
the anode and cathode collectors, apart from being almost perfectly flat, must also be exactly parallel.

  
In small cells, one can maintain a high degree of flatness and parallelism while ensuring a certain flexibility of the collectors to compensate for small deviations from a flatness and a precise parallelism. The patent application FR 79.

  
.19.346 filed on July 26, 1979, describes a solid-state electrolyte cell of the monopolar type for the electrolysis of sodium chloride in which the anodic and cathodic current collectors consist of grate screens or deployed sheets welded on respective series of metal ribs offset verticals

  
between them, which allows a certain flexion of the grid screens during the assembly of the cell so

  
to exert a more uniform pressure on the membrane surfaces.

  
In published patent application EP 79.102310.4

  
on February 6, 1980 under the n [deg.] 0007078 a cell was described

  
with a solid electrolyte of bipolar type for the electrolysis of sodium chloride in which the bipolar separators are provided on their two faces and, in the zone corresponding to the electrodes, with a series of ribs or projections. To compensate for small differences in flatness and parallelism, provision is made for the insertion of elastic means consisting of two

  
or more screens or sheets of expanded metal made of stopper coated with a material that cannot be made passive, said elastic means being compressed between the ribs on the anode side, and the anode fixed on the anode face of the membrane .

  
However, it has been observed that the two solutions proposed in the two aforementioned patent applications lead to serious limitations and disadvantages in cells characterized by large electrode surfaces. In the first case, the uniformity of the desired contact pressure tends to be lacking, which gives rise to

  
of concentrations of current at the places of greatest contact pressure, accompanied by phenomena of polarization, and it often occurs during the assembly of the cell a deactivation of the membrane and the catalytic electrodes as well as localized ruptures of the membrane and localized mechanical losses of the catalytic material. In the second case, a very high flatness and parallelism of the surfaces of the bipolar separator must be ensured, but this requires precise and costly machining of the ribs and of the joint surface of the separator bipolar. In addition, the

  
high rigidity of the elements causes pressure concentrations which tend to accumulate along the series, thus limiting the number of elements which can be assembled in a single device of the filter-press type.

  
As a result of these difficulties, the current distributor screen or grid can even, when pressed against the electrode, leave certain areas of the electrode without contact or in such a light contact that they are practically ineffective. Comparative tests carried out by pressing the screen of the dispenser grid on pressure-sensitive paper capable of revealing a visible impression corresponding to the sieve, have shown that a large area extending from approximately 10% to 30 to

  
40% of the surface of the grid screen does not produce a mark on the paper, which indicates that these too large areas remain intact. By applying this observation to the electrodes, it appears that large areas

  
of the electrode are almost inoperative.

  
The invention relates to a new electrolysis cell characterized in that it comprises a cell casing or housing containing at least one set of electrodes formed by an anode and a cathode separated by a diaphragm or a membrane permeable to ions, means for introducing an electrolyte to be electrolyzed, means for discharging the products of electrolysis and means for applying an electrolysis current thereto, at least one of the electrodes being pressed against

  
the diaphragm or the membrane by an elastically compressible layer which can take an extension equal to the electrode surface, said layer being able to be pressed against the diaphragm while exerting an elastic reaction on the electrode in contact with the diaphragm or the membrane a number of uniformly distributed contact points capable of transmitting excess

  
of pressure applied on individual contact points to laterally adjacent less loaded points

  
on an axis located in the plane of the elastic layer, said elastic layer thus distributing the pressure over the total surface of the electrode and having an open structure to allow the flow of gas and

  
of the electrolyte through it.

  
The new process according to the invention, of electrolysis with production of halogen, is characterized in that an electrolyte containing an aqueous halide is electrolyzed at an anode separated from a cathode in contact with

  
an aqueous electrolyte through an ion-permeable diaphragm or membrane and an aqueous electrolyte at the cathode, at least one of said anode and cathode having a gas-permeable surface and the electrolyte maintained in direct contact, in a number of points, with the diaphragm or the membrane by a compressible electroconductive layer elastically open towards the electrolyte and

  
the gas flow and capable of applying pressure over the whole of said surface and of distributing laterally

  
pressure, the pressure at the surface of the diaphragm or

  
the membrane being uniform.

  
According to the invention, an effective electrical contact between the porous electrode surface and the membrane or The diaphragm is produced and a polarity is communicated therein easily and without creating excessive pressure in local areas by pressing the distribution surface of the

  
current or electric charge against the electrode layer by means of a sheet, a mattress (hereinafter referred to as "mat") or an easily compressible elastic layer which

  
extends along most of and nearly

  
almost the entire surface of the porous electrode layer in direct contact with the membrane.

  
This compressible layer has elasticity

  
of a spring, and, while being able to be compressed

  
up to 60% or more of its thickness in the uncompressed state against the membrane supporting the electrode layer by application of pressure from a back wall or a pressure element, it is also capable to return substantially to its initial thickness after the clamping pressure has been released. Thus, by its "elastic memory", it applies a substantially uniform pressure against the membrane supporting the electric layer.

  
  <EMI ID = 8.1>

  
pressure and compensate for irregularities in the surfaces with which it is in contact. The compressible sheet must also allow easy access of the electrolyte to the electrode and easy release of gaseous or liquid electrolysis products from the electrode.

  
The leaf is of open structure and encloses

  
a large free volume and the compressible elastic sheet is electrically conductive, being generally made of a metal resistant to the electrochemical attack of the elect
-trolyte in contact with it which thus distributes the polarity and the current on the whole of the electrode layer. It can be engaged directly with the layers

  
  <EMI ID = 9.1>

  
trice, elastic, compressible, can include an electroconductive screen or grid, flexible in nickel, titanium, niobim or another resistant metal interposed between the sheet or a mat and the membrane.

  
The grid or screen is a thin perforated sheet which easily folds and adapts to all surface irregularities of the electrode surface. This can be a fine grating screen grid or a perforated film. It usually has a finer mesh or pore size than the compressible layer and is less compressible or substantially non-compressible. In either case, an open mesh layer presses against it and is pressed against the membrane with the opposite electrode or counter electrode, or else at least one of its surfaces permeable to gas and electrolyte, pressed against the opposite side of the diaphragm.

   Since the compressible layer and the finer grid, when present, are not linked to the membrane, it is mobile (sliding) along the surface, of the ^ membrane ^ and can therefore marry easily contours

  
membrane and counter electrode.

  
The present invention therefore has for one of its objects to conduct the electrolysis of an alkali metal chloride with an electrolysis cell comprising an electrode in direct contact with a membrane or a diaphragm, said electrode or a part of it being easily compressed, having a high elasticity and being capable of effectively distributing a clamping pressure exerted on the cell in a practically uniform manner over the entire surface of the electrode.

  
A preferred embodiment of the elastic current collector or of the electrode according to the invention is characterized in that it consists of an article of electroconductive metallic wire, flat, with substantially open meshes or in an open network grid composed of a wire fabric resistant to electrolyte and electrolysis products, and that some, or all

  
wires form turns, corrugations, folds or any other corrugated outline whose diameter or amplitude is greater than the thickness of the wire and preferably corresponds to the thickness of the article along at least one direction parallel to the plane of the article. Of course, these folds or corrugations are arranged in the direction through the thickness of the grid.

  
These ripples in the form of folds, turns,

  
waves or the like have lateral parts which are bevelled or curved with respect to the axis normal to the thickness of the pleated fabric in such a way that, when the collector is compressed, the displacement and the pressure are transmitted laterally so as to distribute more uniformly the pressure on the surface of the electrode. Certain coils or wire loops which, due to irregularities in the flatness or parallelism of the surfaces compressing the fabric, may be subjected to a compressive force greater than that acting on neighboring areas, are capable of bending more and discharging the excess by force by transmitting it to

  
  <EMI ID = 10.1>

  
Consequently, the fabric is effective by its action as a pressure equalizer to a significant extent and by preventing the elastic reaction force acting on a single point of contact from exceeding the limit, the membrane being pinched to the extreme or pierced. It is quite obvious that such an aptitude of the elastic collector for self-regulation contributes to ensuring a good uniform distribution of contact over the entire surface of the electrode.

  
A very efficient embodiment advantageously consists of a series of helical cylindrical metal wire spirals, the turns of which are wound mutually with those of the adjacent spiral in an interlaced connection. The spirals have a length substantially corresponding to the height or width of the electrode chamber or at least a length of 10 cm or more and the number of intertwined spirals is sufficient to cover its entire width, and the diameter of the spirals is five to ten times or more that of the spiral thread.

  
According to this preferred arrangement, the actual wire helix represents a very small part of the section of the electrode chamber surrounded by the spiral and this is why the spiral is open on all sides, thus providing a channel: interior for allow the electrolyte to circulate and the gas bubbles to rise along the chamber.

  
However, it is not necessary for the helical cylindrical spirals that they are wound in an intertwined manner with the adjacent spirals as indicated above; they can also consist of simple adjacent metal wire spirals. In this case, the spirals are juxtaposed one beside the other, the respective spirals being simply engaged in an alternating sequence. In this way, a higher density of contact points with the planes can be obtained.

  
  <EMI ID = 11.1>

  
from the end the current counter-collector and the end plate or / of the cell.

  
According to another embodiment, the current collector or distributor consists of an embossed woven mesh or of metallic wire fabric, each single wire forming a series of undulations of an amplitude corresponding to the maximum height of the fold of woven mesh or fabric. Each metal wire thus comes into contact, in an alternative sequence, with the: end plate of the cell which serves as a plate for applying the pressure and the

  
  <EMI ID = 12.1>

  
or the flexible intermediate grid inserted between the electrode layer, or the membrane and the compressible layer. At least part of the mesh extends through the thickness of the fabric and is obliquely open to the electrolyte current.

  
In a variant, two or more woven meshes or fabrics, after having been individually embossed by shaping, can be superimposed on each other to obtain a collector having the desired thickness.

  
The embossing of the metallic mesh or of the fabric gives the collector great compressibility and remarkable elasticity under compression under a load which can be at least 50 to 2,000 g / cm 2 approximately of surface of application of the load, namely the back plate or end plate.

  
After assembly of the cell, the electrode of the invention has a thickness preferably corresponding to the depth of the electrode chamber but the

  
  <EMI ID = 13.1>

  
bigger. In this case, a screen or a pierced grid

  
and substantially rigid or a plate spaced from the surface of the rear wall of the chamber can act as a compression surface against the elastic and compressible mat of the collector. In this case, the space behind the at least relatively rigid grid is open and provides for the electrolyte a channel through which the released gas and the electrolyte can flow. The mat can be compressed to a much smaller thickness and volume. For example, it can be compressed up to around 50 to 90% or even up to a smaller percentage compared to its volume. and to its initial thickness and it is therefore pressed or compressed between the membrane and the conductive bottom plate of the cell by clamping these elements.

   The compressible sheet is movable, that is to say that it is not welded or fixed to the end plate of the cell or to the interposed grid and essentially transmits the current by mechanical contact with it. , appropriately connected to the power source and to the electrode.

  
The mat is movable or slidable relative to the adjacent surfaces of these elements with which it is in contact. When applying the clamping pressure, the loops or coils of wire constituting the elastic mat can deform and slide laterally while uniformly distributing the pressure over the entire surface with which they are in contact. In this way, the mat acts better than individual springs distributed over the surface of the electrode since the springs are fixed and there is no interaction between the pressure points to compensate for surface irregularities of the surfaces. bearing.

  
A large part of the cell clamping pressure is stored elastically by each of the turns or undulations of the metal wires forming the collector

  
current. Since no serious mechanical stress is practically created by the differential elastic deformation of one or more individual turns or undulations of the article with respect to the adjacent turns, the elastic collector of the invention can effectively prevent or avoid drilling or excessive thinning

  
of the membrane in places or in areas subject to more stress during cell assembly. Rather large deviations in the flatness of the current carrying structure of the opposite electrode may thus be

  
7 tolerated as well as differences in parallelism between said structure and the bottom or end plate of the cell or the rear pressure plate.

  
The elastic electrode of the invention is advantageously the cathode and is associated or opposed to an anode which may be of a more rigid type, which means that the electrode can, on the anode side, be supported in a more or less rigid. In cells for the electrolysis of sodium chloride brines, the mat, or the compressible cathode sheet. Is preferably made of a wire of nickel or of nickel alloy or of stainless steel because of the high resistance of these materials to caustic substances and embrittlement by hydrogen. The mat can be coated with a metal or metal oxide

  
platinum group, cobalt or their oxides or any other electrocatalyst to reduce the hydrogen overvoltage.

  
Any other metal capable of retaining its elasticity during use may be used, in particular titanium, optionally coated with a non-passivating layer such as for example a platinum group metal or

  
of its oxide. This is particularly useful when there

  
for use in contact with acid anolytes.

  
As mentioned, an electrode layer made of particles of a platinum group metal or

  
of its oxide from another resistant electrode material may be bonded to the membrane. This layer generally has a thickness of at least about 40 to 150 microns and can be essentially produced as described in U.S. Patent 3,297,484; the layer can be applied on both sides of the diaphragm or the membrane if necessary. Since the layer is substantially continuous, although permeable to gas and electrolyte, it protects the compressible mat and, therefore, most if not all of the electrolysis occurs on the layer, weak electrolysis, for example a release of gas, taking place on the compressed mat in contact with the rear face of the layer.

  
\

  
This is true, especially when the particles in the layer have a hydrogen (or chlorine) surge lower than that of the surface of the mat. In this case, the mat largely serves as a distributor or current collector, distributing the current over the less electrically conductive layer.

  
Conversely, when the compressible mat is in direct contact with the diaphragm or the membrane and even if there is a perforated electrically conductive screen grid or any other perforated conductor between the mat and the diaphragm, the open mesh structure ensures the existence of unobstructed passages for the electrolyte to the rear areas which are spaced from the membrane, including areas which may be on the front, inside and

  
at the back of the compressible fabric. Thus, the open, not fully protected, compressed mat can itself provide an active electrode surface which can represent two or four or more times the total protruding surface in direct contact with the diaphragm.

  
The finding of an increase in the area of a multilayer electrode was suggested in the G.B.
1.268.182 which describes a multilayer cathode comprising

  
outer layers of expanded metal and inner layers of a smaller, thinner mesh which may be woven mesh, the cathode touching a cation exchange membrane with the electrode extending at an angle through the cathode .

  
In accordance with the present invention, it has been found that a lower tension is obtained by using a compressible mat which, due to embossing, wrinkling, waving or any other design, has a large part of the wires or conductors which pass through the thickness of the mat over a distance representing at least part of this thickness. In general, these wires are curved so that when the mat is compressed, they flex elastically to distribute the pressure and these crossed wires communicate substantially the same potential to the wires in the rear part as that existing on the wires in contact with the membrane.

  
When such a mate is compressed against the diaphragm including or excluding any interposed grid screen, a voltage which is less than 5 to 150 millivolts can be obtained with the same current flow rate as that obtained when the mate and its interposed grid screen just touch the diaphragm. This represents a substantial reduction in. consumption in kilowatt-hours per tonne of chlorine released. When the mat is compressed, the parts which are spaced from the membrane approach but remain spaced from the membrane, and the possibility or probability as well as the degree of electrolysis increases, this increase in the surface allowing a greater amount of electrolysis without excessive increase in tension.

  
In addition, an additional advantage is achieved even if there is a weak electrolysis on the rear parts of the mat because it is better polarized against corrosion. For example, when a compressible nickel mat is pressed against a continuous layer of highly conductive electrode particles bonded to the diaphragm, the electrical protection can be so strong that only a weak or even no at all occurs. electrolysis on the mat. In this case, it has been found that the nickel mat tends to corrode, especially when the hydroxide

  
of alkali metal exceeded 15% by weight and that chlorides were present. With an open perforated structure, directly in contact with the diaphragm, a sufficiently open path is provided towards the spaced parts and even towards the rear of the mat so that the exposed surfaces polarize at least negatively or are cathodically protected against corrosion. This even applies to surfaces where there is no evolution of gas or other electrolysis. These advantages are particularly notable for current densities greater than 1,000 amperes per square meter of electrode area, measured by the total area surrounded by the electrode ends.

  
\

  
The elastic mat is preferably compressed to about 80 to 30% of its initial thickness in the uncompressed state under a compression pressure between
50 and 200 g per square centimeter of protruding surface. Even in this compressed state, the elastic mat must be highly porous, since the ratio between the void volume and the apparent volume of the compressed mat expressed as a percentage is advantageously at least 75% (rarely below 50)) and preferably between 85% and

  
96%. This can be calculated by measuring the volume occupied by the mate. In the compressed state to the desired degree and by weighing the mate. Knowing the density of the metal of the mate, its solid volume can be calculated by dividing the volume by the density which gives the volume of the structure of solid mate, and the volume of the voids is then obtained by subtracting this value from the total volume.

  
It has been found that when this ratio becomes excessively low, for example by much too high compression of the elastic mat. below 30% of its thickness in the uncompressed state, the cell voltage begins to increase, probably due to a decrease in the rate of mass transport to surfaces

  
  <EMI ID = 14.1>

  
electrode to allow adequate release of the released gas. A characteristic of typical cell voltages, as a function of degrees of compression and vacuum ratio

  
compressible mat, is shown later in the examples.

  
The diameter of the wire used can vary over a wide range depending on the type of shaping or texturing, but it is small enough to obtain the desired elasticity and deformation characteristics under the assembly pressure of the cell. An assembly pressure corresponding to a load of 50 to 500 g / cm <2> electrode surface is normally necessary to obtain good electrical contact between the electrodes linked to the membrane and the transport structures of \

  
current or respective collectors, although higher pressures up to 2,000 g / cm2 can usually be used.

  
It has been found that, by causing a deformation of the elastic electrode of the invention of approximately 1.5 to 3 mm, which corresponds to a compression of not more than 60% of the thickness of the article in the non-state. compressed under a pressure of about 40 g / mp of projecting surface, one can also obtain a contact pressure with the electrodes included within the limits mentioned above in cells having a high developed surface and deviations from flatness up to 2 mm / m.

  
The diameter of the metal wire is preferably between 0.1 mm or less than 0.7 mm while the thickness of the article in the uncompressed state, i.e. the diameter of the coil or the amplitude of the ripple représente represents 5 or more times the diameter of the wire, preferably in the range of

  
4 to 20 mm. It is therefore clear that the compressible section surrounds a large free volume, namely the proportion of occupied volume which is free and open to the flow of electrolyte and gas. In the embossed fabrics described above which include these compression thread helices, this percentage of free volume is greater than 75% of the total volume occupied by the fabric. This percentage of free volume is rarely less than 25% and should preferably not be less than
50%, because the pressure drop when the gas and the electrolyte flow through such a tissue is negligible.

  
When the use of particulate electrodes or other directly bonded porous electrode layers

  
on the surface of the membrane is not envisaged, the mat or the elastic fabric is in direct contact with the membrane and acts as an electrode. The surprising fact has been found that only a substantially negligible loss of cell voltage is recorded compared to what happens when using porous electrode layers bonded by providing a sufficient density of points of elastic contact between the electrode surface and the membrane.

  
The density of the contact points should be at least 30 points per square centimeter of membrane surface, and preferably about 50 points or more per square centimeter. Conversely, the contact area of the individual contact points should be as small as possible and the ratio of the total contact area to the corresponding membrane area should be less than 0.6 and preferably 0.4.

  
In practice, it has been considered convenient to use a foldable metallic screen-grid with a number of meshes at least equal to 10, preferably greater than 20 and usually between 20 and 200, or a fine mesh of expanded metal. with similar characteristics, sandwiched between the elastically compressed mat and the membrane. The number of stitches is given as an indication of the number of threads for 2.54 cm.

  
It has been proven that under these conditions -, of minimal and dense contact established elastically between the electrode screen grid and the membrane surface, most of the reaction at the electrode takes place at the interface of contact between the electrode and the ion exchange groups contained in the membrane material, most of the ionic conduction taking place in or through the membrane and little or no conduction taking place in the liquid electrolyte

  
in contact with the electrode. For example, the electrolysis of pure bi-distilled water with a resistivity greater than
2,000,000 ohms.cm has been successfully conducted in a cell of this type equipped with a cation exchange membrane. surprisingly low cell voltage.

  
Moreover, when the electrolysis of an alkali metal brine is carried out in the same cell, there is no appreciable change in cell voltage by varying the orientation of the cell from horizontal to vertical, which indicates that the contribution to the cell voltage drop, attributable to the so-called "bubble" effect, is negligible.

   This behavior is in good agreement with a cell with a solid electrolyte comprising particulate electrodes linked to the membrane which contrasts with that of traditional membrane cells equipped with electrodes with coarse perforations either in contact with or slightly spaced from the membrane, in which the effect of bubbles strongly contributes to the voltage of the cell which is normally lower when the perforated electrode giving off gas is kept horizontal below a certain level of electrolyte and is maximum when the electrode is vertical in due to a decrease in the rate of gas evolution and the increasing population of gas bubbles along the electrode, due to accumulation.

  
An explanation for this unexpected behavior is

  
to be partly seen in the fact that the cell behaves almost like a solid electrolyte cell since the major part of the ionic conduction has place in the membrane and also in the fact that the contacts of the extremely small individual contact zones elastically established between the electrode layer in the form of a fine mesh screen grid and the membrane are capable of easily releasing the infinitesimal amount of gas that forms

  
at the contact interface and restore contact immediately once the gas pressure has dissipated. The elastically compressed electrode mat ensures a substantially uniform contact pressure and a uniform and almost total covering of small high density contact points between the electrode surface and the membrane and it acts effectively as a spring for releasing the gas to maintain almost constant contact between the surface of the electrode and the functional ion exchange groups on the surface of the membrane which act as the electrolyte of the cell.

  
The two electrodes of the cell may include an elastic compressible mat and a fine mesh screen grid ensuring a number of contacts greater than at least 30 contact points per square centimeter, made of materials resistant to anolyte and to catholyte. More favorably, an electrode only of the \

  
cell comprises the elastically compressible mat according to the invention associated with the screen grid of fine mesh electrode, while the other electrode of the cell is a substantially rigid perforated structure preferably comprising a fine mesh grid inserted between the rigid coarse structure and the membrane.

  
Various embodiments of the invention have been described below, with reference to the accompanying drawings in which:
Fig. 1 is a photographic reproduction of an embodiment of an elastically typical compressible mat used for the implementation of this invention. Fig. 2 and 3 represent photographic reproductions of two embodiments of the compressible mat usable according to the invention. Fig. 4 is an exploded horizontal section view of a solid electrolyte cell according to the invention, comprising a compressible electrode system in which the compressible part consists of helical spiral wires. Fig. 5 is a view in horizontal section of the assembled cell of FIG. 4. Fig. 6 is an exploded perspective view of another preferred embodiment of the current collector of the cell of FIG. 4.

   Fig. 7 is an exploded perspective view of another preferred embodiment of the current collector of the cell of FIG. 4. Fig. 8 is an exploded sectional view of another preferred embodiment of the electrolyte cell of the invention. Fig. 9 is a horizontal sectional view of the assembled cell of FIG. 8. Fig. 10 is a view in horizontal section of another preferred embodiment of the cell of the invention:
tion. Fig. 11 is a schematic fragmentary vertical section of the cell of FIG. 10. Fig. 12 is a schematic diagram illustrating the circulation system of the electrolyte used in connection with the envisaged cell. Fig. 13 is a graph illustrating the reduction in voltage obtained as a function of the increase in pressure on the electrode and the diaphragm.

  
The compressible electrode or its section shown in fig. 1 is formed by a series of interwoven helical cylindrical spirals made of nickel wire with a diameter of 0.6 mm (or less); their turns being mutually wound one inside the adjacent turns and having a diameter of 15 mm.

  
The example of the structure of fig. 2 comprises substantially helical spirals 2, of an elliptical or flattened section made of a nickel wire with a diameter of 0.5 mm, their turns being wound one inside the adjacent turns and the small

  
axis of the propeller being 8 mm.

  
In the example of structure of FIG. 3, one sees a mesh woven in nickel wire with a diameter of

  
  <EMI ID = 15.1>

  
the depth of the crimping ripple being 5 mm

  
with a peak between the corrugations of 5 mm. The crepe can. be in the form of groups of parallel folds intersecting in a herringbone pattern as shown in fig. 3.

  
In the example of FIG. 4, the cell with a solid electrolyte) which is particularly suitable for the electrolysis of a sodium chloride brine / and comprises one of the current collectors of the invention essentially consists of a terminal plate or d vertical anode end 3 comprising a joint surface 4 all along its perimeter so as to ensure tight contact

  
  <EMI ID = 16.1>

  
Lement interposition of an insulating seal impermeable to liquids (not shown). The anode end plate 3 is also provided with a central zone 6 set back with respect to said seal surface 4 with a surface corresponding to the area of the anode 7 linked to the surface of the membrane. The end plate can be made of steel, its face in contact with the anolyte being plated with titanium

  
or another passivable metal for valve, it can also be made of graphite or of moldable mixtures of graphite and a resinous binder, chemically resistant.

  
The anode collector preferably consists of a screen grid or an expanded sheet 8 of titanium, niobium or another metal for valve, coated with a non-passivable material and resistant to electrolysis such as

  
than noble metals and / or oxides and mixed oxides of platinum group metals. The screen grid or the expanded sheet 8 is welded or more simply rests on the series of ribs or projections 9 made of titanium or of another metal for valve welded to the recessed central zone 6 of

  
the cell end plate so that the plane of

  
the grid is parallel and preferably co-planar with the plane of the seal surface 4 of the end plate.

  
The vertical cathode terminal plate 10 has on its internal face a central recessed area

  
11 relative to the peripheral seal surface

  
12 and said recessed area 11 is substantially planar, that is to say without ribs, and parallel to the planes of the surfaces, sealing. Inside the zone set back from the cathode end plate is placed an elastic compressible current collector 13 according to the invention, preferably made of a nickel alloy.

  
The thickness of the uncompressed elastic manifold

  
of

  
is preferably / 10 to 60% greater than the depth of

  
the central zone set back 11 relative to the plane of the sealing surfaces and, during assembly of the cell, the collector is compressed from 10 to 60% of its initial thickness, thus exerting an elastic reaction,

  
preferably of the order of 80 to 600 g / cm 2 of protruding surface. The cathode end plate 10 can be made of steel or any other material resistant to caustic soda and to hydrogen.

  
The membrane 5 is preferably an ion exchange membrane permselective to cations and impermeable to the fluid, such as, for example, a membrane composed of a polymer film with a thickness of 0.3 mm of a copolymer of, tetrafluoroethylene and perfluorosulfonylethoxyvinyl ether having ion exchange groups such as sulfonic, carboxylic or sulfonamide groups. Because of its thinness, the membrane is relatively flexible and tends to sag, creep or flex unless supported. Such membranes are produced by

  
the firm E.I. du Pont de Nemours under the name Nafion.

  
On the anode face of the membrane is fixed or bonded the anode 7 consisting of a porous layer with a thickness of 20 to 150 microns of particles of electroconductive and electrocatalytic material preferably composed of oxides and mixed oxides of minus one of the platinum group metals. The cathode 14 consisting of a porous layer of particles of a conductive material with a thickness of

  
  <EMI ID = 17.1>

  
preferably killed by graphite and platinum black / in a weight ratio of 1: 1 to 5: 1.

  
The binder used to bind the particles to the surface of the membrane is preferably polytetrafluoroethylene (PTFE) and the electrodes are obtained by sintering a mixture of PTFE and particles of conductive catalytic material to transform the mixture into a porous film, and by pressing the film on the membrane at a temperature high enough to make the bond. This connection is made by assembling a sandwich of electrode sheets with the membrane between them and pressing the assembly to incorporate the electrode particles in the membrane.

  
In general, the membrane has been hydrated by heating to boiling in an aqueous electrolyte such as saline, acid or alkali metal hydroxide solution and therefore it is highly hydrated and contains a considerable amount, 20% by weight or more of water, either combined as a hydrate or simply absorbed. In this case, care should be taken to avoid excessive water loss during the lamination process.

  
Since this stratification is achieved by application of heat as well as pressure on the laminate, the water may tend to evaporate and this can be kept to a minimum by one or more of the following procedures:

  
1) inclusion of the laminate in an impermeable envelope, that is to say between metal sheets pressed or sealed on their edges to maintain a water-saturated atmosphere around the laminate;

  
2) appropriate mold design to quickly return water to the laminate and

  
3) molding in a vapor atmosphere. The electrodes linked to the surfaces of the membrane have a projecting zone corresponding practically to the recessed central zones 6 and 11 of the two end plates.

  
In Figure 5, we see the cell of fig. 4 in the assembled state, the corresponding parts of these two figures bearing the same references. As seen in the drawing, the end plates 3 and 10 have been tightened together, thus compressing the sheet with helical coils or mat 13 against the electrode 14. During the operation of the cell, the anolyte is circulated, consisting of example in a saturated sodium chloride brine, through the anode chamber, more advantageously by sending fresh anolyte through an intake manifold (not shown) in the vicinity of the bottom of the chamber and discharging the anolyte worn through outlet tubing
(not shown) near the upper part of said chamber, at the same time as the chlorine released. The cathode chamber is supplied by

  
water or caustic soda diluted through an intake manifold (not shown) located at the bottom of the chamber while the caustic soda produced is recovered in the form of a concentrated solution through an outlet manifold (not shown) at the upper end of said cathode chamber. The hydrogen released at the cathode can be recovered from the cathode chamber by

  
at the same time as the concentrated caustic solution, or through another outlet tube at the top of the chamber.

  
Since the mesh of the elastic manifold is open, there is little or no resistance to the flow of gas or electrolyte through the compressed manifold. The anodic and cathodic end plates are both suitably connected to an external current source and the current passes through the series of ribs 9 in the direction of the anodic current collector 8, from which it is then distributed in the direction of the anode 7 through the multiplicity of points of contact between the expanded sheet 8 and the anode 7. The ionic conduction takes place essentially through the ion exchange membrane 5, the current being largely transported by the

  
sodium ions migrating through the cationic membrane 5 from the anode 7 to the cathode 14 of the cell. The current collector 13 collects the current from

  
the cathode 14 through the multiplicity of contact points between the nickel wire and the cathode, and then transmits it to the cathode end plate 10, through a plurality of contact points.

  
After assembly of the cell, the current collector 13 in the compressed state which causes a deformation, preferably between 10 and 60% of the initial thickness of the article, that is to say of its turns. or individual undulations, exerts an elastic reaction force against the surface of the cathode 14 and consequently against the retaining surface represented by the anode current collector \

  
8 substantially non-deformable. Such a reaction force maintains the desired pressure at the points of contact between the cathode collector and the anode collector with the cathode 14 and the anode 7 respectively.

  
The absence of mechanical barriers to the differential elastic deformation between the adjacent spirals or the adjacent undulations of the elastic current collector allows it to adapt to slight inevitable differences in flatness or parallelism between the cooperating planes represented. by the anode collector 8 and the

  
surface 11 of the cathode compartment. These slight deviations

  
which normally occur in standardized manufacturing processes can therefore offset each other to a significant extent.

  
In Figs 6 and 7, there is shown schematically partial exploded perspective views of two modes

  
preferred embodiments of the compressible and elastic current collector mate 13 of the cell of FIGS. 4 and 5. For the sake of simplification, only the useful parts are described and designated by the same figures as in FIGS. 4 and 5. The elastic mate compressible of fig. 6 is constituted by a series of helical cylindrical spirals of nickel wire 13 with a diameter of 0.6 mm, the coils of which are preferably wound one inside the other (as can be seen more clearly on the photographic reproduction of Fig. 1) and the diameter of the turns is 10 mm. Between the fabric or the elastic sheet 13 a and the membrane 5 comprising on its surface the cathode layer 14, is disposed a thin perforated sheet 13 b which may advantageously be an expanded sheet of nickel with a thickness of 0.3 mm.

   The perforated sheet 13 is flexible and offers negligible resistance to folding and bending under the effect of the elastic reaction forces exerted by the loops of the sheet 13 a during compression against the membrane.

  
5. In FIG. 7, we see an identical embodiment

  
to that of fig. 6, but in which the elastically compressible fabric or layer 13 a is a corrugated woven material of nickel wire with a diameter of 0.15 mm such as that of the photographic reproduction of the rod 3.

  
In another embodiment of the invention shown in FIG. 8, the cell which is particularly useful for the electrolysis of a sodium chloride brine comprises a compressible electrode or a current collector according to the invention associated with a anodic end plate 3 provided with a seal surface 4 all along its perimeter, so as to establish a sealed contact with the peripheral edges of the diaphragm or of the membrane 5, with the possibility of possibly interposing an insulating peripheral seal impermeable to the liquid (not shown).

   The anode end plate 3 is also provided with a recessed central zone 6 relative to the sealing surface, with a surface extending from a lower zone where the brine is introduced to an upper zone where the spent or partially used brine and the chlorine released are evacuated, said zones being generally in communication by the top and the

  
low. The end plate can be made of steel, its face in contact with the anolyte being coated with titanium

  
or another passivable metal for valve; it can also be made of graphite or of a moldable mixture of graphite and of a chemically resistant resinous binder, or of another anodically resistant material.

  
The anode is preferably constituted by a screen grid or an expanded sheet 8 of titanium, niobium

  
or other metal for valve permeable to gas and electrolyte, coated with a non-passivable and resistant material

  
electrolysis such as noble metals and / or

  
oxides and mixed oxides of metals from the platinum group or another electrocatalytic layer which serves as

  
anodic surface when it is placed on an electroconductive support. The anode is practically rigid and the screen grid is thick enough to transport the electrolysis current from the ribs 9 without excessive ohmic losses. It is even more favorable to use :. a flexible, foldable, fine-mesh screen that can be of the same material as the coarse screen

  
8 and disposed on the surface: of this grid 8 to ensure fine contacts with the membrane with a density of 30 or more, preferably from 60 to 100 points of contact per square centimeter of membrane surface. The fine mesh grid can be spot welded to the coarse grid or can simply be sandwiched between grid 8 and the membrane. The fine mesh grid is coated with noble metals or conductive oxides resistant to the anolyte.

  
The vertical cathode terminal plate 10 has on its internal face a central recessed area

  
  <EMI ID = 18.1>

  
said recessed area 11 is substantially flat, that is to say free from ribs and is parallel to the plane of the sealing surface. The elastically compressible electrode element 13 envisaged by the invention, advantageously made of a nickel alloy, is placed inside the zone set back from the cathode end plate. In

  
the embodiment shown in this figure, the electrode is a wire propeller or a plurality of interlaced propellers and these propellers can come into direct contact with the membrane. However, a screen grid 15 is preferably interposed, as can be seen in the drawing, between the wire propeller and the membrane, so that the propeller and the grid are in sliding engagement, between them as well as with the membrane.

  
The spaces between the adjacent turns of the propeller must be large enough to allow an easy flow or movement of the gas and the electrolyte between the spirals, for example inwards or out of the central areas surrounded by the propeller. . In general, these gaps are sensitive, often three to five times larger than the diameter of the wire. The thickness of the uncompressed helical coil is preferably from 10% to 60% greater than the depth of the recessed central zone 11 relative to the plane of the sealing surfaces. During the assembly of the cell, the coil is compressed by

  
10 to 60% of its initial thickness, thus exerting a

  
elastic reaction force, preferably between

  
80 and 100 g / cn? ' protruding surface.

  
The cathode terminal plate 10 can be made of steel or any other electroconductive material resistant to caustic soda and to hydrogen. The membrane

  
5 is preferably an ion exchange membrane permselective to cations and impermeable to the fluid, as already indicated. The screen grid 15 is advantageously made of wire

  
nickel or any other material capable of withstanding corrosion under cathodic conditions. Although said grid screen has rigidity, it should preferably be flexible and practically non-rigid so that it can easily fold to adapt to irregularities in the cathode surface of the membrane. These irregularities can be found in the surface of the membrane itself,

  
  <EMI ID = 19.1>

  
the more rigid anode on which / carries the membrane. In general, the screen grid is more flexible than the propeller.

  
For many uses, the mesh size of the screen grid must be smaller than the size of the openings between the helix spirals and the grids:

  
  <EMI ID = 20.1>

  
are particularly preferred embodiments of the invention. The interleaved screen grid ^ can fulfill several functions. First, it has an active electrode surface due to its electroconductivity. Secondly, it serves to prevent the propeller having any other compressible electrode element from wearing out locally, penetrating into, or thinning the membrane, and as the compressed electrode presses on the screen grid in a local area, this grid helps distribute pressure throughout

  
the surface of the membrane between the adjacent pressure points and also prevents a deformed spiral section from entering, or wearing out the membrane.

  
During electrolysis, hydrogen and an alkali metal hydroxide are released on the screen grid and generally on part or even all of the propeller. When the helical spirals are compressed, their rear surfaces, i.e. those distant or spaced from the surface of the membrane, approach the screen grid and the membrane and the higher the degree of compression, the higher the average space between the spirals and

  
the membrane is weak and stronger will be the electrolysis or at least the cathodic polarization of the spiral surface. Thus, compression has the effect of increasing the overall effective surface of the cathode.

  
Compression of the electrode has been shown to be effective in reducing the overall voltage required to maintain a current of 1,000 amps per square meter of active membrane area or more. At the same time, compression must be limited so that the compressible electrode remains accessible to the flow of electrolyte and gas. As seen in Figure 9, the spirals remain open to provide vertical central channels through which can rise electrolyte and gas. Furthermore, the spacings between the spirals remain spaced to allow catholyte access to the membrane, and to the sides of the spirals. The spiral wire is generally thin, with a diameter of 0.05 to 0.5 mm. We can admit larger wires but they tend to be more rigid and less compressible; that's why he

  
it is rare that the wire exceeds 1.5 mm.

  
In fig. 9, the cell of FIG. 4

  
in the assembled state, the parts corresponding to the two figures being given the same references. As seen in the drawing, the end plates 3 and 10 were assembled by clamping, thus pressing against the electrode 15 the sheet or mate with helical turns / During the operation of the cell, the anolyte consisting for example of brine of saturated sodium chloride, circulates through the anode chamber, very advantageously bringing fresh anolyte to \

  
through an inlet pipe (not shown) in the vicinity of the bottom of the chamber and discharging the spent anolyte through an outlet pipe (not = shown) in the vicinity of the top of said chamber, at the same time as the chlorine released.

  
The cathode chamber is supplied with water or diluted aqueous alkali through an intake manifold

  
(not shown) at the bottom of the chamber, the alkali produced being recovered in the form of a concentrated solution through an outlet tube (not shown) at the upper end of said cathode chamber. The hydrogen released at the cathode can be recovered from the cathode chamber, either with the concentrated caustic solution, or

  
through another outlet tube at the top of the chamber :. bre.

  
The anodic and cathodic end plates are both suitably connected to an external current source and the current passes through the series of ribs 9 towards the anode 8. The ionic conduction takes place essentially through the ion exchange membrane 5 ,

  
the current being largely transported by the sodium ions migrating through the cationic membrane 5 from the anode 8 towards the cathode 14 of the cell. The electrodes provide a plurality of contact points on the membrane, the current ultimately flowing to the end plate of the cathode 10 through a plurality of contact points.

  
After assembly of the cell, the collector

  
of current 13. in its compressed state which causes a deformation, preferably between 10 and 60% of the initial thickness of the article, i.e. individual turns or plies, exerts an elastic reaction force against

  
the surface of the cathode 14 and therefore against the retaining surface represented by the anode or the anode current collector 8 relatively more rigid and substantially non-deformable. Such a reaction force maintains the desired pressure on the contact points between the cathode and the membrane as well as on the screen grid part and the helical part of the cathode 14.

  
Since the helical spirals and the screen grid can be slid relative to each other and to the membrane as well as to the rear wall, the absence of mechanical barriers to differential elastic deformation between the spirals adjacent or the adjacent folds of the elastic electrode allows these to compensate laterally for the slight inevitable deviations in flatness or parallelism between the cooperating planes represented by the anode 8 and the bearing surface

  
11 of the cathode compartment. Such slight deviations which normally occur in common manufacturing processes are therefore largely corrected.

  
The advantages of the elastic electrode of the invention are fully realized and appreciated in industrial electrolysers of the filter press type which include a large number of elementary cells assembled by clamping in a series arrangement so as to form modules of a high production capacity. In this case, the end plates of the intermediate cells are represented by the surfaces of the bipolar separators carrying the anode and cathode current collector on each respective face. Consequently, the bipolar separators, in addition to acting as walls, of delimitation for the respective electrode chambers, electrically connect the anode of a cell to the cathode

  
of the adjacent cell in the series.

  
Due to their high deformability, the elastic compressible electrodes of the invention ensure a more uniform distribution of the clamping pressure of the filter press module on each individual cell, this is particularly true when the opposite face of each membrane is rigidly supported

  
by a relatively rigid anode 8. In such cells in series, it is recommended to use elastic seals on the sealing surfaces of the individual cells - to avoid limiting the elasticity of the compressed press filter module to the elasticity of the membranes. One can thus derive a greater advantage from the elastic deformation properties of the elastic collectors inside each cell of the series.

  
In the variant shown schematically in FIG. 10, a fabric crimped with interlaced wires is used as the compressible element of the electrode in place of the helical spirals, and a channel for additional electrolyte is provided for the circulation of the electrolyte. As can be seen, the cell comprises an anode end plate 103 and a cathode end plate 110, both mounted in a vertical plane, each end plate in the form of a channel comprising side walls which delimit an anode space 106 and a cathode space
111. Each end plate also has a sealing surface or peripheral seal on a side wall projecting from the plane of the respective end plate, 104 being the sealing surface of the anode.

  
and 112 the sealing surface of the cathode. These surfaces are supported by a membrane or diaphragm 105 which extends

  
through the space enclosed between the side walls.

  
The anode 108 comprises a relatively rigid incompressible sheet of expanded metallic titanium or any other perforated anodically resistant substrate with preferably-a non-passivable coating-such as a metal,

  
an oxide or mixed oxide of a platinum group metal. This sheet is sized to fit the side walls of the anode plate and is supported

  
rather rigidly by spaced ribs of electrically conductive metal or graphite 109 which are fixed to the

  
and protrude from the fabric or base of the anode end plate 103. The spaces between the ribs ensure an easy flow of the anolyte which is brought from below and is evacuated at the top of these spaces. The entire end plate and the ribs can be made of graphite and, alternatively, they can be made of steel

  
  <EMI ID = 21.1>

  
plated with titanium or another suitable material. The ends of the ribs bearing on the anode sheet

  
108 may or may not be coated, for example with platinum, to improve electrical contact and the anode sheet 108 may also be welded to the ribs 109. The rigid perforated anode sheet 108 is held securely in the vertical position. This sheet may be made of expanded metal having orifices inclined upwards away from the membrane (see FIG. 11) to deflect the ascending gas bubbles towards space 105.

  
It is even more preferable to have, between the rigid perforated sheet 108 and the membrane 105, a flexible screen mesh with fine mesh 108 a, made of titanium or another metal for valve, coated with a non-passivable layer which is advantageously a noble metal or conductive oxides having a low overvoltage for the reaction

  
example

  
anodic (by '/ release of chlorine). The fine mesh screen grille 108 a provides the membrane with an extremely low surface contact density, greater than at least
30 contacts per square centimeter. It may or may not be spot welded to the coarse screen grid 108 ...

  
On the cathode side, ribs 120 extend outward from the base of the cathode end plate 110 at a distance which is a fraction of the total depth of the cathode space 111. These ribs are spaced along the cell to provide parallel spaces for the flow of electrolyte. As in the abovementioned embodiments, the cathode end plate and the ribs can be made of steel, a nickel-iron alloy or any other cathodically resistant material. On the conductive ribs 120 is welded a relative pressure plate =. rigid ment 122 which is perforated and which allows easy circulation of the electrolyte from one face to the other.

   Generally, these orifices or flaps are inclined upward away from the membrane or from the compressible electrode in the direction of the space 111. (see also fig. 11). The pressure plate is electrically conductive, used to communicate polarity to the electrode and to apply pressure there; it can be made of expanded metal

  
or be made up of a thick screen grid made of steel, nickel, copper or their alloys.

  
A relatively fine flexible screen grille 114 rests on the cathode face of the active surface of the diaphragm 105, because of its flexibility and its relative thickness, it follows the contours of the diaphragm and consequently those of the anode 108. This screen grid largely serves as a cathode; it is therefore electrically conductive, for example a screen grid made of nickel wire or another cathodically resistant wire, and can have a surface with low hydrogen overvoltage. The screen grid preferably provides an extremely low surface contact density with the membrane, and greater than at least 30 contacts per square centimeter. A compressible mat 113 is placed between the cathode screen grid 114 and the cathode pressure plate 122.

  
  <EMI ID = 22.1> creped or pleated mesh fabric, is advantageously made of open mesh woven wire of the type shown in fig. 3 where the strands of yarn are woven into a relatively flat fabric with interwoven loops. This fabric is then creped or pleated in a wavy shape, the corrugations being close to each other, for example spaced 0.3 to 2 cm and the total thickness of the compressible fabric being

  
  <EMI ID = 23.1>

  
herringbone as shown in fig. 3 and the mesh of the fabric is coarser, that is to say that it has a larger pore dimension than that of screen grids
114.

  
We see in fig. 10, that this corrugated fabric 113 is placed in the space between the finer mesh screen grille 114 and the more rigid pressure plate of expanded metal 122. The corrugations extend through

  
this space and the vacuum ratio of the compressed tissue is preferably greater than 75%, preferably between 85 and 96% of the apparent volume occupied by the tissue. As shown, the waves or waves extend in a vertical or inclined direction so as to provide channels for the free upward flow of the gas and the electrolyte, said channels not being obstructed by the fabric thread. This is true even when the ripples extend across the cell from one side to the other, since

  
the mesh openings in the walls of the corrugations allow free flow of fluids.

  
As described with regard to other embodiments, the end plates 110 and 103 are clamped together and are supported on the membrane 105 or on a seal protecting the membrane from the external atmosphere and disposed between the end walls. Clamping pressure compresses the fabric

  
  <EMI ID = 24.1>

  
In turn, press the membrane against the opposite anode 108a and this compression appears to allow a lower total tension. We did a test where the fabric

  
  <EMI ID = 25.1>

  
found that a current density of 3,000 amperes per square meter of protruding electrode surface and a voltage reduction of about 150 millivolts were obtained by compressing the compressible sheet to a

  
  <EMI ID = 26.1>

  
that observed for the same current density at zero compression.

  
Between zero compression and compression up to 4 mm, a comparable voltage drop from 5 to 150 millivolts was observed. The cell tension remained practically constant until a compression of approximately

  
2 mm and then started to increase slightly when the compression reached below 2 mm, i.e. about 30% of the initial thickness of the fabric. This represents a substantial energy saving which can be

  
5% or more for a brine electrolysis process.

  
In the implementation of this embodiment, an aqueous solution of sodium chloride substantially \

  
saturated is sent to the bottom or bottom of the cell and flows upward through channels or spaces
105 between the ribs 109, and the depleted brine and the chloride released escape from the top of the cell.

  
Diluted water or sodium hydroxide is sent to the bottom of the cathode chambers and rises through the channels 111 as well as through the voids of the compressed mesh sheet 113, the hydrogen released and l 'alkali

  
being withdrawn at the head of the cell '. Electrolysis is caused by applying a direct current electric potential between the anode and cathode end plates.

  
In FIG. 11 "a partial view in vertical section is shown showing the flow diagrams of this cell in which at least the upper orifices of the pressure plate 122 are bevelled so as to provide an inclined outlet oriented upwards in moving away from the compressed tissue 113, part of the hydrogen released and / or the electrolyte thus escaping towards the rear electrolyte chamber 111 (fig. 10). This is why, the vertical spaces at the back of pressure plate
122 and the space occupied by the compressed mesh 113 are provided for the upward flow of the catholyte and the gas.

  
By using two such chambers, it is possible to reduce the interval between the pressure plate
122 and the membrane and to increase the compression of the sheet 113, while still leaving the sheet open to the flow of fluid, which serves to increase the total effective area of the active parts of the cathode.

  
In Figure 12, there is shown schematically the mode of operation of the cell considered here.

  
As can be seen, a vertical cell 20 of the type shown in section in FIGS. 5, 9 or 10, is provided with an anolyte inlet pipe 22 which penetrates into the bottom of the anolyte chamber (anode area) of the cell, and a

  
  <EMI ID = 27.1>

  
upper part of the anode zone. Likewise, the catholyte inlet pipe 26 opens out at the bottom of the chamber \

  
catholyte of cell 20 and the cathode zone has an outlet tube 28 located at the top of the cathode zone. The anode zone is separated from the cathode zone by a membrane 5 which. has a pressed anode 8

  
on the anode face and a cathode 14 pressed against the

  
cathodic side. The membrane electrode is in a vertical position and its height is generally between 0.4 and 1 meter or more.

  
The anode chamber or zone is linked to the membrane with the anode on one side and the end wall of the anode
(see fig. 5, 9 or 10) on the other side, while the cathode surface is linked to the membrane, the cathode being on one side and the end wall of the vertical cathode on the other side. During operation of the system, the supply of aqueous brine takes place from a supply tank 30 in the pipe 22, through a pipe, fitted with a valve 32, which goes from the tank

  
30 to line 22; a recycling or recirculation tank 34 is provided for pouring brine from the lower part through the pipe 5. The brine concentration of the solution entering the bottom of the anode zone is adjusted so as to be at least close to saturation, by proportioning the relative flows through line 32. and the brine entering the bottom of the anode zone flows upwards and in contact with the anode. Consequently, chlorine is released and rises with the anolyte and the two are evacuated through line 24 to tank 34. The chlorine is then separated and escapes as shown through an orifice

  
outlet 36. and brine is collected in the tank

  
34 and recycled. Part of this brine is removed as spent or depleted brine through the overflow line 40 and is sent to a source of solid alkali metal halide for resaturation and purification.

  
The alkaline earth metal as the halide or other compounds is kept low, well below one part per million parts of the alkali metal halide and frequently as low as 50 to 100 parts alkaline earth metal per trillion parts by weight of alkali halide.

  
On the face of the cathode, water is brought

  
to line 26 from a reservoir or other source 42 through line 44 which pours into recycling line 26 where it is mixed with recycled alkali metal hydroxide (NaOH) from line 26 from the recycling tank. The water-alkali metal hydroxide mixture enters the

  
bottom of the cathode zone and goes up towards the top through the compressed mat, gas permeable (fig. 5,9 or 10) or current collector. During its journey,

  
it comes into contact with the cathode and it forms hydrogen gas as well as metal hydroxide

  
alkaline. The catholyte liquor pours out through the canali-

  
  <EMI ID = 28.1>

  
to port 48. The alkali metal hydroxide solution

  
is drawn off through line 50 and the water supplied through line 44 is adjusted so as to maintain the concentration of NaOH or any other alkali at the desired level. This concentration can be as low as 5 or 10% by weight of alkali metal hydroxide, but this concentration is usually greater than about 15%, preferably between
15 and 40% by weight.

  
Since gas is released at both electrodes, it is possible and in fact advantageous to draw-

  
take advantage of the ascension properties of the gases released, which is obtained by operating the cell in the submerged state and by keeping the chambers with anodic and cathodic electrolyte relatively narrow, for example at a

  
width from 0.5 to 8 cm. Under these conditions, the gas released rises rapidly, entraining electrolyte and the

  
electrolyte sludge as well as the gas are discharged through

  
  <EMI ID = 29.1>

  
this circulation can be supplemented by pumps if necessary.

  
Woven metal material suitable as a collection

  
current generator according to the invention is manufactured by KNITMESH Limited, an English company with an office in

  
  <EMI ID = 30.1>

  
can use larger or finer yarns, and these yarns are woven to provide about 2.5 to

  
20 points for 2.54 cm (1 to 4 points per cm), preferably about 8 to 20 opening points for 2.54 cm (2 to 4 openings per cm). It is obvious that large variations are possible: this is how we can use a wavy screen grid with a fineness of about 5 to 100 meshes.

  
Intertwined, intertwined, or woven metal sheets are crimped to provide a repetitive wave-like outline, or are loosely woven or otherwise arranged, to give the fabric a thickness that is 5 to 100 times or the larger the diameter of the wire so that the sheet is compressible. However, since the structure is intertwined and movement is limited by the structure, the elasticity of the fabric is retained. This is especially true when it is crimped or wavy in a spaced wave arrangement as in a herringbone pattern. Several layers of this woven material can be superimposed if necessary.

  
When using the helical structure

  
of fig. 3, the wire propellers will be elastically compressible. The diameter of the wire and the diameter of the propellers are

  
  <EMI ID = 31.1>

  
required. The diameter of the propeller is generally 10 times where more the diameter of the wire in its uncompressed state. For example, a nickel wire with a diameter of 0.6 mm wound in helices of about 10 mm. In diameter has been used satisfactorily.

  
Nickel wire is suitable when the wire is cathode as described and as shown in the drawings. We can however use any other metal capa &#65533;

  
ble to resist cathode attack or corrosion by electrolyte or embrittlement by hydrogen and among these are stainless steel, copper, copper coated with silver and the like.

  
Although in the embodiments described above the compressible collector: is represented as being cathodic, it is quite obvious that the polarity of the cells can be reversed so that the compressible collector is anodic. It goes without saying that in this case the electrode wire must resist chlorine and attack
- anodic and, that the wires can be made of a valve metal such as titanium or niobium, preferably coated with a non-passivating electrically conductive layer resistant to anodic attack, such as a metal or a <EMI ID = 32.1>

  
perovskite, etc ...

  
In some cases, the application of the compressible element on the anode side or side may pose a problem because the arrival of a halide-based electrolyte on the electrode-membrane interface may be limited.

  
When the anode areas are not sufficiently accessible to the anolyte flowing through the cell, the concentration of halide may become reduced in local areas due to electrolysis and, when it is too reduced, there is a tendency to release oxygen rather than halogen as a result of the electrolysis of water. This is avoided by maintaining the surfaces

  
electrode-membrane contact points at a low value, that is to say rarely at a width greater than

  
1 mm and often less than 1/2 mm and can also be effectively avoided by maintaining a screen grid

  
a relatively fine mesh, (ten mesh or more)

  
between the compressible mat and the surface of the membrane.

  
Although these problems are also important -: = -. tants on the cathode, one encounters less difficulties since the cathodic reaction consists in a release of hydrogen and there is no secondary reaction because \

  
products are formed even if the contact points are

  
relatively large because water

  
and the alkali metal ion migrate through the membrane

  
so that, even if the cathode has some restrictions, there is less likelihood of secondary product formation. Therefore, it is advantageous to apply the compressible mat on the cathode face.

  
In the following examples, several preferred embodiments have been described which do not limit the implementation of the invention.

  
EXAMPLE 1

  
A first upright cell (A) was constructed according to the schematic representation of FIGS. 10 and 11. The dimensions of the electrodes were 500 mm for the

  
  <EMI ID = 33.1>

  
cathode 110, the cathode ribs 120 and the perforated cathode pressure plate 122 were made of steel galvanically coated with a layer of nickel. The perforated pressure plate was obtained by incising a steel plate 1.5 mm thick so as to form diamond-shaped openings whose main dimensions are 12 and 6 mm. The anode end plate 103 was made of titanium plated steel and the anode ribs 109 were made of titanium.

  
The anode consisted of an expanded screen grid made of coarse and substantially rigid titanium 108 obtained by incision of a titanium plate 1.5 mm thick by forming diamond-shaped orifices with the main dimensions of 10 and 5 mm. and by a screen mesh with fine mesh 108 a of titanium obtained-by incision of a titanium sheet of 0.20 mm thick by forming lozenge orifices whose main dimensions were 1.75 and 3 mm, welded by points on the internal surface of the coarse grid. The two grids were coated with a layer of mixed ruthenium and titanium oxides corresponding to a load of 12 g of ruthenium
(in the form of metal) per square meter of projecting surface.

  
The cathode consisted of three layers of crimped nickel fabric forming the elastic mat 113 and

  
the material was woven with nickel wire with a diameter of 0.15 mm. The crepe had a herringbone pattern, the amplitude of which was 4.5 mm and the distance between neighboring ridges of 5 mm. After prior compaction of the three layers of crepe fabric produced by superposition of the layers and application of a moderate pressure of the order of 100 to 200 g / cm 2 the mat had an uncompressed thickness of approximately 5.6 mm . In other words, the mat covered elastically, after release of the pressure, a thickness of approximately

  
5.6 mm. The cathode also contained a nickel screen screen 114 to 20 mesh formed of a nickel wire with a diameter of 0.15 mm, the grid provided about 74 points of contact per square centimeter with the surface of the membrane.
105, which was verified by printing on a sheet of pressure-sensitive paper. The membrane was a hydrated film 0.6 mm thick, of a Nafion 315 cation exchange membrane manufactured by Du Pont de Nemours, namely a type of membrane based on perfluorocarbon sulfonic acid.

  
A control test cell (B) of the same size was constructed and the electrodes were formed

  
according to normal industrial practice, the two coarse and rigid screen grids 108 and 122 described above resting directly on the opposite surfaces of the membrane 105 without the intervention of the fine mesh grids
108 a and 114 and without being uniformly compressed and

  
elastic against the membrane (see compressible mat 113). The test circuits were identical to those

  
of figure 8.

  
The operating conditions were as follows:

  

  <EMI ID = 34.1>
 

  

  <EMI ID = 35.1>


  
Test cell A has been put into service and the elastic mat has been compressed in an increasing manner to bring the operating characteristics of the cell, namely the cell voltage, the current efficiency, in accordance with the degree compression. In fig. 13, curve 1 shows the relationship between the cell voltage and the degree of compression or the corresponding pressure applied. It is observed that the cell tension decreased with increasing compression of the elastic mat to a thickness corresponding to approximately 30% of the initial uncompressed thickness of the mat. Beyond this degree of compression, the cell tension tended to rise slightly.

  
By reducing the degree of compression to a thickness of the mat of 3 mm, the operation of cell A, compared to that of control cell B operating in parallel has given the following results:

  

  <EMI ID = 36.1>


  
To evaluate the contribution of the bubble effect on the tensior of the cell, the cells were rotated

  
o

  
  <EMI ID = 37.1>

  
wedge, the anode remaining horizontal at the top of the membrane. The operating characteristics of the cells were as follows.

  

  <EMI ID = 38.1>


  
(x) The cell voltage started to rise slightly

  
and stabilized at around 3.6 V.

  
(xx) The cell voltage rose suddenly

  
well above 12 V and the electrolysis was therefore interrupted.

These results are interpreted as follows:

  
a) by rotating the cells from vertical to horizontal, the contribution of the bubble effect to the cell tension decreases in cell B, while the relative insensitivity of cell A is apparently due to a significantly negligible bubble effect which would partly explain the much lower cell voltage of cell A compared to cell B. b) Once the horizontal position is reached, the hydrogen gas begins to form a pocket under the membrane and tends to increasingly isolate the active surface of the grid cathode-ray screen from the ion current conduction at <EMI ID = 39.1>

  
same effect is significantly weaker in the test cell. A..This can only be explained by the fact that the main fraction of the ionic conduction is limited within the thickness of the membrane and that the cathode provides sufficient

  
&#65533;

  
enough points of contact with the ion exchange groups on the surface of the membrane to effectively maintain the electrolysis current.

  
It has been found that by increasing the density and the fineness of the points of contact between the electrodes and the membrane by increasing the replacement of fine mesh grids 108 a and 114 by increasingly coarse grids, the behavior of the test cell A is getting closer and closer to that of the control cell B. Moreover, the elastically compressible cathode layer 113 ensures covering of the surface of the membrane by the fine contact points distributed in such a way more than 90% dense and more often more than 98% of the total surface, even in the presence of large deviations in flatness and parallelism of the compression plates 108 and 122.

Example 2

  
For comparison, the test cell A was opened and the membrane 105 replaced by an identical membrane comprising a bonded anode and a bonded cathode.

  
  <EMI ID = 40.1>

  
particles of mixed ruthenium and titanium oxides with a Ru / Ti ratio of 45/55, bound to the surface of the membrane by means of polytetrafluoroethylene. Cathode

  
  <EMI ID = 41.1>

  
platinum black and graphite in a weight ratio

  
1/1 bonded by polytetrafluoroethylene to the opposite surface of the membrane.

  
The cell was operated under conditions exactly the same as. those of Example 1 and is shown by curve 2 of the diagram in FIG. 13, the relationship between the cell voltage and the degree of compression of the cathode current collector layer
-elastic 113. It is significant that the cell voltage of this really solid electrolyte cell is only about 100 to 200 mV lower than that of test cell A under the same operating conditions.

Example 3

  
To verify the unexpected results, the test cell A was modified by replacing all the anodic structures in titanium by comparable structures in steel coated with nickel (anodic end plate 103 and anodic ribs 109) and in pure nickel (grid coarse 108 and fine mesh grid 108 a). The membrane used was a 0.3 mm thick Nafion 120 cation exchange membrane manufactured by Du Pont de Nemours.

  
In the two anode and cathode compartments, pure bi-distilled water having a resistivity of more than 200,000 ohms.cm was circulated. An increasing potential difference was applied to the two end plates of the cell and an electrolysis current started to pass, oxygen being released at the 108 a nickel grid anode, and hydrogen being released to the nickel grid cathode 114. After a few hours of operation, the following voltage-current characteristics were observed:

  

  <EMI ID = 42.1>


  
Since the conductivity of the electrolytes is insignificant, the cell has been found to function as a <EMI ID = 43.1>

  
By replacing the fine mesh electrode grids 108 a and 114 with coarser grids, thereby reducing the density of the contacts between the electrodes and

  
  <EMI ID = 44.1>

  
a considerable increase in cell voltage was observed as indicated below:

  

  <EMI ID = 45.1>


  
As will be obvious to those skilled in the art, it is possible to increase the density of the contact points between the electrodes and the membrane by various expedients. For example, you can spray on the electrode grid

  
fine mesh of metal particles by deposition at

  
plasma jet or the metallic wire forming the surface in contact with the membrane can be made coarser by a controlled chemical attack to increase the density of the contact points. However, the structure

  
must be sufficiently elastic to ensure a uniform distribution of the contacts over the entire surface of the membrane after the elastic reaction pressure exerted by the flexible mat on the electrodes is uniformly distributed over all the contact points.

  
The electrical contact at the interface between the electrodes and the membrane can be improved by increasing the density of the ion exchange functional groups or by reducing the equivalent weight of the copolymer on the surface of the membrane in contact with the

  
elastic mat, the interposed grid or the particulate electrode. In this way, the exchange properties

  
of the diaphragm matrix remain unchanged and it

  
It is possible to increase the density of the contact points of the electrodes with the ion transport sites towards the membrane. For example, the membrane can be formed by laminating or laminating one or two thin films, having a thickness of 0.05 to 0.15 mm, of copolymer having an equivalent low weight on the surface (s) of a thinner film. , of the order of 0.15 to 0.6 mm, of a copolymer having a higher equivalent weight or a weight capable of optimizing the ohmic drop and the selectivity of the membrane.

  
Various other process modifications and

  
of the apparatus of the invention can be made without departing from its spirit.

CLAIMS

  
1.- Improved electrolysis cell of the diaphragm type comprising at least one set of an anode and a cathode separated by a diaphragm, characterized in that at least one of the anode and the cathode is an electrode structure comprising a flat coarse metal wire fabric and a fine metal wire fabric having an electrocatalytic surface and comprising at least 4 strands or meshes per cm arranged above
- top of the fabric - of coarse metal wire and in electrical contact with it, the fabric of fine metal wire directly facing the diaphragm.


    

Claims (1)

2.- Cellule suivant la revendication 1, caractérisée en . ce - que- le= tissu de fil métallique grossier plan---est plus épais et plus rigide que le tissu de fil métallique fin. 2.- cell according to claim 1, characterized in. this - the = flat coarse wire fabric --- is thicker and stiffer than the thin wire fabric. 3.- Cellule suivant la revendication 1, caracté- <EMI ID=46.1> 3.- Cell according to claim 1, character- <EMI ID = 46.1> filet de fil métallique ou un métal déployé. wire mesh or expanded metal. 4.- Cellule suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les tissus de fil métallique sont faits de titane,-de niobium, de tantale, de fer, d'alliage de fer, d'acier inoxydable, de cuivre ou de nickel. 4.- cell according to claim 1, characterized in that the metal wire fabrics are made of titanium, -nobium, tantalum, iron, iron alloy, stainless steel, copper or nickel. 5.- Cellule suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le tissu de fil métallique grossier est connecté électriquement à un dispositif de support qui alimente la structure d'électrode en électricité. 5. A cell according to claim 1, characterized in that the coarse wire fabric is electrically connected to a support device which supplies electricity to the electrode structure. 6.- Cellule suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la structure d'électrode est l'anode de la cellule et les tissus de fil métallique sont faits de titane. 6. A cell according to claim 1, characterized in that the electrode structure is the anode of the cell and the metal wire fabrics are made of titanium. 7.- Cellule suivant la revendication 6, caractérisée en ce que la toile de fil de titane fin est revêtue de métaux nobles ou d'oxydes catalytiquement conducteurs résistants à l'anolyte et ayant une faible surtension pour la réaction anodique. 7.- Cell according to claim 6, characterized in that the fine titanium wire fabric is coated with noble metals or catalytically conductive oxides resistant to the anolyte and having a low overvoltage for the anodic reaction. 8.- Cellule suivant la revendication 6, caractérisée en ce que la toile de fil de titane fin est revêtue d'oxydes mixtes au moins de titane et de ruthénium. 8. A cell according to claim 6, characterized in that the fine titanium wire fabric is coated with mixed oxides at least of titanium and ruthenium. 9.- Cellule suivant la revendication 7, caractérisée en ce que la toile de fil de titane fin est soudée par points à la toile de fil de titane grossier. 9. A cell according to claim 7, characterized in that the fabric of fine titanium wire is spot welded to the fabric of coarse titanium wire. 10.- Structure d'anode foraminée pour cellules d'électrolyse, caractérisée en ce qu'elle consiste essentiellement en un tissu de- fil fin d'un métal dont l'oxyde est semi-conducteur, revêtu d'une matière électrocatalytique et comprenant au moins 4 brins ou mailles par cm disposés au-dessus d'un tissu plan de fil grossier d'un métal dont l'oxyde est semi-conducteur, qui est sensiblement plus gros et plus rigide que le tissu de fil métallique fin revêtu et en contact électrique avec celui-ci, le tissu de fil métallique grossier plus rigide étant connecté mécaniquement et électriquement à un-dis--positif de support qui alimente l'anode en courant. 10.- Structure of foraminated anode for electrolysis cells, characterized in that it essentially consists of a thin wire fabric of a metal whose oxide is semiconductor, coated with an electrocatalytic material and comprising at least 4 strands or meshes per cm disposed above a flat fabric of coarse wire of a metal of which the oxide is semiconductor, which is substantially larger and more rigid than the fabric of coated fine metal wire and in electrical contact therewith, the more rigid coarse metal wire fabric being mechanically and electrically connected to a support device which supplies the anode with current. 11.- Structure d'électrode suivant la revendication 10, caractérisée en ce que le tissu de fil métallique fin revêtu est soudé par points sur le tissu foraminé de fil métallique plus grossier. 11.- electrode structure according to claim 10, characterized in that the coated fine metal wire fabric is spot welded on the coarser metal wire fabric. 12.- Structure d'électrode suivant la revendication 10, caractérisée en ce que le tissu foraminé de 12.- electrode structure according to claim 10, characterized in that the foraminous tissue of fil métallique plus grossier est une toile de fil métallique ou un métal déployé. coarser wire is a wire mesh or expanded metal. 13.- Structure d'électrode suivant la revendication 10, caractérisée en ce que le tissu de fil métallique fin revêtu et le tissu foraminé de fil métallique plus grossier sont faits tous deux de titane. 13.- electrode structure according to claim 10, characterized in that the coated fine metal wire fabric and the coarser metal wire fabric are both made of titanium. 14.- Structure d'électrode suivant la revendication 10, caractérisée en ce que le tissu de fil métallique fin est revêtu de métal noble ou d'oxydes conducteurs résistants à l'anolyte. 14.- electrode structure according to claim 10, characterized in that the fine metal wire fabric is coated with noble metal or conductive oxides resistant to the anolyte.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5290410A (en) * 1991-09-19 1994-03-01 Permascand Ab Electrode and its use in chlor-alkali electrolysis

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