CN85109636A - 具有电流输送元件的单电极或双电极电化学终端单元 - Google Patents

Abstract

一个适宜用在单电极或双电极电解池的终端单元包括：一个电流输送元件(ECTE)，做成基本上是平面的导电支承部分，和沿着支承部分的周围边缘伸展的边框式凸缘部分，在支承部分的至少一个表面上有许多凸块；一个与ECTE的外表形状相匹配的，由耐腐蚀金属做成的衬垫，靠着ECTE的两个表面的至少一个面放置，多孔电极元件靠着衬垫放置，电极元件和衬垫至少在凸块的一部分地方连接在一起；一个电连接装置，将电源的电极连接到ECTE上。

Description

本发明涉及一个改进了的单电极或双电极电化学终端单元的设计，特别涉及具有便宜、简单和有效的装置，将电流送至或送出其电极元件的单电极氯碱终端单元。

通常用于电解食盐溶液产生氯气和烧碱的电化学电解池有两种基本类型，即单电极电解池和双电极电解池。

双电极压沪器式电解池是一个依序由几个电化学单元组成的电解池。象在压沪器中那样，除了两端两个单元外，中间每一个单元的一侧作为阳极，另一侧作为阴极。两电极之间的空间被一张薄膜分为两部分，一边为阳极室，一边为阴极室。

压沪器式单电极电解单元也是人们熟知的。它由终端池及许多交替地固定在终端池之间的阳极单元和阴极单元组成。

在单电极电解池中，电流输给一个电极单元，从相邻的带有相反电荷的单元流出，不象双电极电解池序列那样，在单电极电解池中，电流不从电解池序列的一端通过一系列电极流到序列的另一端。

本发明的主要目的是为一类电化学电解池提供一个电分配装置，这类电化学电解池具有最少的部件，最少的电联接，用便宜、易得的材料制成，能使用实际上合理的任何长度和宽度的电极。

本发明是一个适宜用在单电极或双电极电化学电解池的终端单元，它包括：

一个电流输送元件，做成基本上是平面的，连续导电的支承部分，和沿着支承部分的周围边缘伸展的边框式凸缘部分，在支承部分的至少一个表面上有许多凸块。

一个与支承部分的外表形状相匹配的衬垫，其中所说的衬垫由耐腐蚀金属做成，并且靠着支承部分的凸块放置。

一个靠着上述衬垫并支撑在上述凸块上的多孔电极元件。上述电极元件和上述衬垫至少在上述凸块的一部分地方连接在一起;并且

特征在于，上述终端单元适宜用在单电极或双电极电解池序列，它包括在上述终端单元的平面支承部分或凸缘部分有至少一个输入电流的接线导体作为附属装置。

参考说明本发明的图示可以更好地理解本发明，其中图中的相同号码代表不同图中的相同部分。其中：

图1是终端单元部分剖去的分解透视图。

图2是图1中的终端单元分解的横截面视图。

图3是终端单元的横截面视图和在电解池系列中的单电极电化学单元。

图4是终端单元的横截面视图和在电解池系列中的双电极电化学单元。

本发明是具有电流输送元件（以下称为ECTE）的单电极或双电极电化学终端单元。该电流输送元件能有效地、平稳地给电解池的电极元件供电。ECTE一般包括一个平面支承部分（其上有许多凸块由至少一个表面向外突出），和一个沿着平面支承部分的周围边缘伸展的边框式凸缘部分。本发明的ECTE特别适宜用在氯碱电解池系列的终端单元中。就这一点而论，它便宜、简单、易于制造，非常适于商业用途。

本发明可以用具有高电阻率的金属来制作ECTE，ECTE上电压降很低，不需要用低电阻率但比较昂贵的金属。

高电阻率金属比低电阻率金属能提供较大的电阻。例如铜的电阻率是1.673微欧·厘米，铸铁的平均电阻率是86微欧·厘米，因此一块铸铁比同样大小的一块铜能提供高50倍的电阻。人们能很容易地看出为什么现有技术中都利用低电阻率金属（如铜）把电流输送到电极。

在那些现有技术在电解池中使用高电阻率金属分配电流的情况（如美国专利№.4，464，242），电解池的尺寸受到限制。这是因为分配电流的金属元件的高电阻率导致高阻损失。美国专利№.4，464，242提出电解池长度限制在15-60厘米，以免必须应用精制的输电元件。

显而易见，分配电流的金属元件的电阻可以通过下面两个办法减到最小：（1）缩短电流通路的长度，或者（2）增大电流通过的截面积。本发明利用后一种方法的优点，而现有技术都集中于前一种方法。

借助于本发明的ECTE，可以很满意地使用高电阻率，便宜的金属来分配电流而不必限于小尺寸电解池，也不必使用精制的输电元件。

这里使用的“电化学电解池”，指的是至少两样东西，电极和ECTE的组合。这种电解池可以是带有相同电荷电极的单极池，也可以是带有相反电荷电极的双电极池。

“电极元件”指的是电极或与电极有联系的元件，如电流分配栅板，电流收集器或垫子。元件可以做成各种形式，如金属丝网，编织钢丝网、开孔盘、多孔金属、海棉金属、开孔或不开孔的金属片、平的或波纹状的网格、有间距的金属带或金属杆，或者那些技术熟练的人所熟悉的其它形式。

电极元件可以随意地是与电极相接触的电流收集器或者它们就是电极。电极表面也可以有一个具有催化活性的涂层，电极元件可以焊到ECTE或者衬垫上，如果用了衬垫的话。电极元件最好还是焊上去，因为这样电接触较好。

可以连同本发明一起使用的其它电极元件包括电流收集器、垫片、垫子及那些技术熟练的人所熟悉的其它元件。可以使用特殊元件，无缝结构组件，或者固体聚合物电解质膜。本发明的电解单元也适用于连同耗气电极（有时称为去极化电极）一起使用的气室。这时除去液体电解质室外，还需要气室。可以用于本发明的各种电极元件对于那些技术熟练的人来说是很熟悉的，并且已经在美国专利中公开例如№.4，444，641;№.4，444，639;№.4，448，662;№.4，457，822;№.4，457，823;№.4，457，815;№.4，444，623;№.4，340，452。

用于本发明终端单元中的ECTE有两方面的作用：（1）把电流输送到终端单元的电极元件上去的工具;（2）把电极元件固定在某一所需位置上的支承工具。

ECTE由金属做成，它使电流通过ECTE传到终端单元的电极元件上去。本发明的电解池中的ECTE质量大、电阻小、并且提供一个通路基本平稳地把电能分配到电极元件的所有部分。由于它质量大、电阻小，所以本发明的终端单元的尺寸大小就不象现有技术中那样受到限制。横过电极元件整个表面的主要电流的传导和分配是通过具有低电阻的平面支承部分来实现的，平面支承部分与电极元件同时膨胀收缩。平面支承部分可以很方便地用不同于电极元件的金属制做。

在终端单元中的ECTE是“实际上坚固的”。正如这里使用的，“实际上坚固的”是指它是自我支承的，并且在通常环境里在自身的重量下不变形，此外它比与其相连的电极元件更重，更坚固。

制造ECTE的金属最好选类铁金属，如铁、钢、不锈钢等等。以及其它金属如镍、铝、铜、镁、铅及它们各自的合金，它们之间的合金。制造ECTE的金属最好还是选类铁金属。用电阻率和铜一样高或比铜高的金属来制做ECTE是经济的，更经济的是使用电阻率高于10微欧·厘米的金属，最经济的是用电阻率等于或大于50微欧·厘米的金属。

边框式凸缘部分装在ECTE的每一个支承部分的周围边缘，当下一个相邻的电化学单元的相应的ECTE装上时，凸缘就把电极包在里头。各个边框式凸缘互相连接在一起，这样就使电解池内部潜在的渗漏点的数目减少到最少。边框式凸缘部分多数做成可以密封地与支承部分及相邻的凸缘部分相连接的垫片的形式。

凸缘的一部分可以随意地与支承部分同时做成，然后再把凸缘的另一部分连接到支承部分上以完成整个边框式凸缘部分，或者先由许多凸缘部分装配成边框式凸缘部分后，再连接到支承部分上去。边框式凸缘部分可用金属或者塑料材料做成，也可以用它们组成的组合材料。由可压缩的弹性材料或者完全不可压缩的材料做成的边框式凸缘部分可以很方便地安装到支承部分的周围边缘上，这样的边框式凸缘部分可以固定到支承部分上或者简单地夹在封闭的压滤器式组合体上。根据通常的经验，当使用完全不可压缩材料制造凸缘部分时，要使用适当的弹性垫片以确保液体密封。更好的是凸缘部分是支承部分的一个整体组成部分，即凸缘与其支承部分用相同的材料制造，成为单一的整体，与做成ECTE的材料不分离。

若凸缘部分完全做成支承部分的一个整体部件，则可以去掉凸缘部分的一小部分以便于电解池单元的内部与外部的液体、电气及其它连接，根据去掉部分的大小，可以添加一些替代物来支承垫片或衬垫。

另外，凸缘部分是一大块金属;如果需要，电流可以通过它传递。凸缘部分的厚度至少是支承部分厚度的2-3倍为好。若支承部分厚度为20-25毫米时凸缘部分的厚度为60-70毫米更好。

用于制做支承部分的各种金属都可以用来做凸缘部分。也可以考虑制做凸缘部分的金属不同于制做支承部分的金属。例如，如果支承部分用类铁金属做成，凸缘部分就可以用铜或者适用于支承部分使用的任何其它金属来制做。凸缘部分还可以用合成树脂材料制做，不受下面提出的特定合成材料的限制。适用的合成材料的例子包括：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、氯化聚氯乙烯、聚丙烯晴、聚苯乙烯、聚砜、苯乙烯-丙烯晴共聚物、丁二烯-苯乙烯共聚物、环氧、乙烯基酯、聚酯、氟塑料及其共聚物。用聚丙烯这类材料做凸缘部分比较好，因为在高温下它产生具有足够整体结构的形状，而且易得，比其它适用材料便宜。

在现有技术需使用贵重金属（如复铜的钛杆）的地方，本发明可以使用便宜的类铁金属如铁、钢。所以本发明的电解池的总体大小实际上是没有限制的。但是做为实际使用情况，电解池的大小最好是从0.25平方米到4平方米。

凸块从平面支承部分向外凸出到紧邻着ECTE的电解质室里，有一予定距离。支承部分的另一侧面也可以有凸块，但并不需要。凸进电解质室的凸块通过至少一个可焊接的金属中间体（例如固定在电极元件和每一个凸块之间的金属片），可以直接地或者间接地与电极元件进行机械的或电气的联接。凸块最好是做在同一个几何平面里。电极元件最好焊在实际上是实心的凸块上。可是由于铸造的原因，凸块内部可能有许多空隙。

在间接联接和直接联接两种情况下，电极元件和由支承部分凸出来的凸块之间的各种电流通路的长度实际上都是可以忽略的。因此甚至当电极元件间接地联接到凸块上时，电阻也是低的。

凸块最好与支承部分是一个整体，并且最好在铸造ECTE时就做成。因此它们最好也支承部分一样用相同的金属。但是，因为一些金属难以焊接，所以凸块还是要用不同于支承部分的金属做成。为了形成这样一个结构，可以把金属杆放在凸块成型的摸具里，可铸造金属就在这些金属杆周围浇注成型。

凸块最好以一定方式分开，以便牢固地支承电极元件。不管凸块的横截面是圆形的、细长形的、或是肋拱形的，与其联接的电极的每单位面积上的凸块的个数可以在一个大范围里面变化。相邻凸块之间的分开程度一般取决于平面支承部分的金属的电阻率。对于较薄和/或高电阻率的电极元件，凸块的间距可从较小，这样可以提供更密集的电接触点;而对于较厚和/或低电阻率的电极元件，凸块的间距可以较大。通常凸块之间的间距为5-30厘米，尽管根据总体设计考虑，可以采用更大或更小的间距。

在工艺上人们所熟知的各种铸造方法都可以采用。

本发明可随意地包括一个由金属片做成的，安装在ECTE表面的衬垫。否则ECTE将暴露到电解质室的腐蚀性环境中。衬垫最好采用能抵抗电解质室腐蚀性环境的金属，并且做成这样的形状，以便安装在从支承部分凸出来的凸块的表面（最好是其端部）上，并能很好地接触。

衬垫最好绕着凸块压到足够靠近支承部分及凸块之间的空间，以便液体在加了衬垫的ECTE和隔膜或者相邻的电解质室之间自由地流动。另外，衬垫上可以有表面凸起的结构，以使流体定向流动。这些附加的凸起结构可以随意地连接到支承部分上。

衬垫不必一定要围绕着分开的凸块压到支承部分上与其相接触，相反，衬垫可以仅仅靠着凸块的顶面。

衬垫金属不能和ECTE的金属相互焊接时，凸块和衬垫之间可以紧贴地安放一层金属垫层挨着每一个凸块的金属垫层可以和构成凸块的金属焊在一起，于是把它焊在凸块上;而挨着衬垫的金属垫层可以和衬垫金属焊在一起，于是又把它与衬垫焊起来。这样衬垫通过金属垫层和凸块焊接在一起。在大多数情况下，可以使用由单种金属或金属合金做成的金属垫层，它们都能很好地作为一种金属中间体。

在衬垫由钛制成而凸块由类铁金属制成时，常常用钒垫层作为金属中间体，插在凸块和相邻衬垫之间，这样钛衬垫可以通过钒垫层和类铁金属的凸块焊在一起。钒和镍是与钛和类铁金属两者都能焊接的例子。

例如在图2所示的实施例中，第二个垫层31放在第一个垫层3和衬垫26之间。需要第二个垫层是因为它能使腐蚀作用减到最小。当钛衬垫和类铁金属凸块之间只用一个垫层如钒垫层时，发现在电解池工作过程中，接触衬垫的腐蚀性物料似乎渗透到钛-钒焊接点并腐蚀焊接点。我们不用更厚的衬垫，而是比较经济地插进第二个垫层31，该垫层的厚度足以使腐蚀性物料与ECTE接触的可能性减到最小。

当衬垫金属和ECTE的金属不能焊在一起时，联接衬垫和ECTE的其它途径是采用爆炸接合或者扩散连接的办法。这种方法在技术上是已知的。见美国专利№.4，111，779。

衬垫延伸盖住凸缘部分的侧面，以便当终端单元靠着相邻电解池单元固定时，为隔膜提供一个密封面。这在许多情况下，是非常必要的。

在氯碱电解池中，衬垫经常用在阳极终端电解池中，而很少用在阴极终端单元中。但是在电解池用于生产浓度22重量%的碱液时，需要使用阴极衬垫，阴极衬垫由导电的、能抵抗阴极电解质室腐蚀环境的金属做成。当能够使阴极和整块塑料的阴极凸块实现电气连接时，可以应用塑料衬垫。也可以用金属和塑料混合衬垫。对于阳极衬垫也是如此。

阴极终端单元的衬垫最好用类铁金属如不锈钢或者用镍、铬、蒙乃尔合金以及它们各自的合金、和它们相互间的合金制做。

阴极终端单元的衬垫最好用钛、钒、钽、铌、鈶、锆以及它们各自的合金和它们相互间的合金来制做。

当终端单元用于电解食盐溶液生产氯气和烧碱时，阳极终端单元常用钛和钛和合金做衬垫，而ECTE用类铁金属制作。

本发明终端单元既可以是阴极半池也可以是阳极半池。“半池”指的是具有ECTE和仅仅一个电极的电解池组成部分。电极既可以是阴极，也可以是阳极，取决于电解池总体结构的设计。不论是阴极的还是阳极的终端单元，均由一个活性区域（即产物生成的地方）和一个非活性区域（即没有产物生成的地方）组成。不论是阳极的还是阴极的活性区域，其定义都和前面所讨论的一样。非活性区域使单电极电解池组件更加完善。就象在液压机中一样，电解池的这个部分可以用来使组件结合在一起。

但是，在单电极应用时，终端单元最好是阴极。它们可以有一个类似于中间电极单元中使用的ECTE，但它的内面可以是平面的或加劲肋拱形的。如果在阳极电解池一边也用衬垫，那么终端单元也会有一个类似的衬垫安装在其内表面上，并与在始端单元栅状部分内表面上向外凸出的凸块的轮廓形状相匹配。

每一个终端单元都有一个把外部电源连接到ECTE上的电连接装置，这个装置可以和边框式凸缘部分是一个整体，或者连接到凸缘上或者可以通过凸缘部分的一个开口连接到支承部分。电连接装置也可以连接到凸缘部分周围的许多地方以改进电流向ECTE的传送。电连接装置也可以随意地接到支承部分的一个或更多地方。

如果电连接装置是ECTE的一个整体部分更好，即电连接装置与平面支承部分或凸缘部分用同样的金属做成，并且形成一个单一的整体，与形成ECTE的金属不分离。

当ECTE的凸缘部分是平面支承部分的一个整体组成部分时，电连接装置可由凸缘部分的周围边沿本身提供，即把一条柔性铜线或者总线杆用螺栓拧紧、焊接或者干脆直接固定到凸缘部分的周围边沿表面。电接触面上可以镀上一层特别易于导电的金属例如铜或银。

图1是本发明的终端单元10的一个实例的透视图。它包括一个电流输送元件（ECTE）14，ECTE包括平面支承部分17和从它的两个相反的侧面向外凸出的许多凸块18，支承部分的周围边缘围着一个厚度大于支承部分17的边框式凸缘部分16。开口或通路50通过凸缘部分16提供一个通道，以便引入反应物，或者取出产物，和从单元中清理电解质。电极单元36靠着凸块18固定，其位置与在凸缘部分16上的密封面16A实际上是共平面的或者低于那个平面。

电连接装置21固定在凸缘部分16的外边并成为它的一个整体组成部分。连接装置21在20处连接到电源上（未画出）。电流由连接装置21流入，流过凸缘部分16，流过支承部分17，到凸块18。此后电流流过凸块18，流过衬垫（如果有的话），到电极元件36。连接装置21可以有不同的形式，并且可以连接到ECTE的不同位置上。例如它可以连接到支承部分17或者凸缘部分16，或者与它们做成一个整体。可以使用一个以上的连接装置。

图2表示带有一个ECTE14的终端单元10，当一个电化学单元放到紧邻着这个终端单元时，这个ECTE14形成一个电解质室22。

衬垫26用来复盖ECTE14暴露于电解质的那一面。该衬垫可以由单个的钛片做成，例如对于阳极终端单元。衬垫26可以用压机热压成型以期复盖并靠近或紧贴支承部分17的表面。衬垫26可以随意地复盖凸缘部分16的密封面16A。这样可以保护ECTE14脱离电解池的腐蚀性环境。更好的是ECTE14做得可以使其凸缘部分16不仅作为电解质室22的周边边界，而且还可以使相邻单元密封，以形成电解质室22。

更好的是，该衬垫以最小的内在应力成形以使其形变最小。防止衬垫中这些应力的形成可以通过将衬垫在482℃至704℃的高温下于压机中热压成型的方法来实现。在将衬垫压成所需形状之前，衬垫金属和压机两者都要加热到这一温度，把衬垫保留在高温压机中并按照一定的程序逐渐使其冷却，以防止衬垫在冷却到室温的过程中其内部产生应力。

从图2可以看到衬垫26对ECTE14的总的配合情况。衬垫26有压入其中的凹形空心帽盖32。这些帽盖32具有的内轮廓可以很容易地与凸块18的外轮廓相配合。但是帽盖是空心的，而不象凸块18那样是实心的。帽盖32还要做成这般大小的尺寸和这般大小的间距，以使得当它与凸块18和随意加进去的中间金属垫片30和31焊接在一起的时候能够在它们的周围很好地配合。对于凸块和帽盖的形状没有苛刻的要求。从或者平行于或者垂直于平面支承部分的截面来看，它们可以是正方形的、矩形的、圆锥形的、圆柱形的或者是任何其它方便的形状。凸块可以是细长形状的，以形成一系列彼此分开的骨架而分布于支承部分的表面。而且帽盖可以是一种形状而凸块是另一种形状。但是凸块的顶端28最好是平面的，并且它们全都位于同一个假想的几何平面之中。实际上，如果需要的话，可使这些凸块和帽盖做成一定的形状处于一定的位置以达到引导电解质和气体循环的目的。

衬垫26可以通过插入其间的过渡焊接垫片30和31，在凹形帽盖32的内端面34用电阻焊接法与凸块18的顶端28焊接起来。

当衬垫表面42与密封面16A配合的时候，可随意地将它在这些点上焊接起来。

如图3所示，在终端单元10和电化学单元11之间可以放上一张完全不透液的离子交换膜27。可望用于本发明的离子交换膜的一些代表型号是在下列美国专利公开的那些：3，909，378;4，329，435;4，065，366;4，116，888;4，126，588;4，209，635;4，212，713;4，251，333;4，270，996;4，123，336;4，151，053;4，176，215;4，178，218;4，340，680;4，357，218;4，025，405;4，192，725;4，330，654;4，337，137;4，337，211;4，358，412;和4，358，545。

当然，位于终端单元之间的电解池可以是使用多张膜分隔开的多室电解池，这也是在本发明的范围之内。例如，具有两张彼此分开的膜的三室电解池，不仅在两张膜中间形成一室，而且还在每张膜的背面与其各自相邻的单电极单元之间形成一室。

图3所示的是用于单电极方式中的终端单元10和中间单元11的组合。这两个单元处于可工作的组合状态。终端单元10没有衬垫，而电化学单元11在其两侧各有一个衬垫26和26A。单元11带有与终端单元10相反的电荷。例如，单元10可以通过电连接装置21与电源的负极相连，因而它带负电并起阴极作用。同样地，单元11可以通过电连接装置19与电源的正极相连而带正电并起阳极作用。每个单元都靠离子交换膜27与相邻的单元彼此分开的。

把两个彼此相邻的单元10和11组装起来产生许多空间，形成一个阴极室24和一对阳极室22。由图可以看出阴极室24有两个通道51和56将阴极室与电解池的外部相连。这些通道可以用来把反应物引入电解池中例如通过通道56，并把产物取出电解池例如通过通道51。同样地，阳极时22有入口通道58和出口通道52。

凸缘部分16上的通道50适合安装喷管，这些喷管可以与衬垫相连。

在所示的实施例中，电化学单元11有两个阳极46和46A，而终端单元10有一个阴极36。

图4表示用于双电极方式的终端单元10和中间单元11的组件。这个实施例表示带有一个与其组装在一起的中间单元11的阳极终端单元10。本发明的这些实施例中的许多部件都以在前面讨论过了。因此，在这方面我们将指出主要的区别。双电极电解池的导电方式是电流从一系列电解池的一端流到另一端。电流通过ECTE从一侧流到另一侧。只有双电极系列的终端单元才有电连接装置21。注意，中间单元11没有电连接装置21。它从相邻的一个电极单元上得到电流（未画出）。

10和11这两个单元处于可工作的相互组合状态，二者均在其ECTE的两侧加了衬垫。这些单元的阳极侧使用钛衬垫26，而其阴极侧使用镍衬垫25。衬垫和ECTE的凸缘部分以前面讨论过的方式相配合。

有阴极室24和阳极室22，阴极36和阳极46。终端单元10有一个入口58和一个出口52分别用于将反应物引入电解池和将电解产物取出电解池。相邻的单元有用于将物料引入和取出阴极室24的进出口56和51，以及用于将物料引入和取出阳极时22的进出口52和58。阳极和阴极被离子交换膜27相互分开。密封垫44用来帮助密封阳极室和阴极室。

为了在膜27和密封面16A之间实现液体密封，最好是将衬垫26和25做成沿其周边带有翻边42的盆形。翻边42与凸缘部分16的侧面密封面16A紧贴配合。膜27的四周与衬垫的翻边42紧贴配合，周缘密封垫44与膜27周边的另一面紧贴配合。如图3所示，在电解池系列中，密封垫44和凸缘部分16的侧面密封面16B紧贴配合，如果没有衬垫26，密封垫44则与膜27紧贴配合。

尽管只画了一个密封垫44，但是本发明包括在膜27两侧使用密封垫。不使用翻边42的情况也同样包括在内。

在其中氯化钠水溶液在阴极室被电解成烧碱和/或氢气的电解池系列中，类铁金属，例如钢，在大多数的电解池工作温度和烧碱浓度下（例如烧碱浓度低于22%，）电解池工作温度低于85℃），都非常适合于做阴极室的金属部件。因此，如果ECTE是由类铁金属例如钢做成的，并且如果在浓度低于22%时生成烧碱，电解池工作在低于85℃的温度，那么保护性衬垫就不需要。不过仍可以随意地将它用在阴极单元以保护ECTE14免受腐蚀。

可以注意到，平面形电极36，46和46A的边缘朝着ECTE14向内卷曲，而离开膜27。这样做的目的是为了防止这些电极的凹凸不平的边有时会碰到并且划破膜27。为达到同一目的而安装电极的其它方法也是显而易见的。

在使该电解池作为氯-碱电解池工作时，将氯化钠溶液加入阳极室22，可随意地将水加到阴极室24。来自电源（未画出）的电流从阳极46和46A以及阴极36之间流过。电流的电压足以使盐水溶液中发生电解反应。在阳极46和46A生成氯气，在阴极36生成烧碱和氢气。

可以随意地把含氧气体通到阴极一侧，而阴极则作为氧去极化阴极而工作。同样地，可以将氢气通到阳极一侧，而阳极则作为去极化阳极而工作。这种类型的电极和它们的操作过程在工艺上是广为人知的。分开处理去极化阴极上的气体反应物和液体反应物的常规方法是可取的。

例1

铸成了四个（4）电流输送元件用于标准的61厘米×61厘米单电极电解池。

全部的电流输送元件都是由ASTM    A536，GRD65-45-12球墨铸铁铸成的，并且其铸造尺寸相同。对成型铸件进行了检查以保证其结构完好，表面无缺陷。主要尺寸包括：标准的61厘米×61厘米外形尺寸，2厘米厚的平面支承部分，支承部分两侧各有16个直径2.5厘米的凸块且其两两直接相靠，其厚度为6.4厘米沿支承部分的周缘延伸的凸缘部分，并有一个宽度2.5厘米的密封面。加工了的部分包括凸缘部分两侧的密封面和每个凸块的顶部（每侧都加工成一个平面并且与相反的一侧平行）。

阴极电解池在ECTE的每一侧都装了0.9毫米厚的镍保护衬垫。在将衬垫点焊到ECTE上之前，将同样用镍制做的进口喷管和出口喷管预先焊到了衬垫上。最后的组装包括把有催化镀层的镍电极在每个凸块处点焊到衬垫上。

阴极终端单元和阴极电解池相似，其不同在于终端单元的一个侧面不需要镍保护衬垫，而且它没有辅助镍电极。

阳极电解池在ECTE的每一侧都装了0.9毫米厚的钛保护衬垫。在将衬垫点焊到ECTE上之前，将同样用钛制做的进口喷管和出口喷管预先焊到了衬垫上。最后的组装包括通过钒金属中间体在每个凸块处将钛电极点焊到衬垫上。阳极镀有氧化钌、氧化钛混合物的催化层。

阳极终端单元和阳极电解池相似，其不同在于终端单元的一个侧面不需要钛保护衬垫，而且它没有辅助钛电极。

例2

用如例1的制备的两个（2）单电极单元和两个（2）终端单元做成了一个电解池组件。

将一个阳极终端单元，一个单电极阴极单元，一个单电极阳极单元，和一个阴极终端单元以及三张含氟聚合物离子交换膜组合起来，做成了三个（3）电解池。膜仅仅是在阴极侧进行密封从而使得电极-电极间隙为1.8毫米，阴极-膜间隙为1.2毫米。阴极电解液的工作压力比阳极电解液的压力高140毫米水柱，以利用液压使膜靠在了阳极上。

上面所讲的单电极间隙型电化学电解池组件工作时，电解质是强制循环的，通向并联工作的三个阳极室的总液流量大约是4.9升/分（lit/min）。将PH值为11的含25.2重量%NaCl的新鲜盐水补加到阳极循环液中的速率大约是800毫升/分（ml/min），阳极循环液含有19.2重量%NaCl，其中PH值约为4.5。阳极电解液的循环压力约为1.05公斤/厘米²（表测压力）。平行供给三个阴极室的液体总量约为5.7升/分，加进去的高浓度补充液约为75毫升/分。电解池的工作温度大约是90℃。电解的电流密度大约0.31安培/（厘米）²。

在这些条件下，该电化学电解池组件生产了大约33重量%的NNaOH和纯度大约98.1体积%的氯气。电解池电压约为3.10伏特，电流效率估计约为95%。

在工作期间，电解池电压稳定并且没有观察到电解质渗漏的现象。

例3

铸成了六个（6）ECTE用于标准的61厘米×122厘米单电极电解池。这些元件在后面还用来装配了三个（3）阴极单极电解池和三个（3）阳极单极电解池。

全部的电解池构件都是由ASTM    A536，GRD65-45-12球黑铸铁铸成的，并且其铸造尺寸相同。对成型的铸件进行了检查以保证结构完好、表面无缺陷。主要尺寸包括：标准的58厘米×128厘米外形尺寸，2.2厘米厚的平面支承部分，沿支承部分的周缘延伸的，厚度为6.4厘米的凸缘部分上有一个宽度2.5厘米的密封面，支承部分的一侧有28个凸块，其背侧有30个凸块，每个凸块的直径是2.5厘米，并且相对于平面支承部分来说它们的位置相互偏离（如果需要，凸块也可以铸成两两直接相对）。

加工了的部分包括密封面（两个面平行）和每个凸块的顶部（每侧都加工成一个平面并且与相反的一侧平行）。喷管槽口（每一侧的进口和出口）也加工到成品尺寸。

阴极电解池在ECTE的每一侧都装了0.9毫米厚的镍保护衬垫。在将衬垫点焊到ECTE上之前，将同样由镍制成的进口喷管和出口喷管预先焊到了衬垫上。最后的组装包括在每个凸块处将镍电极点焊到衬垫（两侧都有）上。

阳极电解池在ECTE的每一侧都装了0.9毫米厚的钛保护衬垫。在将衬垫点焊到ECTE上之前，将同样由钛制做的进口喷管和出口喷管预先焊到了衬垫上。最后的组装包括在每个凸块处将钛电极点焊到衬垫（两侧都有）上。

将7.5毫米厚的钛箔延展伸长大约155%，以形成8×4毫米的菱形孔洞，用这种钛箔制成了多孔电极。该钛箔镀了一层氧化氧化钛的混合物组合的催化层。带有镀层的该钛箔在每个凸块处点焊到了衬垫上。

将0.5毫米厚的较薄的钛箔延展伸长约140%，以形成4×2毫米的菱形孔洞。该钛箔也镀了一层由氧化钌和氧化钛的混合物组成的催化层，并且将它点焊并盖到了那张较厚的钛箔上。

将2毫米厚的粗镍箔延展，以形成8×4毫米的孔洞，用这种镍箔制成了多孔镍阴极。该镍箔在每个凸块处点焊到了镍衬垫上。三层用0.2毫米直径的镍丝编织的波纹状制成弹性的可压缩栅网，放到了镍箔之上。

用0.2毫米直径的镍丝制成的窗纱型镍网，镀了一层镍和钌的混合物的催化淀积层，并且放到了上述弹性的可压缩栅网上。

在相邻的多孔阴极和多孔阳极之间放置阳离子交换膜，整个压滤器式电解池组件便组装完毕。位于镀膜的钛箔（阳极）和镀膜的窗纱型镍网（阴极）的相对表面之间的这些阳离子交换膜是弹性可压缩的。

电解氯化钠溶液是在下述工作条件电解池中实现的：

阳极电解液的浓度：200克/升NaCl

阳极电解液的PH值：4至4.1

阴极电解液的浓度：35重量%NaOH

阳极电解液的温度：90℃

电流密度：3000安培/（米）²。

工作60天以后，观察到的电解池电压在3.07和3.23伏特之间，阴极效率估计大约95%，氯气纯度大约98.6%。没有发现渗漏或其它问题。电解池工作平稳。

④文件名称    页    行    补正前    补正后

说明书    1    6    ……压泸器式……    ……压滤器式……

7    ……压泸器中……    ……压滤器中……

10    压泸器式……    压滤器式……

20    ……平面的，连续导电    ……平面的、连续导电

的……    的……

补正书（续1）

④文件名称    页    行    补正前    补正后

说明书 3 14 ……高电阻率，便宜的…… ……高电阻率、便宜

4    18    通路基本平稳地……    通路，基本平稳地……

4    20    ……和分配是通过……    ……和分配，是通过……

6    11    ……聚、    ……聚砜、

7    1    ……的凸    上……    ……的凸块上……

7    ……最好也支承……    ……最好与支承……

15    ……可从较小……    ……可以较小……

8    8    ……一层金属……    ……一层金属垫层，……

9    12    ……类铁金属如不锈钢    ……类铁金属，如不锈钢，

或者……    或者    ……

13    ……合金、和它们……    ……合金、它们……

14    ……铌、    、锆……    ……铌、铪、锆……

10    1    用    使……    用来使……

5    ……在始端……    ……在终端……

16    ……周围边沿……    ……周围边缘……

17    ……周围边沿表    ……周围边缘表

13    12    ……彼此分开的。    ……彼此分开。

16    ……中例如通过通道    ……中（例如通过通道

56，……    56），……

补正书（续2）

④文件名称    页    行    补正前    补正后

说明书    13    16    ……电解池例如通    ……电解池（例如通

17    过通道51。……    过通道51）。……

17    ……阳极时……    ……阳极室……

24    ……都以在……    ……都已在……

14    13    ……阳极时……    ……阳极室……

15    3    ……22%，）……    ……22%，……

16    8    ……平衡）。    ……平行）。

22    ……例1的……    ……例1中……

17    15    ……重量%的N    ……重量%的

18    3    的，厚度为……    的、厚度为……

3    ……部分上有一个……    ……部分上，有一个……

19    ……氧化    ……氧化钌和

20    ……组合的……    ……组成的……

23    ……氧化和……    ……氧化钌和……

19    3    ……波纹状制成弹性……    ……波纹状网制成的弹性……

5    ……和    的混    ……和钌的混

权利要求书    1    5    ……许多凸块。    ……许多凸块，

7    ……凸块放置。    ……凸块放置，

8    ……电极元件。    ……电极元件，

Claims (14)

1、一个适宜用在单电极或双电极电化学电解池的终端单元，包括：

一个电流输送元件，做成基本上是平面的、连续导电的支承部分，和沿着支承部分的周围边缘伸展的边框式凸缘部分，在支承部分的至少一个表面上有许多凸块。

一个与支承部分的外表形状相匹配的衬垫，其中所说的衬垫由耐腐蚀金属做成，并且靠着支承部分的凸块放置。

一个靠着上述衬垫并支撑在上述凸块上的多孔电极元件。上述电极元件和上述衬垫至少在上述凸块的一部分地方连接在一起；特征在于，上述终端单元适宜用在单电极或双电极电解池序列，它包括在上述终端单元的平面支承部分或凸缘部分有至少一个输入电流的接线导体作为附属装置。

2、权利要求1中的终端单元，其中所说的支承部分和凸缘部分用从类铁金属、镍、铝、铜、镁、铅、其各自的合金及其相互间的合金中选择的可铸金属制造。

3、权利要求2中的终端单元，其中所说的支承部分和凸缘部分铸成一个整体，并且所说的电连接装置连接到凸缘部分上。

4、权利要求2中的终端单元，其中所说的支承部分和凸缘部分以及所说的凸块铸成一个整体。

5、权利要求2中的终端单元，其中所说的凸缘部分作为一个分离部件装在所说的支承部分的周围边缘部分。

6、权利要求1中的终端单元，其中所说的支承部分用从类铁金属、镍、铝、铜、镁、铅、其各自的合金及其相互间的合金中选择的可铸金属制造，所说的凸缘部分用合成树脂材料制造，并且所说的电连接装置连接到支承部分上。

7、权利要求6中的终端单元，其中所说的支承部分和凸块铸成一个整体。

8、权利要求2或6中的终端单元，其中所说的凸块用从类铁金属、镍、铝、铜、镁、铅、其各自的合金及其相互间的合金中选择的金属制造，并且作为分离部件装在所说的支承部分上。

9、权利要求2或6中的终端单元，其中凸缘部分的厚度至少约比电流输送元件的支承部分的厚度大两倍。

10、权利要求2或6中的终端单元，其中凸缘部分的厚度不超过10厘米，并且电流输送元件的支承部分的厚度至少0.5厘米。

11、权利要求1中的终端单元，其中所说的凸缘部分的一个部分和支承部分是一个整体，而所说的凸缘部分的另一部分则作为分离部件装在支承部分的周围边缘上。

12、权利要求1中的终端单元，其中电连接装置连接到与电极元件共同膨胀收缩的支承部分的一个部分上。

13、权利要求1中的终端单元，其中边框式凸缘部分由许多组合体组成。

14、权利要求1中的终端单元，其中边框式凸缘部分是一个密封件。

Images