BR112022005286B1

BR112022005286B1 - Estrutura empilhada que inclui eletrodos

Info

Publication number: BR112022005286B1
Application number: BR112022005286-3A
Authority: BR
Inventors: Hideo Otsu; Kota KUROKI
Original assignee: De Nora Permelec Ltd
Priority date: 2019-09-25
Filing date: 2019-09-25
Publication date: 2023-03-14
Also published as: US11718922B2; CA3152212C; US20220416262A1; CN114502776A; TW202113159A; AU2019468159B2; BR112022005286A2; AU2019468159A1; EP4036277A4; MY193749A; JPWO2021059379A1; CA3152212A1; JP6783418B1; WO2021059379A1; EP4036277A1

Abstract

ESTRUTURA EMPILHADA QUE INCLUI ELETRODOS. [Problema] Fornecer uma estrutura empilhada que inclui eletrodos que pode impedir eficazmente o desalinhamento entre unidades. [Solução] Uma estrutura empilhada 2 que inclui eletrodos 232, 332, 412, 233, 333, 422, em que múltiplas unidades 23, 33, 24, 41, 42 que incluem unidades planas são empilhadas e fixadas por fixadores 25, em que as respectivas unidades 23, 33, 24, 41, 42 compreendem porções de fixação em formato de quadro 237a, 237b, 337a, 337b, 247a, 247b, 417a, 417b, 427a, 427b em porções periféricas externas em ambas as superfícies das mesmas, que são empilhadas pelas superfícies das respectivas porções de fixação 237a, 237b, 337a, 337b, 247a, 247b, 417a, 417b, 427a, 427b que são pressionadas umas contra as outras e que são formadas de modo que a largura de porções de fixação 247a, 247b, 337a, 337b, 427a, 427b em uma unidade seja diferente da largura de porções de fixação 237a, 237b, 417a, 417b na outra unidade.

Description

CAMPO DA TÉCNICA

[001] A presente invenção refere-se a uma estrutura empilhada que inclui eletrodos.

ANTECEDENTES

[002] A fim de construir células eletrolíticas para eletrólise, baterias de fluxo redox e semelhantes, são usadas estruturas empilhadas nas quais múltiplas unidades que incluem eletrodos são empilhadas e espaçadas entre as unidades que são preenchidas com uma solução.

[003] O Documento de Patente 1 revela um aparelho para eletrólise em uma solução. É descrita uma estrutura empilhada na qual múltiplos elementos bipolares são conectados por hastes.

[004] O Documento de Patente 2 revela uma bateria de fluxo redox na qual múltiplas células de bateria que incluem anodos e catodos são empilhadas. O dito documento descreve que as múltiplas células de bateria são dispostas entre duas placas de extremidade, e o estado empilhado é mantido por meio de porcas e parafusos.

LISTAGEM DE CITAÇÕES LITERATURA DE PATENTE

[005] Documento de patente 1: US 4758322 B

[006] Documento de patente 2: WO 2018/092215 A1

[007] Documento de patente 3: JP H9-49096 A

SUMÁRIO DA INVENÇÃO PROBLEMA DA TÉCNICA

[008] Como descrito nos Documentos de Patente 1 e 2, a fim de construir estruturas empilhadas compostas de múltiplas unidades, são usados os componentes (fixadores) para pressionar fisicamente as unidades umas contra as outras, como hastes ou porcas e parafusos. As múltiplas unidades que são empilhadas não ligadas por meio de um adesivo ou soldagem, e são mantidas pelas forças de atrito entre as unidades. Desse modo, tais mecanismos de retenção sempre possuem o risco das unidades se tornarem desalinhadas. Adicionalmente, quando uma célula eletrolítica de três câmaras, como indicado no Documento de Patente 3, for construída a partir de uma estrutura empilhada, uma câmara intermediária (câmara média) é, ademais, adicionada à unidade que é construída. Desse modo, o número de unidades constituintes aumenta em aproximadamente duas vezes o número em comparação a uma célula eletrolítica de duas camadas que é composta de uma câmara de catodo e uma câmara de anodo. Aumentar o número de unidades constituintes aumenta a probabilidade de que as unidades se tornarão desalinhadas. Adicionalmente, a fim de aprimorar o rendimento de bens fabricados ou para garantir a operação estável, as áreas de eletrodo devem ser feitas relativamente grandes, o que, por sua vez, faz com que as áreas de unidade se tornem grandes e aumentem a massa que deve ser retida, desse modo, afetando adversamente ainda mais a prevenção de desalinhamento de unidade.

[009] A presente invenção foi feita em consideração de tais problemas, e uma problema a ser solucionado pela presente invenção é fornecer uma estrutura empilhada que inclui eletrodos que pode impedir eficazmente o desalinhamento entre unidades.

SOLUÇÃO PARA O PROBLEMA

[010] A fim de solucionar o problema acima mencionado, a presente invenção emprega os meios indicados abaixo.

[011] A saber, a estrutura empilhada, de acordo com a presente invenção, é uma estrutura empilhada que inclui eletrodos, em que múltiplas unidades que incluem unidades planas são empilhadas e fixadas por fixadores, em que as respectivas unidades compreendem porções de fixação em formato de quadro em porções periféricas externas em ambas as superfícies das mesmas, que são empilhadas pelas superfícies das respectivas porções de fixação que são pressionadas umas contra as outras e que são formadas de modo que a largura de porções de fixação em uma unidade seja diferente da largura de porções de fixação na outra unidade.

[012] Devido a essa configuração, o desalinhamento entre as unidades pode ser impedido.

[013] Em uma modalidade da presente invenção, as porções de fixação compreendem, em lados de superfície frontal das mesmas, gaxetas que compreendem membros elásticos.

[014] Devido a essa configuração, a presente invenção pode ser interpretada a partir de componentes adequados.

[015] Em uma modalidade da presente invenção, são fornecidos diafragmas entre as unidades empilhadas, e os diafragmas são interpostos entre as porções de fixação das respectivas unidades.

[016] Em uma modalidade da presente invenção, as múltiplas unidades include um elemento bipolar e uma câmara média.

[017] Em uma modalidade da presente invenção, as múltiplas unidades são formadas empilhando-se múltiplos conjuntos de pilhas de unidades em que cada conjunto, como uma unidade simples, é construído empilhando-se, na seguinte ordem, um elemento bipolar, uma câmara média e um elemento bipolar.

[018] Em uma modalidade da presente invenção, as múltiplas unidades são elementos bipolares.

[019] Em uma modalidade da presente invenção, as múltiplas unidades include uma unidade de catodo e uma unidade de anodo.

[020] Devido a uma configuração como aquelas das modalidades mencionadas acima, a presente invenção pode ser adequadamente implantada.

EFEITOS DA INVENÇÃO

[021] De acordo com a presente invenção, pode ser fornecida uma estrutura empilhada que inclui eletrodos que pode impedir eficazmente o desalinhamento entre unidades.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[022] A Figura 1 é uma vista em perspectiva de uma célula eletrolítica que compreende uma estrutura empilhada que inclui eletrodos, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[023] A Figura 2 é um diagrama esquemático para explicar a relação posicional entre unidades em uma estrutura empilhada, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[024] A Figura 3 é uma vista em perspectiva esquemática que indica a relação posicional e a configuração de uma pilha de unidades, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[025] A Figura 4 é uma vista em corte vertical de uma pilha de unidades, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[026] A Figura 5 é uma vista ampliada de uma porção de fixação, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[027] A Figura 6 é uma vista ampliada de uma porção de fixação, de acordo com a técnica convencional.

[028] A Figura 7 é uma vista em perspectiva esquemática que indica a relação posicional e a configuração de uma pilha de unidades, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[029] A Figura 8 é uma vista em corte vertical de uma pilha de unidades, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[030] A Figura 9 é uma vista em perspectiva esquemática que indica a relação posicional e a configuração de uma pilha de unidades, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[031] A Figura 10 é uma vista em corte vertical de uma pilha de unidades, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES

[032] Doravante no presente documento, as modalidades da presente invenção serão explicadas em detalhes com referência aos desenhos.

PRIMEIRA MODALIDADE

[033] Doravante no presente documento, um exemplo de uma modalidade da presente invenção será indicado. A Figura 1 é uma vista em perspectiva de uma célula eletrolítica 1 que compreende uma estrutura empilhada que inclui eletrodos, de acordo com uma modalidade da presente invenção. A célula eletrolítica 1 compreende: uma estrutura empilhada 2 que inclui eletrodos; um distribuidor de abastecimento de câmara média 3; um distribuidor de descarga de câmara média 4; um distribuidor de abastecimento de câmara de catodo 5; um distribuidor de descarga de câmara de catodo 6; um distribuidor de abastecimento de câmara de anodo 7; e um distribuidor de descarga de câmara de anodo 8.

[034] A estrutura empilhada 2 compreende fixadores 25 e um par de quadros de suporte de terminal 26, um elemento de catodo de terminal 21, um elemento de anodo de terminal 22, e dispostos entre os mesmos, múltiplos elementos bipolares 23 (unidades planas que compreendem eletrodos), dos quais apenas dois são ilustrados na Figura 1, e múltiplas câmaras médias, que não são ilustradas na Figura 1. O elemento de catodo de terminal 21 e o elemento de anodo de terminal 22 são dispostos entre o par de quadros de suporte de terminal 26. Os fixadores 25 são compostos de hastes 251 e porcas 252.

[035] Os quadros de suporte de terminal 26 são dotados de membros de suporte 261 para suportar as hastes 251 dos fixadores 25, e são configurados de modo que as hastes 251 sejam inseridas através de orifícios formados nos membros de suporte 261, as porcas 252 são rosqueadas em ambas as extremidades das hastes 251, e o elemento de catodo de terminal 21, o elemento de anodo de terminal 22, os múltiplos elementos bipolares 23 e as múltiplas câmaras médias, que são dispostos entre o par de quadros de suporte de terminal 26, são presos a partir de ambas as extremidades. Todos esses componentes formam juntamente a estrutura empilhada 2.

[036] A Figura 2 é um diagrama esquemático para explicar a relação posicional entre o elemento de catodo de terminal 21, o elemento de anodo de terminal 22, e os elementos bipolares 23 e as câmaras médias 24 que são dispostos entre os mesmos na estrutura empilhada 2. A estrutura empilhada 2 é formada empilhando-se múltiplos conjuntos de pilhas de unidades 20 em que cada conjunto, como uma unidade simples, é construído empilhando-se, na seguinte ordem, um elemento bipolar 23, uma câmara média 24 e um elemento bipolar 23. Adicionalmente, na estrutura empilhada 2, a fim de permitir as estruturas das porções de terminal, na direção de empilhamento, para formar uma célula eletrolítica 1 sem entrar em conflito entre si, as câmaras médias 24 são dispostas, respectivamente, nos lados internos, na direção de empilhamento, do elemento de catodo de terminal 21 e do elemento de anodo de terminal 22.

[037] A Figura 3 é uma vista em perspectiva que ilustra a relação posicional entre um elemento bipolar 23, uma câmara média 24 e um elemento bipolar 23, como mencionado acima, em uma pilha de unidades simples 20, e as respectivas configurações das mesmas. A Figura 4 é uma vista em corte vertical para o caso no qual essa pilha de unidades 20 foi empilhada.

[038] Os elementos bipolares 23 são compostos de um corpo de elemento bipolar 231, um anodo 232 e um catodo 233. O corpo de elemento bipolar 231 tem reentrâncias 234a, 234b formadas nas superfícies frontal e traseira das mesmas, e as bordas dessas reentrâncias 234a, 234b são protusões em formato de quadro 235a, 235b. O anodo 232 é fornecido dentro da reentrância 234a, e o catodo 233 é fornecido dentro da reentrância 234b.

[039] As gaxetas 236a, 236b que compreendem membros elásticos são ligadas, respectivamente, às superfícies das protusões 235a, 235b. As protusões 235a, 235b e as gaxetas 236a, 236b formam porções de fixação 237a, 237b.

[040] A câmara média 24 é composta de um corpo de câmara média 241 e gaxetas 246a, 246b ligadas às superfícies frontal e traseira desse corpo de câmara média 241. O corpo de câmara média 241 e as gaxetas 246a, 246b formam as porções de fixação 247a, 247b. O corpo de câmara média 241 é formado de modo a ter formato de quadro, em que um espaço é formado na área central do mesmo.

[041] A câmara média 24 é localizada no centro, com diafragmas 201, 202 dispostos em ambas as superfícies frontal e traseira dos mesmos. Adicionalmente, os elementos bipolares 23, 23 são dispostos nos lados externos desses diafragmas 201, 202, e essas porções são conectadas entre si para formar uma pilha de unidades simples 20.

[042] Na presente modalidade, o diafragma 201 é uma membrana trocadora de cátions e o diafragma 202 é uma membrana trocadora de ânions.

[043] Na configuração mencionada acima, o espaço entre o diafragma 201 e o catodo 233 do elemento bipolar 23 no lado esquerdo na Figura 4 forma uma câmara de catodo 27, o espaço entre o diafragma 201 e o diafragma 202, que inclui o espaço na área central do corpo de câmara média 241, forma uma câmara intermediária 28, e o espaço entre o diafragma 202 e o anodo 232 do elemento bipolar no lado direito na Figura 4 forma uma câmara de anodo 29.

[044] A largura A das porções de fixação 247a, 247b da câmara média 24 é formada para ser maior que a largura B (de modo a ser diferente da largura B) das porções de fixação 237a, 237b dos elementos bipolares.

[045] Se a eletrólise que usa sulfato de sódio (Na2SO4) como a matéria-prima for realizada na célula eletrolítica 1 configurada como descrita acima, então, as múltiplas câmaras de catodo 27 são abastecidas com uma solução de hidróxido de sódio (NaOH) através do distribuidor de abastecimento de câmara de catodo 5. As múltiplas câmaras médias 28 são abastecidas com uma solução de sulfato de sódio (Na2SO4) através do distribuidor de abastecimento de câmara média 3, e as múltiplas câmaras de anodo 29 são abastecidas com uma solução de ácido sulfúrico (H2SO4) através do distribuidor de abastecimento de câmara de anodo 7.

[046] Quando a célula eletrolítica 1 for iniciada em um estado no qual as respectivas soluções químicas são abastecidas, uma tensão positiva é aplicada ao anodo 232 e uma tensão negativa é aplicada ao catodo 233. Aplicando-se essa tensão, o anodo 232 se torna anodicamente polarizado e o catodo 233 se torna catodicamente polarizado. Na superfície do anodo 232, a água (H2O) é oxidada para gerar cátions de H+ e oxigênio (O2), e na superfície do catodo 233, a água (H2O) é reduzida para gerar ânions de OH- e hidrogênio (H2).

[047] Quando esse estado for alcançado, a fim de manter a neutralidade elétrica, íons de ácido sulfúrico SO42- passam através da membrana trocadora de ânions 202 e se movem a partir da câmara média 28 para a câmara de anodo 29, e íons de sódio Na+ passam através da membrana trocadora de cátions 201 e se movem a partir da câmara média 28 para a câmara de catodo 27.

[048] Devido à etapa de geração mencionada acima, gás oxigênio (O2) e ácido sulfúrico (H2SO4) são gerados na câmara de anodo 29, e o gás oxigênio (O2) e o ácido sulfúrico (H2SO4) gerados são recuperados, como produtos, através do distribuidor de descarga de câmara de anodo 8. Na câmara de catodo 27, o gás hidrogênio (H2) e o hidróxido de sódio (NaOH) são gerados, e o gás hidrogênio (H2) e o hidróxido de sódio (NaOH) gerados são recuperados, como produtos, através do distribuidor de descarga de câmara de catodo 6.

[049] A solução de sulfato de sódio (Na2SO4) fornecida como a matéria-prima para a câmara média 28 é recuperada através do distribuidor de descarga de câmara média 4 para reciclagem.

[050] Durante a etapa de geração mencionada acima, a câmara de catodo 27 é abastecida com uma solução de hidróxido de sódio (NaOH). No entanto, devido à etapa de geração mencionada acima, é obtida na câmara de catodo 27 uma solução de hidróxido de sódio (NaOH) que é mais altamente concentrada que a concentração quando fornecida. Parte dessa solução de hidróxido de sódio (NaOH) é recuperada como um produto. Água purificada (H2O) é adicionada à solução restante, a câmara de catodo 27 é reabastecida com a solução de hidróxido de sódio (NaOH) de concentração ajustada, e a etapa de geração mencionada acima é repetida.

[051] Em seguida, as funções e os efeitos da estrutura empilhada 2 fornecida pela célula eletrolítica 1 mencionada acima serão explicados.

[052] A Figura 5 ilustra uma vista ampliada da parte indicada pelo círculo C representado pelas linhas pontilhadas na Figura 4, que indicam a porção de fixação 237b do elemento bipolar 23 e a porção de fixação 247a da câmara média 24. A Figura 6 ilustra uma vista ampliada de uma parte correspondente à Figura 5, de acordo com a técnica convencional, que indica a porção de fixação 237b do elemento bipolar 23 e a porção de fixação 247 da câmara média 240.

[053] Nesse caso, os diafragmas 201, 202 ilustrados na Figura 4 são muito mais finos que o elemento bipolar 23 e a câmara média 24. Desse modo, quando as gaxetas 236a, 236b, 246a, 246b do elemento bipolar 23 e a câmara média 24 foram pressionadas juntas, os diafragmas 201, 202 se deformam, de acordo com os formatos das gaxetas 236a, 236b, 246a, 246b. Portanto, a fim de tornar a explicação mais fácil de ser entendida, os diafragmas 201, 202 na Figura 4 são omitidos da Figura 5 e da Figura 6.

[054] Nesse caso, como indicado na Figura 6 que ilustra a técnica convencional, a largura B da porção de fixação 237b do elemento bipolar 23 e a largura B da porção de fixação 247 da câmara média 240 são a mesma. Nessa configuração, as gaxetas 236b, 240a, que têm a mesma largura, são colocadas em contato. Desse modo, há um problema em que, se as forças aplicadas às gaxetas 236b, 240a não forem iguais, então, essas gaxetas 236b, 240a podem se tornar posicionalmente desalinhadas entre si, desse modo, não permitindo que as unidades sejam adequadamente fixadas.

[055] Para explicar esse ponto em detalhes, as gaxetas 236b e 240a são formadas a partir de membros elásticos, e, portanto, se as mesmas forem ligeiramente desalinhadas, então, as forças correspondentes a ações e reações mútuas atuarão nas extremidades das mesmas, como indicado pela seta u e pela seta v, e pela seta x e pela seta y. Quando essas forças são separadas nos componentes na direção vertical (a direção na qual o desalinhamento ocorre) na superfície de placa de Figura 6, pode-se observar que as forças são geradas, respectivamente, nas direções das setas u1, v1, x1, y1. Nesse momento, as forças u1 e x1 que atuam no elemento bipolar 23 estão na mesma direção, e atuam no elemento bipolar 23 como u1 + x1. As forças v1 e y1 que atuam na câmara média 240 estão na mesma direção, opostas à direção da força que atua no elemento bipolar 23, e atuam na câmara média 240 como v1 + y1. Portanto, as ações da força u1 + x1 e da força v1 + y1 aumentam as forças que trabalham para mover o elemento bipolar 23 para cima na superfície de placa e para mover a câmara média 240 para baixo na superfície de placa, dessa forma, causando o desalinhamento cada vez maior.

[056] Em contraste com isso, na Figura 5, a largura A da porção de fixação 247a da câmara média 24 é formada para ser maior que a largura B da porção de fixação 237b do elemento bipolar 23. As forças correspondentes às ações e reações que atuam nesse caso são representadas pelas setas p, q, s, t, e são representadas ao serem separadas em p1, q1, s1, t1 como componentes na direção de desalinhamento. As forças p1 e s1 que atuam na porção de fixação 237b do elemento bipolar 23 estão em direções opostas e, portanto, são neutralizadas. As forças q1 e t1 que atuam na porção de fixação 247a da câmara média 24 também estão em direções opostas e, portanto, são neutralizadas. Como resultado disso, as forças não são geradas na direção de desalinhamento. Mesmo se o desalinhamento ligeiro ocorre por algum motivo, contanto que a porção de fixação 237b permanece na largura A da porção de fixação 247a, as forças atuarão da mesma maneira como mencionado acima, e nenhuma força será gerada na direção de desalinhamento.

[057] Como mencionado acima, na presente modalidade, as porções de fixação 247a, 247b da câmara média 24 são formadas para serem mais amplas que as porções de fixação 237a, 237b do elemento bipolar 23. Desse modo, as forças na direção de desalinhamento se neutralizam e não são geradas. Adicionalmente, mesmo se houver um ligeiro desalinhamento, contanto que a porção de fixação 247a da câmara média 24 permaneça na largura B da porção de fixação 237b do elemento bipolar 23, as forças não serão geradas na direção de desalinhamento. Portanto, é possível fornecer uma estrutura empilhada 2 que inclui eletrodos nos quais o desalinhamento das unidades (os elementos bipolares 23 e as câmaras médias 24) podem ser eficazmente impedidos. SEGUNDA MODALIDADE

[058] A Figura 7 é uma vista em perspectiva de uma pilha de unidades 30, de acordo com uma segunda modalidade da presente invenção. A Figura 8 é uma vista em corte da pilha de unidades 30 da presente modalidade. Com relação à presente modalidade, as diferenças da primeira modalidade serão explicadas, e os recursos que são idênticos serão atribuídos com as mesmas referências numéricas e as explicações dos mesmos, portanto, serão omitidas.

[059] A pilha de unidades 30 na presente modalidade compreende elementos bipolares 23 que têm a mesma estrutura que na primeira modalidade, e um elemento bipolar 33 no qual a largura de porções de fixação 337a, 337b é diferente da largura das porções de fixação 237a, 237b dos elementos bipolares 23, em que as estruturas são, de outra forma, as mesmas. A pilha de unidades 30 é construída a partir de um conjunto que consiste em um elemento bipolar 23, um elemento bipolar 33 e um elemento bipolar 23.

[060] O elemento bipolar 33 é composto de um corpo de elemento bipolar 331, um anodo 332 e um catodo 333. O corpo de elemento bipolar 331 tem reentrâncias 334a, 334b formadas nas superfícies frontal e traseira das mesmas, e as bordas dessas reentrâncias 334a, 334b são protusões em formato de quadro 335a, 335b. O anodo 332 é fornecido dentro da reentrância 334a, e o catodo 333 é fornecido dentro da reentrância 334b.

[061] As gaxetas 336a, 336b que compreendem membros elásticos são ligadas, respectivamente, às superfícies das protusões 335a, 335b. As protusões 335a, 335b e as gaxetas 336a, 336b formam porções de fixação 337a, 337b.

[062] A largura A das porções de fixação 337a, 337b do elemento bipolar 33 é formada para ser maior que a largura B das porções de fixação 237a, 237b do elemento bipolar 23.

[063] Os diafragmas 300 são fornecidas entre os elementos bipolares 23 e o elemento bipolar 33, e na presente modalidade, os diafragmas 300 são membranas de troca de cátions.

[064] O espaço entre o diafragma 300 e o catodo 233 do elemento bipolar 23 no lado esquerdo na Figura 8 forma uma câmara de catodo 27, e o espaço entre o diafragma 300 e o anodo 332 do elemento bipolar 33 forma uma câmara de anodo 29.

[065] Na presente modalidade, a câmara de catodo 27 é abastecida com uma solução de hidróxido de sódio (NaOH), e a câmara de anodo 29 é abastecida com uma solução de sulfato de sódio (Na2SO4). Quando uma tensão positiva é aplicada ao anodo e uma tensão negativa é aplicada ao catodo em um estado no qual as soluções químicas são fornecidas, o anodo 332 se torna anodicamente polarizado e o catodo 233 se torna catodicamente polarizado. Na superfície do anodo 332, a água (H2O) é oxidada para gerar cátions de H+ e oxigênio (O2), e na superfície do catodo 233, a água (H2O) é reduzida para gerar ânions de OH- e hidrogênio (H2).

[066] Quando esse estado é alcançado, a fim de manter a neutralidade elétrica, os cátions de Na+ na câmara de anodo 29 passam através da membrana trocadora de cátions (diafragma) 300 e se movem para a câmara de catodo 27, e o gás oxigênio (O2) e o ácido sulfúrico (H2SO4) são gerados na câmara de anodo 29. Na câmara de catodo 27, na qual a matéria-prima restante, sulfato de sódio (Na2SO4), está em um estado de mistura com esses produtos, hidróxido de sódio (NaOH) e gás hidrogênio (H2) são gerados. Os respectivos produtos são recuperados através de distribuidores de descarga, que não são ilustrados.

[067] Na presente modalidade, a largura A das porções de fixação 337a, 337b do elemento bipolar 33 é formada para ser maior que a largura B das porções de fixação 237a, 237b dos elementos bipolares 23. Desse modo, as funções e os efeitos similares àqueles na primeira modalidade podem ser obtidos.

TERCEIRA MODALIDADE

[068] A Figura 9 é uma vista em perspectiva de uma pilha de unidades 40, de acordo com uma terceira modalidade da presente invenção. A Figura 10 é uma vista em corte da pilha de unidades 40 da presente modalidade. Com relação à presente modalidade, as diferenças da primeira modalidade serão explicadas, e os recursos que são idênticos serão atribuídos com as mesmas referências numéricas e as explicações dos mesmos, portanto, serão omitidas.

[069] A pilha de unidades 40 na presente modalidade compreende unidades de anodo 41 e uma unidade de catodo 42. A pilha de unidades 40 é construída a partir de um conjunto que consiste em uma unidade de anodo 41, uma unidade de catodo 42 e uma unidade de anodo 41.

[070] As unidades de anodo 41 são compostas de um corpo de unidade de anodo em formato de quadro 411 e um anodo 412. O corpo de unidade de anodo 411 tem o anodo 412 encaixado no interior do mesmo.

[071] As gaxetas 416a, 416b que compreendem membros elásticos são ligadas, respectivamente, aos corpos de superfícies da unidade de anodo 411. Os corpos de unidade de anodo 411 e as gaxetas 416a, 416b formam porções de fixação 417a, 417b.

[072] A unidade de catodo 42 é composta de um corpo de unidade de catodo em formato de quadro 421 e um catodo 422. O corpo de unidade de catodo 421 tem o anodo 422 encaixado no interior do mesmo.

[073] As gaxetas 426a, 426b que compreendem, cada uma, membros elásticos são ligadas à superfície do corpo de unidade de catodo 421. O corpo de unidade de catodo 421 e as gaxetas 426a, 426b formam porções de fixação 427a, 427b.

[074] A largura A das porções de fixação 427a, 427b da unidade de catodo 42 é formada para ser maior que a largura B das porções de fixação 417a, 417b da unidade de catodo 42.

[075] Os diafragmas 400 são fornecidos entre as unidades de anodo 41 e a unidade de catodo 42. Na presente modalidade, os diafragmas 400 são membranas de troca de cátions.

[076] Os espaços entre os diafragmas 400 e o catodo 422 da unidade de catodo 42 formam câmaras de catodo 27, e o espaços entre o diafragma 400 e os anodos 412 dos elementos bipolares 41 formam câmaras de anodo 29.

[077] Visto que as operações da célula eletrolítica, devido à eletrólise nas câmaras de catodo 27 e nas câmaras de anodo 29 são as mesmas que aquelas na segunda modalidade, a explicação será omitida aqui.

[078] Na presente modalidade, a largura A das porções de fixação 427a, 427b da unidade de catodo 42 é formada para ser maior que a largura B das porções de fixação 417a, 417b das unidades de anodo 41. Desse modo, as funções e os efeitos similares àqueles na primeira modalidade podem ser obtidos.

[079] Nas modalidades mencionadas acima, a geração de hidróxido de sódio (NaOH) nas células eletrolíticas foi explicada. No entanto, a invenção não é limitada a isso. Por exemplo, abastecendo-se a câmara intermediária 28, no caso da primeira modalidade, e as câmaras de catodo 27, no caso da segunda e da terceira modalidades, com sulfato de lítio (Li2SO4) e abastecendo-se as câmaras de catodo 27 com hidróxido de lítio (LiOH), o hidróxido de lítio (LiOH) e o hidrogênio (H2) podem ser gerados nas câmaras de catodo 27 por eletrólise. Isto é, todas as células eletrolíticas que têm a estrutura empilhada da presente invenção são incluídas na presente invenção, independentemente dos produtos gerados dessa forma. Adicionalmente, a presente invenção não é limitada às células eletrolíticas, e, por exemplo, baterias, dispositivos de eletrodiálise e semelhantes também são incluídos na presente invenção, contanto que os mesmos tenham a estrutura empilhada da presente invenção.

[080] Adicionalmente, as diferenças nas larguras das porções de fixação nas modalidades mencionadas acima não são limitadas àquelas descritas nas modalidades mencionadas acima. É suficiente para as larguras das porções de fixação serem tais que a largura de uma porção de fixação de uma das unidades que deve ser empilhada seja diferente daquela da outra. Por exemplo, na primeira modalidade, a largura das porções de fixação dos elementos bipolares 33 pode ser feita maior que a largura da câmara média. Na terceira modalidade, a largura das porções de fixação das unidades de anodo 41 pode ser feita maior que a largura das porções de fixação da unidade de catodo 42. LISTAGEM DE SINAIS DE REFERÊNCIA 2 20, 30, 40 23, 33 232, 332, 412 233, 333, 422 236a, 236b, 336a, 336b Estrutura empilhada Pilha de unidades Elemento bipolar (unidade) Anodo Catodo Gaxeta de elemento bipolar 237a, 237b, 337a, 337b Porção de fixação de elemento bipolar 24, 240 Câmara média (unidade) 247a, 247b, 247 Porção de fixação de câmara média 25 Fixador 41 Unidade de anodo (unidade) 416a, 416b Gaxeta de unidade de anodo 417a, 417b Porção de fixação de unidade de anodo 42 Unidade de catodo (unidade) 426a, 426b Gaxeta de unidade de anodo 427a, 427b Porção de fixação de unidade de anodo 201, 202, 300, 400 Diafragma

Claims

1. Estrutura empilhada (2) que inclui eletrodos (232, 332, 412, 233, 333, 422) caracterizada por múltiplas unidades (23, 33, 24, 41,42) que incluem unidades planas serem empilhadas e fixadas por fixadores (25), em que as respectivas unidades (23, 33, 24, 41, 42) compreendem porções de fixação em formato de quadro (237a, 237b, 337a, 337b, 247a, 247b, 417a, 417b, 427a, 427b) em porções periféricas externas em ambas as superfícies das mesmas, que são empilhadas pelas superfícies das respectivas porções de fixação (237a, 237b, 337a, 337b, 247a, 247b, 417a, 417b, 427a, 427b) que são pressionadas umas contra as outras e que são formadas de modo que uma largura de porções de fixação (247a, 247b, 337a, 337b, 427a, 427b) em uma unidade seja diferente de uma largura de porções de fixação (237a, 237b, 417a, 417b) na outra unidade; as porções de fixação (237a, 237b, 337a, 337b, 247a, 247b, 417a, 417b, 427a, 427b) compreendendo, em lados de superfície frontal das mesmas, gaxetas (236a, 236b, 336a, 336b, 246a, 246b, 416a, 416b, 426a, 426b) que compreendem membros elásticos; e porções de borda externa em um lado em que a largura das porções de fixação (237a, 237b, 337a, 337b, 247a, 247b, 417a, 417b, 427a, 427b) é menor, estando localizadas mais para dentro do que as porções de borda externa em um lado em que a largura é maior, e porções de borda interna no lado em que a largura da fixação porções (237a, 237b, 337a, 337b, 247a, 247b, 417a, 417b, 427a, 427b) é menor estando localizada mais para dentro do que as porções de borda interna no lado em que a largura é maior.

2. Estrutura empilhada (2) que inclui eletrodos, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por diafragmas (201,202, 300, 400) serem fornecidos entre as unidades empilhadas (23, 33, 24, 41, 42), e os diafragmas (201, 202, 300, 400) serem interpostos entre as porções de fixação (237a, 237b, 337a, 337b, 247a, 247b, 417a, 417b, 427a, 427b) das respectivas unidades (23, 33, 24, 41, 42).

3. Estrutura empilhada (2) que inclui eletrodos, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizada por as múltiplas unidades (23, 33, 24, 41, 42) incluírem um elemento bipolar (23, 33) e uma câmara média (24, 240).

4. Estrutura empilhada (2) que inclui eletrodos, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada por as múltiplas unidades (23, 33, 24, 41, 42) serem formadas empilhando-se múltiplos conjuntos de pilhas de unidades (20, 30, 40) em que cada conjunto, como uma unidade simples, é construído empilhando-se, na seguinte ordem, um elemento bipolar (23, 33), uma câmara média (24, 240) e um elemento bipolar (23, 33).

5. Estrutura empilhada (2) que inclui eletrodos, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizada por as múltiplas unidades (23, 33, 24, 41, 42) serem elementos bipolares (23, 33).

6. Estrutura empilhada (2) que inclui eletrodos, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizada por as múltiplas unidades (23, 33, 24, 41, 42) incluírem uma unidade de catodo (42) e uma unidade de anodo (41).