CN1171342C - 隔膜式双极多元电化学反应器 - Google Patents

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Abstract

一种多元组件是通过交替堆积两种预组装件而形成的，即一种是双极电极保持组件，另一种是隔膜保持组件。交替元件堆被堆积在下端件上，通过在最后的隔膜保持件上放上一个顶端电极而完成堆积。每个双极板电极保持组件和每个离子交换膜保持组件包括一个基本上相似的矩形框架，它由不导电且耐化学试剂的材料制成并且通常是由模塑材料制成，它在其上表面(装配面)上具有容纳o形垫圈的槽，并且它具有一个从第一平面起内缩的内法兰部(19)以及一个不导电的定位对接法兰(4，15)，它还具有处于配合位置上的通孔和凹槽，它们沿矩形框架的相反两侧设置，在完成装配时，它们形成了用于使阳性电解液和阴性电解液分头分别经过所有阳性电解液流动室和阴性电解液流动室级联循环流动的通槽。双极反应器没有用于这两种电解液的入口支路和出口支路，电解液按照锯齿形流动路线流过各流动室，即实质上按照液压串联或级联方式。最好在毡电极中形成两列平行流通通道。每一列形成了一个梳形流动分配通道网，其平行的指形通道与另一列的指形通道交错。

Description

隔膜式双极多元电化学反应器
技术领域
本发明涉及在各阳性电解液和阴性电解液中进行还原氧化反应而没有在电极上生成出气体的电化学反应器。确切地说，本发明涉及用于实施氧化还原流动电池系统的隔膜式双极多元电化学反应器。
背景技术
氧化还原流动电池系统作为有效的能量转换系统越来越引人注目。在氧化还原电对选择物中，所有的钒反应系列是最优选的方案之一。
在结构上，为氧化还原流动电池系统提出的电化学反应器是从为普通电解过程设计的电化学反应器中衍生而来的，唯一的改变就是用作电极的材料。
通常，被用作氧化还原电池的电化学反应器传统地由通过离子交换膜隔开的双极板电极单元堆构成，它们在每片膜的一侧限定出一个阳性电解液流动室并在其另一侧限定出一个阴性电解液流动室。这摞双极单元堆以过滤装配方式被组装在两个端电极之间。
这些单元一般具有一个带并列通孔的框架，这些通孔构成了用于两种电解液的多个出入管，即所述电解液分别通过阳性电解液流动室和阴性电解液流动室以并行方式循环流动。这些单元通常以垂直位置安装并且工作。
象在氧化还原电池中电串联大量双极单元以便在电池两端获得足够电压的组装工作，定位无数用于密封各电解液流动室外周和框架通孔外周的垫圈以便形成这两种电解液的多个出入口管以及最后通过用拉杆压挤该堆的两个端件来压紧压滤组件是要非常小心翼翼并且需要专业技术人员的费时工作。
就在不中断的电解液流体脉管中减小所谓杂散电流或旁路电流而言，电解液穿过各流动室的并行流动有严重问题，这是由于在管道中的电解液为杂散电流或漂移电流提供了无数通路，其中这样的电流是由存在于各双极单元之间的相互电压差驱动的，所述双极单元在两个端电极之间电串联工作，在所述两个端电极上始终存在着最大电池电压差。旁路电流或杂散电流降低了转换系统的能量效率，但更严重的是，由于在导体表面上存在很高的半电池电压，所以它们在导体件(如碳棒)上造成严重的腐蚀现象。
另一方面，氧化还原系统需要较大的经过反应器电解液流动室的电解液流速以便在电极上保持最佳的半电池反应条件，而这种要求可能意味着需要在相对较高的正压力下使双极电化学反应器工作。
与传统电化学工艺不同地，氧化还原流动电池系统还被预期用于环保汽车，而功率/重量比是一个很重要的参数。
发明内容
本发明的一个主要目的是提供一种用于在各阳性电解液和阴性电解液中进行半电池还原氧化反应而没有放出气体的隔膜式双极多元电化学反应器，它的结构因能通过允许水平堆叠彻底预组装的元件而组装起来更容易，其中一个组装在另一个顶上，并且它适用于在双极元件的同样水平定位的条件下工作。
根据本发明的上述用于在各自的阳性电解液和阴性电解液中进行半电池还原氧化反应而没有气体释放的隔膜式双极多元电化学反应器，它包括多个交替设置的双极板电极件和离子交换隔膜件，在每个隔膜一侧形成一个阳性电解液流动室并在隔膜另一侧形成一个阴性电解液流动室，这些元件以压滤器装配(SS，TR，N)被密封地装配在两个端电极件(T+，P+，T-，P+)之间，这两个端电极与一个在功能上包括一个迫使电流经过电化学反应器的电源或一个吸收来自电化学反应器的电流的耗电负载的电路电连通，所述双极板电极件和离子交换隔膜件包括一个由不导电且耐化学试剂的材料制成的且与密封垫圈构件(8，9，9′，23，23′)配合的框架部(1E，1M)，并且具有在配合位置上的通孔和凹槽(24，24′，26，26′，25，25′，27，27′)，在装配时，这些通孔和凹槽构成了用于使阴性电解液和阳性电解液级联地在所有所述阴性电解液流动室和所述阳性电解液流动室中分开地循环的通槽，其特征在于，双极板电极件和离子交换隔膜件的所有框架(1E，1M)都具有一个内法兰部(6，19)，它从框架的第一平面凹进，所述第一平面是框架的另一表面的相反侧，框架的所述另一表面具有容纳O形垫圈(9，9′，23，23′)的凹槽，所述O形垫圈(9，9′，23，23′)环绕通过电解液的通槽通孔，并且围绕一个密封外周(8)，在内法兰部(6，19)上容纳双极板电极(16)或离子交换隔膜(2)的外周部；多个定位销(7，18)伸出该凹进的内法兰部(6，19)的表面并穿过装于内法兰部(6，19)上的板电极(16)或隔膜(2)的外周部的孔(3，17)；一个由不导电且耐化学试剂的材料制成的并且具有与所述定位销(7，18)的位置配合的孔(5，17)的定位对接法兰(4，15)，所述对接法兰就功能而言被安装在框架(1M，1E)的所述内缩法兰部(6，19)上的板电极(16)或隔膜(2)的所述外周部之上，并且通过突出到对接法兰(4，15)的所述配合孔(5，17)外的所述定位销(7，18)的热压平头而被永久地固定在其上；预组装的双极板电极件和隔膜件适于制备成以水平位置交替堆叠的预组装件，承载O形垫圈(9，9′，23，23′)的框架的所述另一表面面朝上。
根据本发明的上述电化学反应器，其特征在于，所述的每个框架部(1M，1E)的所述另一表面和所述第一平面分别具有多个键对准销(10，20)和插孔(11，21)，分别具有相互不同的形状，由此防止了双极板电极件和离子交换隔膜件以不正确的交替顺序和/或不正确的方位堆叠。
根据本发明的上述电化学反应器，其中，所述内法兰部(6，19)、双极板电极件(16)和离子交换隔膜件(2)成矩形，并且所述框架部具有凸状的外侧面。
根据本发明的上述电化学反应器，其中，所述阴性电解液(-)和所述阳性电解液(+)在各自流动室内沿每个离子交换隔膜(2)相对侧的流向是彼此相反的。
根据本发明的上述电化学反应器，其中，每个所述双极板电极(16)由流体密封式导电板(13)构成，它在其两个相反的表面上具有成碳纤维织物或毡形式的多孔的、透流体的三维电极结构，它们导电地与所述导电板(13)粘接在一起，电解液沿一侧进入电极室并从另一侧流出电极室；其特征进一步在于，所述多孔电极结构(14)具有两个不同的梳形通道网(S，s1，s2，…，sn；D，d1，d2，…，dn)，一个通道网的指形通道(s1，s2，…，sn)基本上相互平行并且与另一个通道网的基本上相互平行的指形通道(d1，d2，…，dn)交错，第一或源梳形通道网的基通道或歧管通道(S)沿电解液被送入该电极室的电极室那侧，第二或漏通道网的基通道或歧管通道(D)沿电解液流出该电极室的相对的那侧；一个通道网(S，s1，s2，…，sn；D，d1，d2，…，dn)的所有指形通道起始于各自的基通道或歧管通道(S，D)，延伸至尚未到达另一个通道网的歧管通道(D，S)。
根据本发明的上述电化学反应器，其中，由穿过双极板电极件(1E)和离子交换膜件(1M)的每个框架部厚度的所述通孔形成的使阳性(+)电解液和阴性(-)电解液分开地循环的通槽是由沿基本上成矩形的框架部的一侧上间隔设置的两个或多个孔形成的。根据本发明的新型结构的一个基本方面，多元电池组件是通过交替堆叠两种预组装元件而形成的，其中一种是双极电极保持组件，另一种是膜保持组件。
当然，交替的元件堆被堆叠在底端件上，通过把一个顶端电极件安放在最后的膜保持件上而完成堆积。随后，在该元件堆上通过拉紧许多拉杆而压紧这两个端电极件，所述拉杆一般布置在堆叠元件的四周，按照通常作法，借助有效安装在各元件框架的配合面之间的垫圈以液力密封方式紧固压滤堆叠元件。
根据本发明结构的一个主要方面，每个双极板电极保持件和每个离子交换隔膜保持件包括基本上相似的矩形框件，它有不导电的且耐化学试剂的材料制成(通常是模塑材料)，它在其上表面(装配面)上具有容纳O形垫圈件的槽并且在并列位置上具有通孔和凹槽，这些孔和凹槽分别沿矩形框架的相反两侧设置，在完成装配时，它们构成了用于使阴性电解液和阳性电解液分头经过所有阴性电解液流动室和阳性电解液流动室的循环的通道。阴性电解液沿阴性电解液流动室的第一侧流入并流过该室而流向相反侧或第二侧并流出该室，随后流过保持电极的框架并列孔以及保持下个隔膜的框架，最后到达下个阴性电解液流动室的高度并从流出先前的阴性电解液流动室同样的第二侧流入，并从其流入先前的阴性电解液流动室的同样的第一侧流出该下个阴性电解液流动室，随后流过下一对框架的并列孔到达下个阴性电解液流动室的高度，并继续这样流动下去。按照通过电池的逆流或等流的方式，也为阳性电解液布置了相同的流道。
实际上，双极电化学反应器没有用于两种电解液的入口支管和出口支管，相反地，电解液按照锯齿形路径经过各自的流动室，即实质上按照液压串列或级联方式，而不是液压平行方式。
这样一来，旁路电流可以只由约一个单元电压的电压差驱动并且实际上可以忽略不计，最重要的是没有造成导电件腐蚀。
这两种预组装元件被配合地“键合”起来以防止错误地交替堆积和错误地定位以及没有很准确地对准而形成双极电池。
除了形状适当的键销和孔以及通孔位置和与流动室连通的槽部外，对于这两种元件来说，模塑框架基本上是相同的。
实际上，每个框架具有一个从框架底面(装配面)起内缩的内法兰部，所述底面是具有容纳环绕电解液流通孔和所述室的外密封外周的O形垫圈的槽的那一面的相反面。
在预组装这两种元件时，在内法兰部上安装了双极板电极或离子交换隔膜的一个边比较窄的外周部。
这两种框架可以方便地由不同颜色或色调制成以便识别出谁被指定用于容纳双极板电极或离子交换膜。
安装有离子交换膜或双极板电极的法兰部表面具有许多按顺序间隔的且伸出法兰表面外的定位销。
板电极和离子交换隔膜明显分开并且配备有并列通孔，各自框架的定位销插入所述孔中。
一个由不导电且耐化学试剂的材料形成(通常是与各自框架的颜色和材质相同的材料)的定位对接法兰也具有许多与定位销位置配合的孔并且它就功能而言安装在隔膜或板电极的外周部(属于特殊类型的框架)板电极或隔膜被安置在框架内缩法兰部上。
定位对接法兰的固定定位是通过用热工具碾平定位销突出部并由此把双极板电极或离子交换膜永久固定在各框架的中心窗口内。
其中装入定尺双极板电极和膜的框架窗的矩形形状尽可能减少了昂贵膜和双极板材的浪费。对接法兰的紧固有效地密封住了膜或双极板电极的外轮廓，由此防止了电解液混合，结果减少了垫圈数。如果需要，例如为了安装很薄的膜，也可以使用垫圈。
这种布局允许颠倒此预组装元件，而不用担心安装的双极板电极或离子交换隔膜会掉落并因此允许简单地把O形垫圈安装在适当配有容槽的框架相反表面上。
每个第一种预组装件可以被颠倒过来安放在元件堆的顶部，O形垫圈在将下一个另一种类预组装件安放在顶部之前可以被安放在各自槽中，其容易容放O形垫圈和另一个第一种预组装件如此进行下去，直到完成堆积。
键销和孔除了迫使正确地交替堆积和定位双极板电极和隔膜预装件外还对元件平面产生正确取向作用，从而通孔和槽部彼此配合，由此实现了用于两种电解液的锯齿形串列流道。
电池堆最好由分别由四个交替配对件构成的整数倍组件构成：两个膜件和两个双极件，电池具有偶数单元。这样一来，每种电解液将从同一侧出入电池。
通常并且最优选地，电极由碳纤维的多孔织物或席构成，它们与在导电双极板电极另一侧上的相似的电极结构电连续，从而形成基本上三维的有效面积大的电极结构，它相当深地进入有关电解液流动室中。
这种适应提高在电极处的可允许半电池反应处理速度的需要而进行的配置与需要减小电动机所吸收能量的需要形成对比，所述电动机驱动这两种电解液的泵以使它们以足够的流动速率通过多个各自的流动室。
当穿过所有流动室的电解液的平行流动从公用入口管流向公用出口管而级联地从一个室流向下个室并从堆积元件一端流向相对一端时，该问题更严重了。
尽管级联方式对于消除因旁路电流的任何腐蚀问题很有效，但这必然意味着通过两种电解液电池的增大的压降。
根据本发明电池结构的一个重要选择特征，在使用从密封的导电双极板中伸出的多孔三维电极的情况很有用，这种在使用侵入流动室中的多孔席状电极时因使用串联或级联的经过各流动室的电解液流道而引起的压降增大实际上被消除了，同时减少甚至消除了在多孔电极和离子交换隔膜之间的残余间隙或无阻碍流动空隙，它们甚至可以被安放成相互接触以便尽可能减少电解液中的欧姆损失。
本发明以此满足了这些看似矛盾的条件，即在多孔电极中形成(切割)两列平行流通道，每一列的所有平行间隔流通道起始于一个沿各自室的入口或出口侧形成的公用垂直主路通道并且结束于到达另一列的主路通道之前。每一列形成了一个梳形流动分配通道网，其平行的指形通道与另一列的指形通道交错。
实际上，一个梳形通道网具有主路或支路通道，它们沿与电解液进入室的入口槽连通的室的一侧延伸，而另一个镜象梳形通道网的平行指形通道与第一通道网的平行指形通道交错，其主路或支路通道沿与电解液出口槽连通的室的相对侧延伸。
交错的指形流动通道或一列互相平行地运行，每个终止于另一列交错平行指形通道的支路主通道前面。因此，每个入口或“源”流通道被两个相邻出口或“漏”流通道间隔开了一段等于三维多孔电极材料条的宽度，由此分隔开了可最终被切入其中的平行通道。
交错的各列入口和出口电解液流动通道均匀地分配电解液，而在整个流动室的电极区内均匀地减少了压降，由此在整个三维多孔电极块范围内提供了流动分配通道。
当知道了电解液以预定流速经过三维多孔电极材料的比压降以及设置了两列交错的且彼此间隔适当的“源”和“漏”流通道时，可以把压降预先设定在某个范围内。
除了对串联地从电池一端到另一端流过各流动室的电解液的压降出色地减少外，我们还发现，这种源流通道和漏流通道交错的结构(适当穿过三维多孔电极厚度)出色地提高了电池的电化学性能，因为在整个电池的电池面积内获得了更均匀分布的电流密度。
附图说明
通过以下对几个优选实施例的描述并通过参见附图，新型的电化学电池结构的有关优点和不同特征将变得更加清楚。其中：
图1是根据一个优选实施例的膜件和双极电极件的分解视图；
图2是一个颠倒膜件的局部视图，它详细画出了该膜件被装入矩形框架窗中的方式；
图3是一个颠倒双极电极件的局部视图，它详细画出了该膜被件装入矩形框架窗中的方式；
图4是根据本发明一个优选实施例的双极板电极的平面图，它采用了碳毡或碳织物形式的电极结构；
图5是图1、3的双极板电极的局部横截面图；
图6是组装完后的电池组堆的横截面三维视图。
具体实施方式
图1-图5表示根据本发明的一个优选实施例实现的电池。
图1的分解图表示两种预组装件，即膜件和双极板电极，图1示出了根据一个优选实施例的本发明结构的整体说明图。
膜件的框架部1M和双极电极件的框架部1E在许多方面基本相似。它们都是模塑件如由聚丙烯模塑成的，对这两种框架1E、1M采用不同的模具以便获得适当地不同的键销和孔。
根据一个最优选的实施例，模塑框架1E、1M限定出一个矩形内窗，但是，框架外周不是矩形的，而是被弯曲成特殊形状，这要取决于框架每一侧具有外凸形外边，由此使得靠近每侧中心部的框架横截面宽度大于靠近角部的框架横截面宽度。在考虑到承受电解液压力的要求的前提下，这种特殊的框架形状使重量/结构强度达到最佳。确切地说，组装完成电池组件经过液压实验以便承受最大接近5个大气压的电解液压力。我们发现，框架体侧面的外凸形状因降低了应力集中并获得了最有效的重量/压强比而最适应于抗弯强度要求。
在图1的分解视图中，示意地由流动线画出了阳性电解液和阴性电解液经过各阳性电极流动室和阴性电极流动室的流道，它标出了各阳性(+)和阴性(-)符号。
根据电池元件的堆叠方位而画出了电解液流道，这些元件从水平搁置的底部端子件开始，所述端子件由一个阳性端电极构成。
在图中，下元件是一个膜件，它如图所示地是被切成矩形的薄膜2，所述薄膜可以是阳离子交换膜如磺化聚乙烯或聚苯乙烯磺酸膜或者类似的耐化学试剂膜或者阴离子交换膜。
定尺膜2也具有许多沿其外周部而在预定位置上冲成的许多孔3。相似地，一个固定对接法兰4(通常由与框架1M相同的材料制成)在预定位置上具有孔，这些孔的位置与膜2孔3的位置重合。
参见图2，它画出了掉转180度的图1所示膜件的放大局部视图，该图示出了膜2和固定对接法兰4是如何安放在框架1M的凹缩内法兰部6中的以及膜和定位对接法兰4的并列孔3、5是如何分别安装在位于法兰部6表面上的那排模塑定位销7上的。
橡胶垫圈可以在安装膜2之前设置在法兰部6上，第二橡胶垫圈可以设置在膜2和固定对接法兰4之间以便在膜2的两侧调整出所需的流动室深度和/或防止阴性电解液因可能存在于隔膜2两侧的两个流动室中的压差而漏入阳性电解液中或反之。
或者，可以在预组装配元件时采用适当的密封材料如硅胶密封剂以确保防泄漏的装配。
通过适当的工具，定位对接法兰4最终被压到膜上并且突出到对接法兰4的孔5外的定位销7端部通过使用加热工具而被热镦粗，这造成销7的模塑尖端被压入固定法兰4的细锻孔5中。
在镦粗定位销7时，元件被完全预组装起来并且可以颠倒地堆叠在一个上次安装的双极电极件上，而不用担心预组装膜会掉落。
另外，如果尚未安装的话，则膜件的模塑框架1M的上表面容易容纳一个外周的密封O形垫圈8和两个阴性(或阳性)电解液通槽O形圈9、9′。
膜件模塑框架1M的上表面具有至少两个且最好是四个键销10，在本例子中，这些键销具有椭圆形横截面，而在下表面上(可以从图2中看到一部分)，设置了两个或最好是四个销孔11，它们在所示例子中具有圆形横截面。
在如图所示的例子中，完成电池组装的拉杆穿过成型于所有框架的外周部以及两端部件的外周部上的孔12并探出到外周密封O形垫圈8外。
图1分解图所示的上组表示双极电极件。
根据本发明电池的一个最优选实施例，双极板电极是导电组合物，它包括一个中心导电片13，这个导电片通常是1-3毫米厚或更厚的玻璃碳片，它在相反表面上粘附有碳毡电极构件14，所述碳毡电极构件的厚度通常为1-5毫米或更大。
毡电极14被导电地粘附到导电隔膜13上并且具有比较开放的结构，以至它容易被流过电极室的电解液渗透。
双极板电极组合物13-14被安装在由模塑热塑料构成的框架1E中，所述热塑料一般和膜件框架1E的制作材料属于相同类型。
总的来说，双极板电极的预组装与膜件的预组装相似。
在导电弹片隔膜13的外周部上的多个并列孔(配合孔)16以及在定位对接法兰15内的孔17和在框架1E内缩内法兰部19上的定位销18(图3)的不同布置将防止可能在预组装这两种堆叠件时出错。
图3是颠倒180度的图1所示双极电极件的放大局部视图。
与膜件的框架1M不同的是，双极电极件的框架1E在上表面上具有键销20(图1)，所述键销的圆形横截面的直径能够适当地使键销嵌入在膜件框架1M底侧的圆形孔11中。如图3的颠倒图所示，在双极电极件的模塑框架1E的上侧(图1)，设置了具有椭圆形横截面的孔21，所述孔适于容纳在膜件的模塑框架1M顶侧的键销10。
与膜件的框架1M相似地，双极电极件的框架1E在其上表面上具有用于容纳外周密封O形垫圈22和两个阳性(或阴性)电解液通槽的O形圈23、23′的槽。
根据附图所示的一个最优选的实施例，多孔碳席电极14具有两列不同的或两个由不同的平行交错的电解液分配槽构成的通道网，它们沿流过各电解液流动室的电解液的相同方向分布并从分别用于阳性和阴性电解液的入口凹槽24、24′和25、25′开始通向出口凹槽26、26′和27、27′，它们在功能上位于室的相反两侧。
当然，尽管本实施例中示出了两个通槽和相对槽，但是根据电池侧，可能只有一个通槽和槽，或者任何数目的通槽或槽用于更好地分配液体和/或减少液压降。
如图1、3、4、5所示，第一“梳形”通道网具有指形通道s1、s2、s3…sn，它们彼此平行地从主路(底面)通道或支路通道S起延伸，所述通道的指形通道是沿电解液流动室侧面形成的，电解液通过该通道并经入口槽流入室中，入口槽与各电解液通槽相连，并且所述支路通道S结束于到达对应通道或底面通道D之前，所述底面槽是沿流动室的相反侧形成的，电解液在这里通过出口槽流出该室，出口槽与个电解液通槽相连。
相似地，第二梳形通道网具有指形通道d1、d2、d3…dn，它们彼此平行地从主路或支路通道D起延伸并且它们和第一梳形通道网的指形通道s1、s2、s3…sn交错。所述第二通道网的指形通道d1、d2、d3…dn结束于到达第一通道的主路或支路通道S之前。
这两列交错通道s1、s2、s3…sn和d1、d2、d3…dn构成了一个电解液分配(源流)通道网和一个电解液排空(漏)通道网。
如图4和图1、3所示，用于流入电解液和流出流动室的电解液的各主路或支路的通道S、D是通过设置离流动室侧壁有一段距离而结束的毡电极14而形成的，从而通过入口槽24、24′(图3)或25、25′(图1、4)进入流动室的电解液能够在其主路或支路的入口通道S中分配电解液并最终沿源流指形通道s1、s2、s3分配电解液。
与源流指形通道交错的漏流指形通道d1、d2、d3…为流向出口槽27、27′(图4)的电解液提供了许多排流通道。
这样一来，电解液最终分配在整个多孔碳纤维毡14的范围内，结果压降减少。
如图4的理想流动情况示意所示地，电解液实际上横流过碳毡的有限区域，这有效地在整个有效电极表面范围内更新了电解液，这是基于以下事实，即配合的交错源流通道网和排流(漏流)通道网在整个电解液流动室范围内提供了一个压降可忽略不计的流道。
我们发现，利用这样的通道网电极结构，碳毡电极可以占据电池的电解液流动室的整个深度，由此允许隔膜直接靠在通道化的碳毡电极表面上，从而缩小了电解液的欧姆压降。
这两个通道网可以通过在已经把碳毡电极粘在双极板电极13只后或只前切割碳毡电极而成型于其中。确切地说，可以通过用冲头冲切来预制碳毡电极并且把它粘在衬底上以便于在整个粘接工序中进行搬运。衬底可以最终剥离粘附电极的表面或用其它适当方式除去。
图5是本发明电池的组合双极板电极的独特结构的放大局部视图。
图6是装配后的电池组的横截面三维视图。
下端电极(在所示实施例中由阳性碳电极构成)T+和上端电极T-分别安装在坚固的模塑端板P+、P-中，通过一块不锈钢应力板SS来加强所述端板，压缩螺母Mz在拧紧拉杆TR时作用在所述端板上。
使用塑料端板P+、P-有助于在外电路中形成最佳密封和防腐蚀的电池点连接端子。
如图所示，本发明的电池除了能够水平装配外，它还可以在工作中被保持在这样的水平位置上。
所有阳性电极在各电池隔膜下的方位以及固化所有阴电极在隔膜上的方位是优选取向。
实际上，在工作中，阴电极释放氢气和阳电极释放氧气的最小量可能会偶然出现。
根据这个优选取向，最终释放的氧气将通过浮力升向隔膜，氢气将走向阴电极的底面，氢气和氧气最终随电解液流出。
这样一来，氧气连续接触碳电极底板(这将造成碳氧化(腐蚀))得到最大程度的抑制。另外，如果颠倒电池组，则基本上可透氢气的聚合物膜能够允许少量氢气透过隔膜。
我们发现，安装电池元件并且基本上水平定位而不是象传统那样垂直定位地工作的能力是很有利的，这不仅是由于装配电池很容易，而且电池工作也很容易，尤其是在具有很大电池面积的电池的情况下。垂直定位降低了机械应力并且允许更有效地构成元件并且还减轻了液压密封困难。

Claims (6)

1.一种用于在各自的阳性电解液和阴性电解液中进行半电池还原氧化反应而没有气体释放的隔膜式双极多元电化学反应器，它包括多个交替设置的双极板电极件和离子交换隔膜件，在每个隔膜一侧形成一个阳性电解液流动室并在隔膜另一侧形成一个阴性电解液流动室，这些元件以压滤器装配(SS，TR，N)被密封地装配在两个端电极件(T+，P+，T-，P+)之间，这两个端电极与一个在功能上包括一个迫使电流经过电化学反应器的电源或一个吸收来自电化学反应器的电流的耗电负载的电路电连通，
所述双极板电极件和离子交换隔膜件包括一个由不导电且耐化学试剂的材料制成的且与密封垫圈构件(8，9，9′，23，23′)配合的框架部(1E，1M)，并且具有在配合位置上的通孔和凹槽(24，24′，26，26′，25，25′，27，27′)，在装配时，这些通孔和凹槽构成了用于使阴性电解液和阳性电解液级联地在所有所述阴性电解液流动室和所述阳性电解液流动室中分开地循环的通槽，
其特征在于，
双极板电极件和离子交换隔膜件的所有框架(1E，1M)都具有一个内法兰部(6，19)，它从框架的第一平面凹进，所述第一平面是框架的另一表面的相反侧，框架的所述另一表面具有容纳O形垫圈(9，9′，23，23′)的凹槽，所述O形垫圈(9，9′，23，23′)环绕通过电解液的通槽通孔，并且围绕一个密封外周(8)，在内法兰部(6，19)上容纳双极板电极(16)或离子交换隔膜(2)的外周部；
多个定位销(7，18)伸出该凹进的内法兰部(6，19)的表面并穿过装于内法兰部(6，19)上的板电极(16)或隔膜(2)的外周部的孔(3，17)；
一个由不导电且耐化学试剂的材料制成的并且具有与所述定位销(7，18)的位置配合的孔(5，17)的定位对接法兰(4，15)，所述对接法兰就功能而言被安装在框架(1M，1E)的所述内缩法兰部(6，19)上的板电极(16)或隔膜(2)的所述外周部之上，并且通过突出到对接法兰(4，15)的所述配合孔(5，17)外的所述定位销(7，18)的热压平头而被永久地固定在其上；
预组装的双极板电极件和隔膜件适于制备成以水平位置交替堆叠的预组装件，承载O形垫圈(9，9′，23，23′)的框架的所述另一表面面朝上。
2.如权利要求1所述的电化学反应器，其特征在于，所述的每个框架部(1M，1E)的所述另一表面和所述第一平面分别具有多个键对准销(10，20)和插孔(11，21)，分别具有相互不同的形状，由此防止了双极板电极件和离子交换隔膜件以不正确的交替顺序和/或不正确的方位堆叠。
3.如权利要求1所述的电化学反应器，其中，所述内法兰部(6，19)、双极板电极件(16)和离子交换隔膜件(2)呈矩形，并且所述框架部具有凸状的外侧面。
4.如权利要求1所述的电化学反应器，其中，所述阴性电解液(-)和所述阳性电解液(+)在各自流动室内沿每个离子交换隔膜(2)相对侧的流向是彼此相反的。
5.如权利要求1所述的电化学反应器，其中，每个所述双极板电极(16)由流体密封式导电板(13)构成，它在其两个相反的表面上具有成碳纤维织物或毡形式的多孔的、透流体的三维电极结构(14)，它们导电地与所述导电板(13)粘接在一起，电解液沿一侧进入电极室并从另一侧流出电极室；其特征进一步在于，所述多孔电极结构(14)具有两个不同的梳形通道网(S，s1，s2，...，sn；D，d1，d2，...，dn)，一个通道网的指形通道(s1，s2，...，sn)基本上相互平行并且与另一个通道网的基本上相互平行的指形通道(d1，d2，...，dn)交错，第一或源梳形通道网的基通道或歧管通道(S)沿电解液被送入该电极室的电极室那侧，第二或漏通道网的基通道或歧管通道(D)沿电解液流出该电极室的相对的那侧；
一个通道网(S，s1，s2，...，sn；D，d1，d2，...，dn)的所有指形通道起始于各自的基通道或歧管通道(S，D)，延伸至尚未到达另一个通道网的歧管通道(D，S)。
6.如权利要求1所述的电化学反应器，其中，由穿过双极板电极件(1E)和离子交换膜件(1M)的每个框架部厚度的所述通孔形成的使阳性(+)电解液和阴性(-)电解液分开地循环的通槽是由沿基本上成矩形的框架部的一侧上间隔设置的两个或多个孔形成的。
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