CN1184167A - 电极与制造电极的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电极的制造方法,该电极由一连到下垫基座结构(1;11)的电极结构(3;14)构成,其中该方法的构成步骤有(a)在基座结构(1;11)上提供电极结构(3;14)并在所说基座结构与所说电极结构间提供接触丝极(2;12);以及(b)用电焊将所说基座电极,电极结构及接触丝极在接点(15)连在一起。本发明也包括由这种方法制造的电极,由根据本发明的电极构成的电解槽,及在电解中应用这种电极。

Description

电极与制造电极的方法

本发明涉及一种电极，一种制造这样的电极的方法，由根据本发明的电极构成的电解槽，以及在电解中这样的电极的使用。该电极是由一种电极结构构成的，这个电极结构借助于电焊在结构之间的接触丝安装到下垫基座结构上。

目前，由于其良好的材料特性，钛(Ti)在先进的电化学应用中是用于电解槽及电极的最普通的材料。然而，钛是不良导体并且当作为阳极操作时是钝化的。在工业电解槽中是通过钛的适当活化来克服这种钝化的。在许多电化学过程中使用薄膜。薄膜很薄且脆。薄膜对电流密度的变化也是敏感的。此外，为了不损坏薄膜，具有干净，平滑及均匀电极表面是很重要的。

电极的活性涂层通常是一种陶瓷材料，它实际上并不是用于焊接的，导致如在焊接点周围及其内部的软化及变形。因此，当焊接被涂覆的电极表面时，通常会损坏涂层。在电极表面上被损坏的涂层区域意味着电流在被损坏区域周围取另外的路径。因为目前电解槽内较高的电流密度与电流强度，所以由于这些被损坏区域，将会在电极表面上存在大的电流分布差。由于在电极表面上的大的电流分布差，将损坏薄且可变形的薄膜。

到目前为止薄膜质量限制了电解槽中可能的电流密度。但是由于发展中的以及明天的薄膜将可以承受目前薄膜每单位面积电流的两倍，对电解槽质量，电极结构的度量及电流分布变化的要求将会因此而增加。

在许多电解过程中，应用的是由网(net)，多孔细网(expandedmesh)，金属丝网(wire-gauze)，网格(grid)，细丝，棒等等形状的电极表面构成的电极，它的被焊到下垫结构上。通常是使用点焊(一种电阻焊接方法)。在由电阻焊接及其它接触焊接操作(电焊)所进行的焊接操作中，电源可以是不同类型的交流电(A.C.)及直流电(D.C.)。焊接的质量依赖于几种条件，如电流强度及电流类型。焊接时间及电极的机械压力也是重要参数。

焊接点的质量依赖于被联接表面间的电接触。由于这个事实即电极总是由具有不良导电性的催化活性材料所覆盖，焊接操作中的不良电接触或多或少总是个问题。不良电接触可引起导致表面损坏的电弧。弱接触可能需要较长焊接时间，由于增加的热量，它将导致张力及变形。改善这种接触的一个方法是增加电极上的机械压力，即在电极上的施加于被焊接材料的压力。然而，电极的增加的压力引起在焊接点周围材料表面上的损坏，当焊接条件如上所述不正确时，将导致破坏薄膜的粗糙和不均匀表面(如由于焊接电火花)，并且也可导致电极表面涂层的破坏。

US-A-5,373,134披露了一种电极，其正面当形成通路的细丝相配合。细丝通过沿每条细丝的多个无接触焊接固定点被焊接到下垫结构上。然而，用例如激光焊接将细丝焊接到基座结构上是相当复杂的，耗时的并且是操作困难的。

DE-B-2538000披露了一种双极电极结构，其构成为一个基板和一个网格状电极。用作电极的棒被连到下垫定位棒上以便形成具有可接受的机械强度的网络并使网格保持在一起。在将网格焊接到基座结构上之前作之种装配。这种电极并不是用于薄膜电解槽的。

EP-B1-0044 035披露了一种电极，其构成为一网型金属片，它被焊接于一个多孔平面电极支座上。

EP-A1-0080288涉及一种电极，其构成为一个片状金属带有凸块，其中所说凸块用例如焊接连到一个有小孔的片上。

此外，熟悉本领域的人熟知大而粗糙的连接细节可用于将细丝连到下垫表面的接点。这样的用于焊接点的大的和粗糙的连接细节不能用轮廓分明而于良好好的接触。

根据本发明的方法提供了一种制造电极的方法，其中上述所有缺点都被减至最小。

使用本发明，以焊接顺序建立一个最佳电接触，它导致均匀的电流分布及高质量的可靠连接点。焊接操作被简化，易于自动化并且只需低功率输入。

根据本发明，可选用各种电源以用于焊接的电流分布。焊接时间也可缩短。

根据权利要求，本发明涉及制造一种电极的方法，该电极由与下垫基座结构相连的电极结构构成，其中方法的构成步骤是：

(a)在基座结构上放置电极结构并且在所说基座结构与所说电极结构之间放置接触丝；

(b)用电焊将所说基座结构，电极结构及接触丝在接点连在一起。

接触丝用于形成具有高机械强度的平滑且耐久的焊接点。

接触丝一般可以任何次序来施加。或是先将接触丝加到基座结构上，或是先将接触丝加到电极结构上。最好是先将接触丝施加到基座结构上。

“丝”的另一个意义是接触细丝股线，因为它们用作在焊接到一起的表面之间的轮廓分明的接触。使用字“丝”意味着细或金属丝，根据本发明，它们可以具有的厚度范围在约0.05mm至约5mm的范围，丝的厚度从约0.1mm至约2mm是合适的，较合适的是从0.1至约0.8mm，更适合的是从约0.2mm至多到约0.8mm，并且最合适的是从0.3mm至约0.6mm。如果接触丝不是圆形的，则测量与电极的范围平行的丝最宽部分的厚度。接触丝可具有任何的延伸。

接触电极的几何横截面不是严格的，它们可以是例如圆形，方形，椭圆的，长方形或三角形，即使出于经济原因它也最好是大体的圆形。

如果丝是窄的并薄的则取得最佳机械稳定性，但是只要能获得足够的稳定性，接触电极间的距离不是关键。然而，可施加的接触丝的数目也是与电流以密度相关的。如果电流密度高，则接触电极的数目可以增加。如果电流密度低，则接触丝的数目可降低。

如果电极是带有易于损坏的薄膜来使用，电极表面应适当地平滑而且基本上设有例如可由焊接电火花引起的尖锐部分。

根据本发明的方法，可以用于钝化电极的复原，其中可将一新电极结构焊接在老的，钝化电极上，也可用于生产新电极。在用根据本发明的方法制造新电极的场合，接触丝极的横截面积可以甚至大于电极结构的厚度。在用新电极结构复原旧电极的场合，横截面积最好等于或小于电极结构的厚度。

根据本发明的方法可以适用于任何电化学过程的电极，特别是用于复原旧的，钝化的和磨损电极。使用本发明，新的活化的电极表面可在电化学工厂处来焊接。当这种工厂与电极制造厂的距离很远时，这尤为优越。

电焊接意味着在焊接电极与要被焊接的零件之间发生有电接触的焊接操作。因而，排除了无接触焊接法如激光焊接及电子束焊接。最好使用电阻焊接。

通过使用接触丝，由于小而尖的传导区域，建立了轮廓分明并可靠的接触表面。为了得到平滑的焊接接点，接触表面必须是均匀而且最好也是针尖状的。这种条件用于焊接操作的良好接触。如果接触是不良的或表面不是轮廓分明的，如果粗糙表面，则电流在区域周围另取路径。

电极结构可以被做成纵向或横向细丝，具有网，金属丝网，细网，网格或类似的形状。电极结构也可以是打孔板或多孔金属片(形成网).

下垫结构，也称作基座结构，最好包括通孔以促进电解液循环。

电极结构可具有细丝形状，细丝可直接加在接触丝板上或者如一最佳实验例，可将细丝连到支持细丝上，以形成网状，金属网状，细网状，网格状或类似的电极结构，这个电极结构被焊接于接触丝上。细丝可以与接触极的延伸相横向或相平行。电极带有基本平行的电导材料的细丝是合适的，细丝被连到下垫结构和接触丝并与之电接触。在一个最佳实施例中，这些电细丝形成如US-A-5,290,410及US-A-5,373,134描述的通路，这里将它们合并在一起用于参考。因而，细丝变形成形成通路的细丝，导致了用于电解液的循环及有效去除所形成的任何气体的大量的不间断的通路。

在其上焊有电极结构及接触丝极的下垫基座结构可以具有任何形状和结构。最好是下垫基座结构是一个模压(former)电极表面。作为可以修改的以前的工艺结构和电极的例子，可以提到普通金属片、打孔板电极，拉制金属网电极，具有纵向或横向棒、细丝或金属丝的电极，或是包括从普通金属片打孔而成的弯曲或垂直薄片的电极，这种薄片可竖直或水平延伸；例如隔栅(louver-type)电极。这些种电极对于那些本领域受过训练的人们是熟知的并且在例如上述EP415,896及GB1,324,427中已给予描述。一个根据本发明的最佳实施例是隔栅型电极，在一个实施例中下垫基座结构具有通孔。

一个完整电极，即不仅电极结构，接触丝而且下垫结构适当地由一种同样材料制成，例如Ti，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Cu，Zr，Nb，Ag，Pt，Ta，Pb，Al或其合金。如果电极用作阳极，就(Ti)或钛金属较好，而Fe，Ni或其合金在电极用作阴极时较好。电极结构，接触丝极和下垫基座结构根据打算用作阳极还是阴极用某种适当的，催化活化材料来活化也是较好的。也可使用只有电极结构被活化的电极。有用的催化材料是元素周期表中8B族的金属，金属氧化物或其混合物即Fe，Co，Ni，Ru，Rh，Os，Ir，或Pt，其中Ir和Ru尤为好。

本发明涉及一种制造电极的方法，其中接触丝极与电极结构及下垫结构通过沿每一个丝极的多个焊接固定点相连接。根据本发明的焊接操作条件，如果没有另外的说明，可在本领域受过训练的人们熟知的普通条件中变化。

在操作上述最佳电焊方法中，结果是实际接触点为一小的轮廓确定的接点，而其余的丝极基本不受影响，使得这个方法特别适用于非常薄的接触丝极，厚度从约0.1到约2mm较好最好是从约0.1到0.8mm。在接触丝极可机械拖出的同时，不损坏不垫结构，电接触良好。接下来，电极可再次带有接触丝极不需要任何进一步加工，这简化了钝化电极的复原。这种焊接方法可用于焊接通常用于制造电极的所有金属，并已证明具有很高的优势，尤其是如果接触丝极和/或下垫结构是由钛(Ti)或某种钛(Ti)合金制造的。由于例如电阻焊接具有高能量，制造时间可缩短。

这种方法不仅可用于制造电极也可用于修改已有电极。在制造电极时，出于实际操作原因，用催化涂层的任何活化最好在使用电极结构之前进行。然而一个已存在的电极可以带有在焊接期间不损坏活化涂层的电极结构。也可以向非活化电极或在用了很长时间后活性正衰退的电极提供活化电极结构，有关最佳尺寸及材料可参考根据本发明的描述。

接触丝极最好是弹性的并适当的卷在塑料薄膜上。接触丝极可以以这种方式很容易地作为卷盘而运送。在塑料薄膜的一面可带有胶水和浆糊。塑料薄膜也可用粘胶带。因而，接触丝极可以以在每个接触丝极之间的预定距离被卷在塑料薄膜上并粘在粘带或胶上。在将接触丝极焊接在表面上时，可在焊接接触丝极到表面的同时容易地为卷盘解开卷。

本发明也包括根据这个发明的方法可获得的电极，它包含一个电极结构及一个下垫基座结构，其中接触丝极通过电焊在接点上连到所说电极结构和所说下垫基础结构之间。这种电极在薄膜电解槽中电解生产氯酸盐或氯及碱金属时具有特别优势，而且在从稀释溶液中电化学再生金属或再生气体时也是很有用的。

此外，本发明涉及一个电解槽，它由至少一个与根据本发明的接触丝极相配合的电极构成。最好它的构成也有一个放置于阳极与一阴极之间的离子选择薄膜以与本发明的电极结构接合(engage)。此外，电解槽可根据本领域受训之人的所熟知的普通技术来设计。

最后，本发明涉及一种电解方法，至少电极之一是与根据本发明的接触丝极相连的一个电极。由于这种方法对材料及涂层只有极小冲撞，导致面对薄膜的表面平滑及均匀，所以它可以特别适用于薄膜电解槽的电解，特别是碱金属氯化物溶液的电解(例如用于生产氯及碱金属的Na或K氯化物溶液)。

现在将参照附图来更详细地描述本发明。然而，本发明并不限于被说明的实施例，在权利要求的范围内可以进行许多其它变形。

图1是一电极的示意顶视图，电极中接触丝极与下垫基座结构相连并也示出了接触丝极与电极结构的各种横截面。图2是带有接触丝极和电极结构的空心基座结构之侧视剖面图。图3是示出细丝电极结构的示意顶视图，而图4示出了图3中细丝电极的侧视剖面图。图5-6示出了带有用作电极结构的细丝的最终电极的侧视图。

图1中，接触丝极2可以连到下垫结构1上。也示出了不同种电极结构。电极结构可具有细网3a，网格3b(或形成通路细丝)或打孔金属片3c(例如隔栅电极)。接触丝极可具有不同的几何剖面。剖面可以是方形2a，圆形2b，三角形2c或长方形2d。

图2A示出了一金属片，带有打孔的分段折片4(sectional flap)，它在片的表面形成一打开的，空心结构。在折片4的上边缘，焊有接触丝极2。电极结构3焊在接触丝极2上。图2B示出了折片5，它是金属片打孔形成的，形成了一个被称作隔栅电极的电极。接触丝极2焊在折片5上而电极结构3连到接触丝极2上。在图2C中接触丝极2沿折片5的顶部放置，与结构中的开口相平行。电极结构3具有波形状，其中波形跟随隔栅结构的凹部。图2D中接触丝极2与结构中的狭长缝隙相横向放置。不仅接触丝极而且电极结构是波形的。

图3和图4示出了多个平行细丝14，形成通路16，与定位横向细丝13相连，这里使用定位细丝13并且它与下垫接触细丝12相垂直延伸，接触电极12是加到下垫基座结构11上。图4中，通常从上面看不见的焊接点15的位置已标出。

图5-6示出了由细丝14即形成通路的细丝确定的通路构成的电极，细丝通过焊接接触点被连到定位、横向的细丝13上。图5中定位细丝13与接触丝极12平行而延伸，由此也通过接触丝极12来支持通路形成细丝14。通过这种设计，沿电极正面形成基本完全不间断的通路。在图6的实施例中定位细丝13与横向接触细丝12相连。

Claims (15)

1.一种制造电极的方法，该电极包括一个与一下垫基座结构(1；11)相接触的电极结构(3；14)，其特征在于这种方法由如下步骤构成：

(a)在基座结构(1；11)上放置电极结构(3；14)并在所说基座结构及所说电极结构之间放置接触丝(2；12)；并且

(b)通过电焊在接点(15)将所说基座结构，电极结构及接触丝极连接在一起。

2.如权利要求1的方法，其特征在于接触丝具有从约0.1mm到约2mm的厚度。

3.如权利要求2的方法，其特征在于接触丝及具有从约0.1mm到约0.8mm的厚度。

4.如权利要求1的方法，其特征在于下垫基座结构(1；11)是孔板，网形金属，棒，细丝线或金属丝或由普通金属片冲孔而来的薄板状的多孔结构。

5.如权利要求1的方法，其特征在于电极结构是由网形金属(3a)制做的。

6.如权利要求1的方法，其特征在于电极结构是纵向的或横向细丝线(3b；16)制作的。

7.如权利要求1的方法，其特征在于接触丝具有圆形几何横截面。

8.由这种方法可获得的电极，包含一个电极结构(3；14)及一个下垫基座结构(1；11)，其特征在于接触丝(2；12)是在接点(15)由电焊连在所说电极结构及所说下垫基座结构之间的。

9.如权利要求8的电极，其特征在于接触丝具有厚度从约0.1mm到约2mm。

10.如权利要求9的电极，其特征在于接触丝及具有厚度从约0.1mm到约0.8mm。

11.电解槽，其特征在于它由至少一个根据权利要求8-10的任何一项的带有接触丝(2；12)的电极构成。

12.如权利要求11的电解槽，其特征在于它由一个阳极，一个阴极及设置于所说阳极及所说阴极之间的一个离子选择薄膜构成。

13.电解的方法，其特征在于利用根据权利要求8-10的任何一项的带有接触丝(2；12)的电极。

14.如权利要求13的方法，其特征在于使用薄膜电解槽。

15.如权利要求14的方法，其特征在于它包括电解碱金属氯化物溶液成氯及碱金属，阳极是一根据权利要求8-10的带有接触丝的电极。

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