CN104862733B - 有效生产三氟化氮的电解设备、系统和方法 - Google Patents

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Abstract

电解池，其通过各个阳极室和阴极室之间的一个或多个分隔壁分隔成一个或多个阳极室和阴极室，其中每个阳极室包含一个或多个包含内表面和外表面的阳极，并且每个阴极室包含一个或多个阴极，其中所述阳极室和所述阴极室被构造成致使所述一个或多个阴极的任何一个邻近所述一个或多个阳极的外表面并且没有阴极邻近所述一个或多个阳极的内表面；所述一个或多个阳极和所述一个或多个阴极周围的熔盐电解质；从所述阳极室排出气体的至少一个阳极气体出口；和从所述阴极室排出气体的至少一个阴极气体出口。

Description

有效生产三氟化氮的电解设备、系统和方法
相关申请的交叉引用
本专利申请是2014年2月26日提交的序号为61/944,911的美国临时专利申请的非临时申请，所述临时专利申请以其全部内容通过引用并入本文。
发明领域
本发明涉及用于通过熔盐电解生产三氟化氮气体的电解设备。具体而言，本发明涉及电解池的结构配置，所述结构配置导致更有效地生产三氟化氮气体。本发明还涉及可用于有效生产三氟化氮气体的电解池以及方法和系统。
发明背景
当前对用于半导体制造的三氟化氮(NF3)气体有巨大和增长的需求。三氟化氮可以用作，例如蚀刻剂或室清洁气体。对于这些用途的需求最近显著增加。在这样的应用中，需要高纯度并且四氟化碳(CF4)副产物含量尽可能低的三氟化氮气体。
NF3气体可通过各种方法制造。在它们之中，熔盐电解与其他方法相比提供良好的产率并且适合于大量生产，因此被认为是有用的商业方法。特别是，为了生产只含少量CF4的高纯度NF3，所述熔盐电解法可以最低的成本生产NF3。一般而言，根据通过熔盐电解生产NF3气体的方法，示例性的合适的熔盐浴包含酸性氟化铵、源自于氟化铵和氟化氢的NH4F·HF体系、或通过向所述NH4F·HF体系添加酸性氟化钾或氟化钾而产生的KF·NH4F·HF体系。
在制造NF3气体的过程中，在阳极产生NF3气体和氮(N2)气，同时在阴极产生氢(H2)气。也就是说，在两种电极处均发生气体生成反应。当阳极处产生的NF3气体与阴极处产生的H2气体混合时，有爆炸的风险，因此，必需最小化阳极处H2与NF3以可以引起爆炸的量混合的可能性。此外，在阳极中存在H2将引起其他不想要的反应，例如与F2和NF3的反应以形成HF和N2，其降低了所述池的效率和NF3的生产率。
生成NF3的现有技术电解池的几何结构可通过限制所形成的气体和在阴极和阳极周围的液体电解质的循环而有利于解决H2向阳极迁移的问题。从所述池除去所形成的气体耗时越长，越可能会发生H2向阳极的迁移。
因此，仍然需要连续生产并生成NF3而同时基本上不产生不想要的副产物的安全有效的制造设备和方法。
发明内容
本发明通过提供在施加的电流密度下通过电解含氟化氢的熔盐电解质而生产三氟化氮的电解设备满足了这种需要，所述电解设备包括：电解池，所述电解池通过各个阳极室和阴极室之间的一个或多个分隔壁分隔成一个或多个阳极室和阴极室，其中每个阳极室包含一个或多个包含内表面和外表面的阳极，并且每个阴极室包含一个或多个阴极，其中所述阳极室和所述阴极室被构造成致使所述一个或多个阴极的任何一个邻近所述一个或多个阳极的外表面并且没有阴极邻近所述一个或多个阳极的内表面；所述一个或多个阳极和所述一个或多个阴极周围的熔盐电解质；用于从所述阳极室排出气体的至少一个阳极气体出口；和用于从所述阴极室排出气体的至少一个阴极气体出口。
附图说明
图1是本发明的电解池的一种实施方式的横截面图；和
图2是现有技术AEC池的横截面图。
具体实施方式
本发明涉及含氟气体生成系统，其包含利用含氟化氢(HF)的熔盐电解质的电解池。虽然所述具体发明涉及产生NF3作为主要产物的电解池，但应认识到本发明也可有利地应用于F2是主要产物的电解池。还意外发现，本发明的设备和系统产生了最高约100％的提高的电流效率，以及相对于用于生产NF3的现有技术电解池的NF3产量的相应增加。
通过利用本发明的电解设备生产NF3，所述含HF的电解质可以是可用于制造NF3的任何已知的含HF电解质，例如，熔融NH4F和HF(称为“二元电解质”)或(NH4F)的含HF熔盐、或者KF和HF(称为“三元电解质”)。另外，所述含HF的熔盐电解质也可以含有其他添加剂，例如氟化铯和/或氟化锂，以改善性能。浓度可以按照mol％NH4F和HF比率表示。HF比率由下式定义：
HF比率＝可滴定到中性pH的HF摩尔数/(NH4F(摩尔数)+KF(摩尔数))
所述HF比率表示电解质中游离HF水平与总盐的比率。在采用三元电解质的一些实施方式中，可以优选以在14wt％和24wt％范围内、更优选在16wt％和21wt％之间、最优选在17.5wt％和19.5wt％之间的NH4F浓度，以优选在1.3和1.7之间、更优选在1.45和1.6之间、最优选在1.5和1.55之间的HF比率，来运行所述电解池。在其它实施方式中，优选的浓度范围可以根据运行条件例如施加的电流和电解质温度而变化。在包含二元电解质的实施方式中，优选的浓度范围也可以不同。理想的是根据电解池的高效率和安全操作之间的平衡来选择浓度范围。这样的平衡可以通过以阳极室(产物)气体中0.5至5％mol F2来运行所述池而达到。在导致阳极产物气体中产生高氟浓度的条件下运行所述池降低了所述池的效率；然而，阳极产物气体中较低的氟百分比或没有氟可以表示不太安全的条件。
对于生产含氟化氢的二元电解质的方法，没有特别的限制，并且可以使用任何常规方法。例如，含HF的二元电解质可通过将无水氟化氢进给到氟化氢铵(ammoniumhydrogen difluoride)和/或NH4F中而产生。对于生产含HF的三元电解质的方法，没有特别的限制，并且可以使用任何常规方法。例如，含HF的三元电解质可通过将无水HF和氨进给到KF与氟化氢铵和/或NH4F的混合物中而产生。
本发明不限于任何特定的电解质组合物，且在此提及例如所述包含HF和氨的二元电解质的任何描述只是为了方便起见。要理解，可用于制造NF3的任何电解质可替换到所述描述中，并包括在本发明中。
包含NH4F的含HF熔盐电解质的电解导致阴极处放出氢气和阳极处放出含三氟化氮、氮气和少量各种其他杂质的气态混合物。在常规电解池中，使用一个或多个阳极和一个或多个阴极。在生产NF3的一些电解池中，阴极通过合适的装置例如一个或多个隔膜与阳极隔开，以防止氢气与含NF3的气态混合物混合。然而，即使是这样的池，足以产生爆炸性混合物的氢气量仍可能渗漏到阳极室中并与含NF3的气态混合物混合，从而形成所述气态混合物的部分。本发明人也已经确定，氢气也可通过由于所述隔膜的极化而导致的电化学方式或通过涉及副产物化学的化学方式在阳极室中产生。
以下机制可解释阳极产物气体中存在的氢气，其可导致形成亚稳定的可燃混合物。在一种机制中，阴极处形成的氢气泡可从阴极室迁移到阳极室中，将氢气释放到阳极气体中。这可以在通常的运行状态期间对流电解质流携带氢气泡通过隔膜时发生。当所述池运行以使得在阳极气体中存在过量的氟时，迁移到阳极室中的任何氢气将与所述氟迅速反应以形成HF。
在另一种机制中，本发明人已经发现，在其中局部氟浓度非常低并且氟与NH4F的反应速率比较快的化学反应条件下，可在阳极室中化学产生氢气。在这种情形下，氟与NH4F迅速反应以形成单氟氟化铵(mono-fluoro-ammonium fluoride)。然后在所述单氟氟化铵可与氟反应之前，它按照式1和2与铵反应形成氮气和氢气。
式1
式2
物理屏障(例如，隔膜和挡板)可以有助于防止氢气从阴极移动到所述池的阳极侧，但不会避免在阳极侧产生的氢气进入阳极侧副产物气体流。
根据本发明，提供了通过在施加的电流密度下电解含氟化氢的熔盐电解质来生产三氟化氮的电解设备，所述施加的电流密度通常在0.1至30A/dm2、或从0.3至15A/dm2、或从0.6至12A/dm2的范围内，所述电解设备包含：电解池，所述电解池通过各个阳极室和阴极室之间的一个或多个分隔壁分隔成一个或多个阳极室和阴极室，其中每个阳极室包含一个或多个包含内表面和外表面的阳极，并且每个阴极室包含一个或多个阴极，其中所述阳极室和所述阴极室被构造成致使所述一个或多个阴极的任何一个邻近所述一个或多个阳极的外表面并且没有阴极邻近所述一个或多个阳极的内表面；所述一个或多个阳极和所述一个或多个阴极周围的熔盐电解质；用于从所述阳极室排出气体的至少一个阳极气体出口；和用于从所述阴极室排出气体的至少一个阴极气体出口。
池的设计和构造
图1显示了用于生产包含三氟化氮的产物气体的本发明电解池设备的主要部分的示意图。所述电解池设备包含具有电解器主体26和上盖或覆盖件28的电解池25。所述池25由竖直布置的气体分隔挡板19和隔膜22分隔成阳极室17和阴极室18。气体分隔挡板19优选是实体并且隔膜22优选是有孔的或编织的以使其是多孔性的。在所述阳极和阴极室之间竖直定位的气体分隔挡板19和隔膜22的功能是防止含NF3的阳极产物气体与含氢的阴极产物气体在电解期间混合。
阳极室17中布置了一个或多个阳极20。阳极20优选是U形构造的，所述阳极如图1中所描绘与铜汇流条40相连，并具有内表面2和外表面4。优选地，阳极20用非石墨化碳制成。阴极室18中设置一个或多个阴极21。阴极21优选由碳钢制成。
在优选实施方式中，所述阳极通过相邻的阳极之间的间隙互相间隔开，其中所述间隙距离小于阳极宽度，以允许在阳极周围和后面的流动。
在图1显示的实施方式中，电解池25包含含氢氟酸和氨的熔盐电解质23。电解质23的液位27是电解池25的底表面53之上的电解质高度。重要的是，电解质23的液位27高于阴极21，致使阴极21完全浸没在电解质23中并且致使阳极20延伸到电解质23的液位27之上。
电解池25具有进料管12和16用于进给构成电解质23的原料或组分。如图1所示，进料管12是HF进料管12且进料管16是氨进料管16。在其他实施方式中，进料管12和16之一或二者也可以用于向其直接进给包含预混合的HF和氨的熔盐电解液。通常，进料管12和16提供在阴极室18中。阳极室17具有阳极产物出口管11，其用于从电解池25排出含NF3的产物气混合物。阴极室18具有阴极产物出口管13，其用于从电解池25排出气体。如果需要，本发明的电解设备还可以包含其他组件，例如在阳极和阴极室中的吹扫气体管连接。吹扫气体源(未显示)，例如氮气，可以与电解池的阳极室17和/或阴极室18(未显示)连接以为了安全原因提供所述电解池的吹扫，或提供用于堵塞的管的吹净手段，或者以其它方式提供所述入口和出口管与管道及其他仪器的适当功能。
当运行本实施方式的池时，在阳极产生含三氟化氮的气体并在阴极产生氢气。阳极室产生的气体可以包含三氟化氮(NF3)、氮气(N2)和氟(F2)。另外，HF具有高于电解质23的蒸气压，并因此存在于离开阳极室17和阴极室18二者的气体中。
图1中显示的池25也可以包含电流控制器，其通过阳极电流连接向阳极20和通过阴极电流连接向阴极21供应电流，所述电流的水平可在操作者或电解池的控制过程规定的目标范围内增加或降低。
图1显示的设备还可以包含测量液位的装置或所述电解质的液位指示器，其与电解质进给流量控制器通讯。所述进给流量控制器还与同HF源连通的流量控制阀通讯并控制所述阀，并与同氨源连通的流量控制阀通讯并控制所述阀。随着电解进行和所述熔盐电解质被消耗，所述液位指示器对进给流量控制器发出需要补充电解质的信号。所述电解质进给流量控制器与所述流量控制阀通讯，并分别利用流量控制阀从氨源和利用流量控制阀从HF源将氨和HF进给到所述熔融电解质中。所述流量控制阀可基于所述氨形成含三氟化氮气体的消耗率，用于调节氨从氨源的进给速率。所述电解质中的氨和其他组分的组成率(composition rate)可以从包括产物气组成和产物气流量的质量平衡获得。
电解质的液位是池25的底表面53之上的电解质的高度。池中可以有一个或多个液位指示器或检测器，例如，阳极室和阴极室各一个以解释所述两个室之间可能存在的压差，所述压差导致两个独立的电解质液位。所述液位检测器可以基于任何可利用的不同方法，例如电流传导或气体鼓泡器系统。考虑电解池的几何结构和所述电解池的运行条件，将电解质液位设置到适当的值。所述电解质液位通过进给流量控制器控制进给到所述池中的电解质流来调节。所述电解质进给流量控制器控制HF从HF源到所述电解池设备的流量控制阀并控制氨从氨源到所述池的流量控制阀。所述电解质进给流量控制器考虑了在向所述池添加电解质进料之前，池中的电解质的液位。所述液位指示器向电解质进给流量控制器传达液位。如果液位落在目标液位以下，所述电解质进给流量控制器将进料添加到所述池中。
所述池中也可以提供温度检测器，用于测量电解质23的温度。所述温度检测器可以是热电偶，或本领域已知的其他直接或间接、接触或非接触测温装置。所述池25通常提供有温度调节装置，其可以是设置在所述池的至少部分外表面周围和/或与其接触的传热流体夹套。如果使用，所述传热流体夹套根据电解质的温度是否要增加还是降低，亦即所述池、特别是在其中的电解质是否要加热或冷却，来循环加热或室温或冷却的传热流体。传热流体可以是被认为适合用于本文中描述的目的的任何流体，例如，水、二醇和矿物油。在一些实施方式中，例如图1所示的，可替代地或附加地，所述温度调节装置可以包括具有循环加热或冷却介质的传热管60，其可以存在于电解池25内部电解质液位之下和/或嵌入池体的底部或侧壁中。在优选实施方式中，所述传热管位于阴极后面的电解区的外部。
或者，可以使用其他加热装置或冷却装置，例如电阻加热器、鼓风机和本领域已知的其他装置。所述传热流体的流量由电解质温度控制器控制，所述温度控制器可以包括泵、加热器和冷却装置，它们在图中没有显示。所述电解质温度控制器从温度检测器接受输入，并可以响应于该温度读数对电解质温度作出反应以自动调节或保持温度调节装置的运行。通过温度调节装置调节电解质的温度可以可选地手动进行。所显示的实施方式中的温度调节装置可以打开或关闭阀以使得更多加热或冷却流体流动，或可以引起加热器提高传热介质的温度，或可以使得加热器停止加热传热介质以降低它的温度并从而降低电解质的温度。
在本发明进行的电解中，关于电解质23的温度，电解质运行温度范围的下限是保持电解质为熔融态所需要的最低温度。保持电解质为熔融态所需要的最低温度取决于所述电解质的组成。在一些实施方式中，电解质23的温度通常从85至140℃或从100至130℃。
任何材料可以用于构造所述池的组件，只要所述材料在暴露于池的腐蚀性条件时是耐用的即可。如本领域技术人员所知，池体、分隔挡板和隔膜的有用材料是铁、不锈钢、碳钢、镍或镍合金例如等。
在优选实施方式中，所述组件如下安排：
组件 距离(mm)
阴极到隔膜 15至20
阳极到隔膜 15至20
阴极到池底 100至130
阳极到池底 120至140
电解质液位到池顶 140至160
池性能
鉴于如上所述的设计特点，通过如下最大化自由对流和气泡对流的应用，实现电解质循环的最大化。
阳极
在阳极室中，由NF3、HF和F2组成的阳极气体在碳阳极上以透镜状(lenticular)气泡上升。不打算受任何具体理论的制约，所述透镜状气泡粘附于碳阳极的表面以产生瞬时气体通道，其让所述气体上升到所述液体电解质上方阳极室的自由气体空间中。因此，所述阳极表面附近的电解质循环是由上升的阳极气体驱动的。在阳极前方(面向阴极)的气泡驱动液体向上流动，和在阳极前方由焦耳加热(joule heating)引起的自由对流驱动液体向上流动。
阴极
在阴极室中，由H2和HF气泡组成的阴极气体在电解质中自由上升。不打算受具体理论的制约，所述阴极气体气泡范围从大约0.1mm至1mm并且从碳钢阴极脱离。这些气泡在所述阴极室内电解质产生的液体电解质流中自由上升。如果阴极和多孔隔膜之间的间隙过宽，那么循环的驱动力降低。较窄的间隙允许较高的局部气体滞留和更大的表观速度来驱动液体循环。在阴极前方(面向阳极)的气泡驱动液体向上流动，和在阴极前方由焦耳加热引起的自由对流驱动液体向上流动。阴极后面的冷却表面驱动液体向下流动。
本发明人已经意外发现，所述池内改善/提高的循环具有许多益处。例如，改善/提高的循环减少了氢气从阴极室穿入阳极室中。此外，改善/提高的循环通过将冷却的电解质更新到阳极室中来控制阳极表面附近的温度，因此相对于N2形成而有利于NF3形成，因为这种选择性是温度的函数。
使用以上详述的电解设备的本发明方法用于通过本发明的方法保持阳极产物气流中氢气的量低于爆炸量，亦即，小于5mol％。为了确保氢气量以小于所述爆炸量的量存在，可以保持氢气量使它以小于4mol％、小于3mol％、小于2mol％、小于1mol％或以不可检测的量存在。
以下实施例进一步说明本发明的益处。
实施例
用于随后的实施例中的电化学池如A.P.Huber、J.Dykstra和B.H.Thompson，"Multi-ton Production of Fluorine for Manufacture of Uranium Hexafluoride"，Proceedings of the Second United Nations International Conference on the Peaceful Uses of Atomic Energy.Geneva Switzerland，9月1-13,1958所描述。使用的阳极叶片是YBDXX等级的，来自Graftech International(美国)，尺寸为2英寸x 8英寸x 22英寸。然而，本领域已知可用于生产F2或NF3的任何碳阳极材料可用于类似的效应。这样的阳极包括由制造商例如SGL Group(德国)和Toyo Tanso(日本)生产的那些。池的主体由制成，高30英寸，宽32英寸和长74英寸。对于设计1而言，投影的有效阳极面积(projected active anode area)是12英寸x 8英寸x 32叶片x 2面/叶片＝6144in2或3.96m2。对于设计2而言，投影的有效阳极面积是12英寸x 8英寸x 32叶片x 1面/叶片＝3072in2或1.98m2。初始的三元电解质由18wt％NH4F和44wt％KF组成，HF比率为1.5。对于在下面详述的试验而言，设计2是使用本发明的池设计并且在图1中描绘的电解设备。设计1是图2的对照设备，其是常规AEC池，具有邻近于阳极的内表面的阴极。在图2中，邻近阳极内表面的阴极以参考数字100标记。下表强调了所述两种设计之间的某些差异。
实施例1：NF3生产率和纯度
根据设计1和2的池配备来自GrafTech International的32个YBDXX级阳极并在3000和5000A之间运行。这些电流对于设计1池而言，相当于7.6和12.6A/dm2之间的阳极电流密度，对于设计2池而言，在15.1和25.2A/dm2之间的阳极电流密度。设计1池运行平均17x106Ah或177天(其中Ah＝安培小时＝平均安培x在线小时数)，而设计2池运行平均13x106Ah或135天。所述池保持在127和130℃之间的池温度下。电解质组成通过向所述池添加氨和HF而保持在HF＝37±1％，LiF＝1±0.25％，KF＝44±1％，NH4F＝18±1％的范围，并且阳极气体中的F2水平保持在0.5％和4％之间。
结果在下表中示出：
池电阻计算
I＝电流(kA)
V＝池电位(V)
稳态下运行的NF3生产率计算
I＝电流(kA)
实施例2：NF3电流效率
根据设计1和2的池配备来自GrafTech International的32个YBDXX级阳极并在4000A的平均电流下运行。所述池保持在127和130℃之间的池温下。
结果在下表中示出：
实施例1和2说明了即使随着池电阻、阳极电流密度和池电位增加，给定池尺寸的NF3生产率也可增加，只要调节所述池几何结构以最大化液体/电解质循环。
前面的描述主要旨在说明的目的。虽然本发明已经根据其示例性的实施方式进行了展示和描述，但本领域技术人员应该理解，在不背离本发明的精神和范围下，可以在其中对其形式和细节作出前述和各种其他的改变、省略和添加。

Claims (17)

1.电解设备，其用于通过在施加的电流密度下电解含氟化氢的熔盐电解质来生产三氟化氮，所述电解设备包括：
电解池，其通过各个阳极室和阴极室之间的一个或多个分隔壁分隔成一个或多个阳极室和阴极室，其中每个阳极室包含一个或多个包含内表面和外表面的阳极，并且每个阴极室包含一个或多个阴极，其中所述阳极室和所述阴极室被构造成致使所述一个或多个阴极的任何一个邻近所述一个或多个阳极的外表面并且没有阴极邻近所述一个或多个阳极的内表面；
所述一个或多个阳极和所述一个或多个阴极周围的熔盐电解质；
用于从所述阳极室排出气体的至少一个阳极气体出口；和
用于从所述阴极室排出气体的至少一个阴极气体出口；
任选地所述设备还包含至少一个入口；和/或任选地所述设备还包含电流控制器，其通过阳极电流连接向所述一个或多个阳极和通过阴极电流连接向所述一个或多个阴极供应电流；和/或任选地所述设备还包含测量液位的装置或所述电解质的液位指示器，其与电解质进给流量控制器通讯。
2.权利要求1的，其中所述一个或多个阴极完全浸没在所述含氟化氢的熔盐电解质中。
3.权利要求1的设备，其中所述至少一个入口适合于接收作为电解液的含氟化氢的熔盐。
4.权利要求1的设备，其中所述含氟化氢的熔盐电解质包含NH4F。
5.权利要求4的设备，其中所述NH4F以14wt％至24wt％的浓度存在。
6.权利要求1的设备，其中所述一个或多个阳极是U形的。
7.权利要求6的设备，其中所述一个或多个阳极与铜汇流条相连。
8.权利要求6的设备，其中所述一个或多个阳极包含非石墨化碳。
9.权利要求1的设备，其中所述一个或多个阴极包含碳钢。
10.权利要求6的设备，其中所述一个或多个阳极具有长度和宽度并且通过相邻的阳极之间的间隙互相间隔开，其中所述间隙距离小于所述阳极宽度，以允许在所述阳极周围和后面的流动。
11.权利要求1的设备，其中所述电解质的液位高于所述池的底表面并且所述电解质的液位高于所述一个或多个阴极，致使所述一个或多个阴极完全浸没在所述电解质中并且致使所述一个或多个阳极延伸到所述电解质的液位之上。
12.权利要求1的设备，其中所述至少一种阳极气体包含选自三氟化氮(NF3)、氮气(N2)和氟(F2)的至少一种气体。
13.权利要求1的设备，其中所述至少一种阴极气体包含氢气。
14.权利要求1的设备，其中所述流量控制器还与同HF源连通的流量控制阀通讯并控制所述阀，并与同氨源连通的流量控制阀通讯并控制所述阀，致使随着电解进行和所述熔盐电解质被消耗，所述液位指示器向进给流量控制器发出需要补充电解质的信号，并且所述电解质进给流量控制器与所述流量控制阀通讯，并分别利用流量控制阀从氨源和利用流量控制阀从HF源将氨和HF进给到所述熔融电解质中。
15.权利要求1的设备，其中所述施加的电流密度在0.1至30A/dm2范围内。
16.权利要求4的设备，其中所述含氟化氢的熔盐电解质选自NH4F·HF和KF·NH4F·HF。
17.电解设备，其用于通过在施加的电流密度下电解含氟化氢的熔盐电解质来生产三氟化氮，所述电解设备包括：
电解池，其包括主体、池底部和池顶部，
其中所述电解池在各个阳极室和阴极室之间通过有孔隔膜分隔成一个或多个阳极室和阴极室，其中每个阳极室包含一个或多个包含内表面和外表面的阳极，并且每个阴极室包含一个或多个阴极，其中所述阳极室和所述阴极室被构造成致使所述一个或多个阴极的任何一个邻近所述一个或多个阳极的外表面并且没有阴极邻近所述一个或多个阳极的内表面；
所述一个或多个阳极和所述一个或多个阴极周围的熔盐电解质，其中所述电解质的液位由它距所述池顶部的距离限定；
用于从所述阳极室排出气体的至少一个阳极气体出口；和用于从所述阴极室排出气体的至少一个阴极气体出口，
其中所述一个或多个阴极距离所述多孔隔膜15至20mm，
所述一个或多个阳极距离所述多孔隔膜15至20mm，
所述一个或多个阴极距离池底部100至130mm，
所述一个或多个阳极距离池底部120至140mm，和
所述电解质的液位距离池顶部140至160mm。
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