CN1238014A - 电化气体扩散半电池 - Google Patents

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Abstract

基于一个气体扩散电极(5)作为阴极或阳极的电化半电池具有一个由一个或多个气袋(2a，2b，2c，2d)构成的气体扩散电极的气室、一个离子交换隔膜(40)、一个支承结构(11)、一根进气管(21)、一根出气管(22)、一根电解液进入管(20)、一根电解液排出管(22)和一个外壳(13)，其特征在于，气体扩散电极(5)与一个或多个气袋(2a，2b，2c，2d)连接成一个或多个组件(1a、1b、1c、1d)，该组件可拆卸地固定在支承结构(11)上，其中进气管(21)和出气管(22)与气袋(2a、2b、2c、2d)构成一个可拆卸的连接。

Description

电化气体扩散半电池
在压力补偿的电化电池中使用气体扩散电极在较大结构高度的情况下需要将气室再分成上下平放的区段即所谓气袋，这些气袋在相应边缘区内与电极电接触，并须气密性密封。例如在德国专利公开说明书DE 44 44 114 A1中描述了具有这种基本结构的半电池。但该专利文献提出的结构有一个缺点：气体扩散电极的接通和密封相当麻烦。为了使相对于电极反应的电极的无效面积保持尽可能小，电极与气袋尽可能以窄的空间进行接触和密封。
本发明旨在提出一种尽可能充分利用有效电极面积的电化气体扩散半电池，其中，电极设计成与气袋一起在必要时以组件的方式可以取出，这样就可在边缘接触下气密地将电极预装在气袋上，而且简化了在半电池中气体扩散电极工作时的电接通。
本发明的另一个目的是这样设计半电池和电极-气袋组件，使半电池的组件也可用简单方式与一个常规电极例如产生氢气的镍电极进行更换。
本发明的上述目的是这样实现的，装有气体扩散电极的气袋设计成在必要时也可单个从半电池中取出，并与其气体供应管或压力补偿管以及与电连接可拆卸。其中，气袋作成紧凑的平面元件，其前端由气体扩散电极这样封闭，即在电极装入半电池中时，电解液不流到气室中，或没有气体从气袋中反方向流出。
根据本发明，基于一个气体扩散电极作为阴极或阳极的电化半电池具有一个由一个或多个气袋构成的气体扩散电极用的气室、一个离子交换隔膜、一个安装电极用的支承结构、电极的电连接、到气袋的一根进气管、到气袋的一根压力补偿出气管、一根电解液进入管和一根电解液排出管以及一个用来安装电池组成部分的外壳，其特征在于，气体扩散电极与气袋连成一个组件，该组件可拆卸地固定在支承结构上，其中，进气管和出气管与气袋构成可拆卸的连接。
在一种优选结构型式中，气室分成多个相互独立地供应电极气体的气袋，这些气袋必要时相对于位于气体扩散电极前面的电解液室进行压力补偿。
在多个气袋组件情况下将单个组件相互独立地、可拆卸地固定在支承结构上，这样的半电池是特别有利的。
固定在气袋上的气体扩散电极易于拆卸，以便可更换老化的电极，这种结构型式也是特别有利的。
进气管或出气管最好用弹性软管与气袋连接，以便于在松开离子交换隔膜后取出气袋。
另一个可选方案是，也可用作为锁紧密封加工的和作为气泡通道设计的进气管，并用相应的压力补偿插入元件。
在本发明半电池的又一种优选结构型式中，气袋组件借助于结构元件定位在半电池中，并与外部电源电连接，以及在必要时密封到这样的程度，使来自通流的电解液间隙的电解液不以无控制的方式流入气袋后面的压力补偿空间。其中，结构元件这样定位气袋组件，使气体扩散电极同时用作在电解液流入气体扩散电极和离子交换隔膜之间的电解液室中时所通过的电解液间隙。
气袋组件与一个外部的例如连接在半电池外壳上的电源的接通可这样改进，即除了在边缘区的挤压接触外，这些气袋组件借助于一个例如从其后侧，即离气体放电电极的一侧与半电池外壳压接的下部结构通过弹性导电接触元件(例如弹簧接点)接通。
通过边缘区的电接触和通过分布在电极整个面积上的电极的接触可实现低电阻的电极供电。
在本发明半电池的另一个优选方案中，气体扩散电极朝气袋气室的一侧上借助于一个支承格构在其面积上电接通。该支承格构与气袋后壁电接触。
在气体扩散电极和气袋之间的下边缘上形成的一个附加的槽可用来在必要时收集产生的冷凝液。这些冷凝液可与剩余气体一起经位于最低点的出气管流到后面的电解液室中。
在一个优选的方案中，可这样避免位于气体扩散电极之前的电解液室的新电解液供应的不均匀性，即半电池在电解液输入管后面具有一个附加的电解液分配器，该分配器把电解液流均匀分布在半电池的整个宽度上。在这种结构型式中，压力补偿的后室也不通流电解液，该后室只在半电池上端与电解液流连通。
根据本发明，半电池结构的一个特大的优点是，即使在气袋组件简便地用常规的电极，特别是用产生氢的电极例如镍电极更换时，半电池能工作。所以在一个优选的方案中，气袋组件设计成可与常规电极更换，而且到气袋的进气管必要时可关闭或拆卸。
根据本发明，电化半电池同样适用于电化电池，特别是电解电池，以便可选择地用气袋组件或用常规电极，特别是用产生氢的电极，尤其是用激活的镍电极工作。
下面结合附图来详细说明本发明。附图表示：
图1表示从离子交换隔膜观察气体扩散电极和位于其间的气袋支架的本发明半电池的一个横断面；
图2表示沿图1剖面线A A剖开的封闭的半电池的一个断开的纵断面；
图3表示带有离子交换隔膜和气袋组件的打开的半电池在松开电池外壳后沿图1剖面线A-A＇剖开的一个断开的纵断面；
图4表示用来说明气袋电接通的图2的详图；
图5a表示从半电池进气管21方向看去的剖面线B-B＇的横断面；
图5b表示图1半电池的上面部分沿剖面线C-C＇剖开的部分断面；
图6表示气袋组件可用一个具有支承结构31的常规镍电极30代替的半电池沿图1剖面线D-D＇剖开的部分横断面；
图7表示半电池按图6用一个镍电极30工作的方案沿图1剖面线A-A＇剖开的一个纵断面。
举例
例1电化半电池的结构如下：
框架结构11以及一个与外部电源(图中未示)连接的下部结构12牢固锚定在一个耐电解液的半壳壳体13(见图3)中。在该外壳中设置了一根气管21(见图1)、一根电解液进入管20以及一根电解液和气体组合排出管22。在支承框架结构11上借助于垂直的夹紧条8和水平的夹紧条9将气袋单元1与气体扩散电极5固定在外壳13中。半电池通过隔膜40密封，该隔膜经一个密封41粘合在外壳13的周边上(见图2)，并例如用法兰与未示出的另一个半电池压接在外壳1的周边上而不渗透电解液。从气体分配器开始的软管6a、6b、6c、6d(见图1)用相应支点6e上的法兰连接在气袋单元上。
图1结构型式表示通过排气管7分成具有相应压力补偿的四个气袋2a、2b、2c、2d。气袋1由金属外壳2组成，该外壳通过电流接点例如弹簧接点14、电刷接点15或在突起部16直接与导电的下部结构12连接(见图4详图)，通过夹紧条8、9和支承结构11之间的金属接触在外壳2的整个边缘区实现供电。通过表面精制例如镀金减小接触电阻。气袋单元1具有电极气体的另外的进出管6e和7、一个支承气体扩散电极5用的支承结构3以及一个电极支承格构4、气体扩散电极5整个面积支承在该格构上。四个气袋1a、1b、1c、1d的每一个都在气袋组件范围内具有一个气密连接的、在这里同时电连接的气体扩散电极5。在气体扩散电极具有导电的后侧时可在整个电极支承格构上进行完全的电接通。
如图5a所示，在运行时，电解液从电解液进入管20通过电解液分配器23经孔24和水平夹紧条中的另外的孔10流入气体扩散电极5之前的电解液室27中。电解液沿四个气袋组件1a至1d流经电解液室27，并经最上方的水平夹紧条9中的孔流入电解液收集槽26中。电解液从该处经气体扩散电极后面的后室中的孔25流出，并经下降管22与剩余的电极气体一起从半电池排出(见图5b)。半电池在作为电解池工作时，在前侧用一个离子交换隔膜40封闭，该隔膜根据相应的电解液反应从本发明半电池到另一个连接的半电池或必要时在反方向内提供离子的通道。
电极气体在进入管21进入半电池，并经气体分配器19比较均匀地分配到单个气袋组件内节流的进入管6a、6b、6c和6d进入四个气袋组件1a、1b、1c、1d(见图1)。电极气体沿纵向流经气袋，未消耗的剩余气体以及可能产生的冷凝液在对应端上经气体溢流管7从气袋流向电解液间隙的电解液。从而达到压力补偿。气体从气体溢流管7经位于气袋组件后面的空间向上冒气泡，并经接头22的端部收集在一个空间中。气体从该处经下降管22从半电池排出。
例2
在用常规电极运行时，气袋组件1a至1d可象图3所示那样与夹紧条8和9一起拆卸，并用一个镍阴极30代替，该镍阴极具有一个作为电流进线和支架用的下部结构31。进气管6a至6d封闭。常规电极例如一个激活的镍阴极用螺丝32连接在半电池的框架结构11上(见图6和图7)。在电极反应时生成的氢气可与流出的电解液一起经下降管22排出。

Claims (11)

1．基于气体扩散电极(5)作为阴极或阳极的电化半电池，具有由一个或多个气袋(2a,2b,2c,2d)构成的气体扩散电极的一个气室、一个离子交换隔膜(40)、一个支承结构(11)、一根进气管(21)、一根出气管(22)、一根电解液进入管(20)、一根电解液排出管(22)和一个外壳(13)，其特征在于，气体扩散电极(5)与一个或多个气袋(1a,1b,1c,1d)连接成一个或多个组件(1a,1b,1c,1d)，这些组件可拆卸地固定在支承结构(11)上，其中进气管(21)和出气管(22)与气袋(2a,2b,2c,2d)构成可拆卸的连接。
2．按权利要求1的半电池，其特征在于，该气室分成多个必要时相互独立供气的气袋组件(1a,1b,1c,1d)，这些气袋相对于电解液室(27)进行压力补偿。
3．按权利要求2的半电池，其特征在于，气袋组件(1a,1b,1c,1d)相互独立地，可拆卸地固定在支承结构(11)上。
4．按权利要求1至3的半电池，其特征在于，进气管(6a,6b,6c,6d)作成弹性软管与气袋(2a,2b,2c,2d)连接。
5．按权利要求1至4的半电池，其特征在于，气袋组件(1a、1b、1c、1d)通过结构元件(9)定位在半电池中、进行电接通和必要时进行不透水密封，该结构元件必要时同时构成一个有效的流动电解液间隙。
6．按权利要求1至5的半电池，其特征在于，气袋组件(1a、1b、1c、1d)通过接触元件(14、15、16)与下部结构(21)电接通。
7．按权利要求1至6的半电池，其特征在于，气体扩散电极(5)在气袋(2a,2b,2c,2d)内腔中的一个支承格构(4)上构成面积电接触。
8．按权利要求1至7的半电池，其特征在于，该半电池具有一个电解液分配器(23)，以便对电解室(27)均匀供给电解液。
9．按权利要求1至8的半电池，其特征在于，气袋组件(1a,1b,1c,1d)可用常规电极(30)更换。
10．按权利要求1至9的半电池，其特征在于，气体扩散电极(5)与组件(1a至1d)可拆卸连接。
11．按权利要求1至10中任一项的半电池用于电化电池可选择用气袋组件(1a,1b,1c,1d)或常规电极(30)工作。
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