CA1110579A - Electrolyseur - Google Patents
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Abstract
: Electrolyseur pour solution aqueuse alcaline caractérisé par le fait que au moins la cathode est confectionnée en un alliage ternaire de nickel-beryllium-titane, les teneurs en beryllium et en titane étant respectivement de 1 à 3 % en poids, et par le fait que ladite solution aqueuse alcaline est portée à une température aumoins égale à 110.degree.C. L'invention est mise en oeuvre pour la production d'hydrogène électrolytique.
Description
;79 La presente invention a pour objet un electrolyseur, et plus particulièrement un électrolyseur pour solutions aqueu-ses basiques.
On sait que dans de tels électrolyseurs, aptes notam-ment a produire de l'hydrogene, par électrolyse d'une solution aqueuse de potasse concentrée, on utilise comme matériau d'élec-trodes le nickel sous forme de plaques ou de grilles.
Il est connu en outre que l'on peut abaisser la tension necessaire à l'électrolyse par augmentation de la température de l'électrolyte.
Cependant si une telle augmentation se révele béné-fique jusqu'à 80 à 100C environ, par contre, à des températures supérieures, un tel effet avantageux se révèle nettement moins marqué, surtout compte-tenu des fortes densités de courant mises en oeuvres dans les électrolyseurs industriels.
La présente invention se propose de remédier aux inconvénients schématisés dans ce qui précède.
L'invention a donc pour objet un électrolyseur pour solution aqueuse alcaline caractérisé par le fait que au moins la cathode est confectionnée en un alliage ternaire de nickel-beryllium-titane, les teneurs en beryllium et en titane étant respectivement de 1 a 3% et de 0,1 a 1% en poids, et par le fait que ladite solution aqueuse alcaline est portée à une température au moins égale a 110C.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description qui suit donnée à titre d'exemple purement illustratif mais nullement limitatif en référence aux dessins et diagrammes annexés dans lesquels: -~
La figure 1 représente schématiquement un electroly-seur selon l'invention.
Les diagrammes des figures 2 à 4 permettant de mieuxmettre en e~idence les avantages de l'électrolyseur selon ,,~, :: :
8 1 ~
l'invention.
Selon la figure 1, l'électrolyseur comporte un bac 1 renfermant un électrolyte 2 constitué par exemple d'une solution aqueuse de potasse en concentration de l'ordre de 30 à 50% en poids. Dans cet électrolyte sont imergées les électrodes, la cathode 3 et l'anode 4, un séparateur 5 en soi connu pouvant etre disposé entre ces électrodes.
Au cours de l'électrolyse, de l'oxygène se dégage donc au niveau de l'anode 4, tandis que de l'hydrogène se dégage au niveau de la cathode 3.
Conformement a l'invention au moins la cathode 3 est réalisée en un alliage-ternaire de nickel-beryllium-titane, titrant 1 a 3~ de beryllium, 0,1 a 1% de titane et cela en poids.
A titre préférentiel on utilise en alliage titrant 1,95% de beryllium et 0,5~ de titane.
En ce qui concerne l'anode 4 celle-ci peut être réalisé soit en nickel, soit en l'alliage tel que décrit ci-dessus. De plus, la température de l'électrolyte est au moins égale a 110C et de préférence 130C.
On va maintenant mettre en lumiere les avantages et autres caractéristiques de l'invention en référence aux diagrammes représentés aux figures 2 a 4 etablis experimentale-ment par la demanderesse.
On a représenté figure 2, la tension d'électrolyse U en volts et en fonction du logarithme de la densité de courant Q exprimée en mA/cm2 et cela pour deux températures soit 80C et 150C.
Les electrodes sont en nickel poli, et l'électrolyte est une solution aqueuse de potasse a 50~ en poids.
~ - 2 -s;~ , 111~579 Les 2 courbes représentées sur la figure, montrent que si l'augmentation de la température permet de diminuer de façon sensible la tension d'électrolyse, une telle diminution est cependant moins marquée pour de fortes densités de courant, de l'ordre de 200 mA/cm2 et au delà, densités mises d'ailleurs en oeuvre dans les électrolyseurs industriels.
Si l'on se réfère maintenant à la figure 3 l'on a également représenté la tension d'électrolyse U en volts en fonction du logarithme de la densité de courant Q exprimé en mA/cm et cela pour des températures de 60C, 80C, 110C, 130C.
L'électrolyte, est également dans ce cas une solution aqueuse de potasse a 50% en poids.
Mais, selon l'invention les électrodes sont confec-tionnées en un alliage nickel-beryllium-titane tel que précédem-ment décrit.
L'examen de ces courbes montre que l'effet bénéfique de l'augmentation de la température se maintient, contrairement au cas précédent, pour des densités de courant élevées, pouvant même aller jusqu'à 600 mA/cm2.
Si l'on considere maintenant la figure 4 on a de même représenté la tension d'electrolyse U en fonction de la temperature T et cela, pour divers materiaux d'electrodes.
On voit que, au-dessus d'une temperature de 110C, la mise en oeuvre d'une cathode selon l'invention (courbe en traits tiretés) permet d'obtenir une diminution de la tension d'électrolyse par rapport aux électrodes en nickel (courbe e~
traits pleins). Un tel avantage est d'ailleurs à nouveau accentué lorsque l'anode est également réalisee en l'alliage selon l'invention (courbe en traits pointilles~.
Pour fixer les idées, à une température de 130 la tension d'electrolyse est de 1.82 volts soit un gain de 0,1 volt par rapport à des électrodes en nickel (toutes choses égales :
~ - 3 - ~
. .
:
par ailleurs) et cela pour des densites de courant elevees.
Un tel avantage se maintient d'ailleurs dans le temps, puisque des essais con~uits 450 heures environ n'ont revele aucune variation sensible des électrodes selon l'invention. -L'electrolyseur selon l'invention permet donc d'assu-rer même sous des densites de courant elevees un fonctionnement stable et une economie energétique importante.
Il trouve des applications avantageuses dans les installations industrielles de production d'hydrogène électro-lytique.
Bien entendu l'invention n'est nullement limitee aux modes de realisation decrits et representes, mais elle en couvre au contraire toutes les variantes.
Il est de toute evidence que les materiaux tels que revendiques peuvent être mis en oeuvre dans tous types d'elec-trolyseurs et notamment dans des électrolyseurs du type filtre-presse.
.
On sait que dans de tels électrolyseurs, aptes notam-ment a produire de l'hydrogene, par électrolyse d'une solution aqueuse de potasse concentrée, on utilise comme matériau d'élec-trodes le nickel sous forme de plaques ou de grilles.
Il est connu en outre que l'on peut abaisser la tension necessaire à l'électrolyse par augmentation de la température de l'électrolyte.
Cependant si une telle augmentation se révele béné-fique jusqu'à 80 à 100C environ, par contre, à des températures supérieures, un tel effet avantageux se révèle nettement moins marqué, surtout compte-tenu des fortes densités de courant mises en oeuvres dans les électrolyseurs industriels.
La présente invention se propose de remédier aux inconvénients schématisés dans ce qui précède.
L'invention a donc pour objet un électrolyseur pour solution aqueuse alcaline caractérisé par le fait que au moins la cathode est confectionnée en un alliage ternaire de nickel-beryllium-titane, les teneurs en beryllium et en titane étant respectivement de 1 a 3% et de 0,1 a 1% en poids, et par le fait que ladite solution aqueuse alcaline est portée à une température au moins égale a 110C.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description qui suit donnée à titre d'exemple purement illustratif mais nullement limitatif en référence aux dessins et diagrammes annexés dans lesquels: -~
La figure 1 représente schématiquement un electroly-seur selon l'invention.
Les diagrammes des figures 2 à 4 permettant de mieuxmettre en e~idence les avantages de l'électrolyseur selon ,,~, :: :
8 1 ~
l'invention.
Selon la figure 1, l'électrolyseur comporte un bac 1 renfermant un électrolyte 2 constitué par exemple d'une solution aqueuse de potasse en concentration de l'ordre de 30 à 50% en poids. Dans cet électrolyte sont imergées les électrodes, la cathode 3 et l'anode 4, un séparateur 5 en soi connu pouvant etre disposé entre ces électrodes.
Au cours de l'électrolyse, de l'oxygène se dégage donc au niveau de l'anode 4, tandis que de l'hydrogène se dégage au niveau de la cathode 3.
Conformement a l'invention au moins la cathode 3 est réalisée en un alliage-ternaire de nickel-beryllium-titane, titrant 1 a 3~ de beryllium, 0,1 a 1% de titane et cela en poids.
A titre préférentiel on utilise en alliage titrant 1,95% de beryllium et 0,5~ de titane.
En ce qui concerne l'anode 4 celle-ci peut être réalisé soit en nickel, soit en l'alliage tel que décrit ci-dessus. De plus, la température de l'électrolyte est au moins égale a 110C et de préférence 130C.
On va maintenant mettre en lumiere les avantages et autres caractéristiques de l'invention en référence aux diagrammes représentés aux figures 2 a 4 etablis experimentale-ment par la demanderesse.
On a représenté figure 2, la tension d'électrolyse U en volts et en fonction du logarithme de la densité de courant Q exprimée en mA/cm2 et cela pour deux températures soit 80C et 150C.
Les electrodes sont en nickel poli, et l'électrolyte est une solution aqueuse de potasse a 50~ en poids.
~ - 2 -s;~ , 111~579 Les 2 courbes représentées sur la figure, montrent que si l'augmentation de la température permet de diminuer de façon sensible la tension d'électrolyse, une telle diminution est cependant moins marquée pour de fortes densités de courant, de l'ordre de 200 mA/cm2 et au delà, densités mises d'ailleurs en oeuvre dans les électrolyseurs industriels.
Si l'on se réfère maintenant à la figure 3 l'on a également représenté la tension d'électrolyse U en volts en fonction du logarithme de la densité de courant Q exprimé en mA/cm et cela pour des températures de 60C, 80C, 110C, 130C.
L'électrolyte, est également dans ce cas une solution aqueuse de potasse a 50% en poids.
Mais, selon l'invention les électrodes sont confec-tionnées en un alliage nickel-beryllium-titane tel que précédem-ment décrit.
L'examen de ces courbes montre que l'effet bénéfique de l'augmentation de la température se maintient, contrairement au cas précédent, pour des densités de courant élevées, pouvant même aller jusqu'à 600 mA/cm2.
Si l'on considere maintenant la figure 4 on a de même représenté la tension d'electrolyse U en fonction de la temperature T et cela, pour divers materiaux d'electrodes.
On voit que, au-dessus d'une temperature de 110C, la mise en oeuvre d'une cathode selon l'invention (courbe en traits tiretés) permet d'obtenir une diminution de la tension d'électrolyse par rapport aux électrodes en nickel (courbe e~
traits pleins). Un tel avantage est d'ailleurs à nouveau accentué lorsque l'anode est également réalisee en l'alliage selon l'invention (courbe en traits pointilles~.
Pour fixer les idées, à une température de 130 la tension d'electrolyse est de 1.82 volts soit un gain de 0,1 volt par rapport à des électrodes en nickel (toutes choses égales :
~ - 3 - ~
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par ailleurs) et cela pour des densites de courant elevees.
Un tel avantage se maintient d'ailleurs dans le temps, puisque des essais con~uits 450 heures environ n'ont revele aucune variation sensible des électrodes selon l'invention. -L'electrolyseur selon l'invention permet donc d'assu-rer même sous des densites de courant elevees un fonctionnement stable et une economie energétique importante.
Il trouve des applications avantageuses dans les installations industrielles de production d'hydrogène électro-lytique.
Bien entendu l'invention n'est nullement limitee aux modes de realisation decrits et representes, mais elle en couvre au contraire toutes les variantes.
Il est de toute evidence que les materiaux tels que revendiques peuvent être mis en oeuvre dans tous types d'elec-trolyseurs et notamment dans des électrolyseurs du type filtre-presse.
.
Claims (5)
1. Electrolyseur pour solution aqueuse alcaline comprenant une anode et une cathode, caractérisé par le fait que au moins la cathode est confectionnée en un alliage ternaire de nickel-beryllium-titane, les teneurs en beryllium et en titane étant respectivement de 1 à 3% et de 0,1 à 1% en poids, et par le fait que ladite solution aqueuse alcaline est portée a une température au moins égale à 110°C.
2. Electrolyseur selon la revendication 1, caractérisé
par le fait que ledit alliage ternaire titre environ 1,95%
de beryllium et 0,5% de titane, ladite température étant de 130°C.
par le fait que ledit alliage ternaire titre environ 1,95%
de beryllium et 0,5% de titane, ladite température étant de 130°C.
3. Electrolyseur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'anode est confectionnée en nickel.
4. Electrolysuer selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'anode est confectionnée de même en ledit alliage ternaire.
5. Electrolyseur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que ladite solution aqueuse comporte 30 à 50% en poids de potasse.
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