CZ344997A3 - Porézní, průtoková, vlákna prostá elektroda, způsob její výroby a její použití - Google Patents

Description

Oblast techniky

Tento vynález se týká elektrody, elektrochemického článku používajícího tuto elektrodu a zařízení elektrolýzám obsahujícího tento článek. Elektroda má tuhé jádro s, alespoň zčásti, pružným povrchem. Elektroda je rovněž, alespoň zčásti, vícevrstevná a porézní. Reprezentativní elektrochemický článek používající tuto elektrodu může obsahovat tuto elektrodu jako anodu, katodu anebo oboje. Takový článek může být užitečným v reakcích jako je oxidace anebo redukce kovových iontů, či organických reakcích, včetně destrukce organických specií. Zařízení elektrolýzám obsahujícího tento článek má zvláštní konstrukci pro oddělování anolytu od katolytu a elektrolyzér může obsahovat recirkulaci elektrolytu. Obvykle bude tento článek obsažen v elektrolyzéru v monopolárním formátu, ačkoli vynález není omezen na článek v žádném speciálním uspořádání.

Dosavadní stav techniky

Je známo zajišťování elektrodových struktur v mřížkové podobě, jež mohou obsahovat kusy mřížkového plechu. Tyto kusy mřížkového plechu mohou být nakupeny ve vrstvách a vytvářet formu podobnou laminátu. Například britský patent č.l 268 182 uvádí uspořádání vrstev mřížkového plechu. Je

- 2 uváděna elektroda ze dvou až čtyřech vrstev, s příkladnou čtyřvrstvou, plechovou měděnou síťovou katodou, použitou s dvouvrstvou, plechovou titanovou síťovou anodou. Tyto vrstvy mohou mít různou povrchovou plochu, jako je vrstva s menším sítem, posazená mezi dvě vnější vrstvy s větším sítem. Ke zformování složené elektrody je možno použít centrální tuhé desky, přednostně fungující jako bipolární elektroda.

Tam, kde se používá velmi malé hráně dvou plechových desek, tato může formovat planární elektrodu. Avšak, u malé hráně (nakupení na sebe), jak uvádí patent US č. 4 097 347, může být rovněž zajištěna zakřivená, cylindrická elektroda. Tvrdí se, že je to užitečné, když je použita jako katoda pro elektrolytické znovuzískávání zlata.

Článek, jehož autorem je Pletcher et al. (Journal of Applied Electrochemistry, č. 24 (1994), stránky 95-106), uvádí troj rozměrové niklové elektrody. Tyto jsou konkrétněji popsány jako dvojitá mřížka dvou hráni z plechového niklu se sítěmi v hráni z jemné niklové síťoviny, a hraň ze čtyřech niklových mřížek. Tato sestavení byla vybrána tak, aby se přizpůsobovala prostoru použitelné elektrody článku standardního sestavení. Elektrody naplňovaly komoru elektrolytu paralelního, deskového (rovinného), elektrochemického reaktoru laboratorní velikosti. Tato různá uspořádání byla shledána jako užitečná při testování oxidace alkoholů.

Pro používání v komerčním provozu zde bylo učeno vrstvení elektrod, jimiž mohou být překrývající se rozšířené vrstvy. Takto se v patentu US č. 4 828 653 uvádí užitečnost vrstev třech elektrod, jež se mohou měnit, typicky prostřednictvím geometrie tak, že hustota proudu každé jednotlivé vrstvy je v podstatě stejnou. Tato vrstvená struktura má použitelnost jako anoda pro vysokorychlostní postupy galvanického zinkování.

O pokládání vrstev pro sestavení elektrody, opět s nestejnoměrností vrstev, je rovněž pojednáváno v patentu

- 3 US č.4 761 216, ve kterém je uváděna elektroda ze čtyřech vrstev, mající podpůrnou desku první vrstvy, druhou vrstvu tkaného síťového pletiva, či alternativně vlákna jako jsou vlákna z nerezavějící oceli, třetí vrstvu požadovanou aby byla z vláken nerezavějící oceli, a čtvrtou vrstvu ze síťovinového drátěného pletiva. 0 tomto sestavení se pojednává jako o užitečném v článku s elektrochemickou membránou.

Tam, kde mohou být elektrodovými vrstvami na sebe nakupená drátěná síta, bylo v patentu US č. 4 224 129 pojednáno o použití až 12 soustředných (či do sebe zapadajících, blokových pozn.) sít. O takovémto sestavení použitém v průtokovém designu se tvrdí, že je užitečným pro znovuzískávání produktu ze složek v elektrolytu.

Nicméně by stále ještě bylo žádoucí zajistit vrstvenou elektrodu, kde je možno se vyhnout obezřetnosti jako je tomu u soustředných, či v hráni na sobě uspořádaných sestaveních. Bylo by žádoucí zajistit takovou vrstvenou elektrodu, jež se snadno a úsporně vyrábí, například, vyhnutím se osovému vyrovnávání a úvah o stejné velikosti na sebe nakupených vrstev anebo fabrikaci hráni vrstev s různou geometrií. Bylo by též žádoucí zajistit takovou vrstvenou elektrodu s jednoduchým sestavením, vyhýbající se spojování vláken a sít, a přitom stále ještě zajišťující úspornou výrobu, spojenou se zajišťováním velkého množství vrstev, přičemž mnohost těchto vrstev by mohla být volena v širokém rozmezí vrstev, a stále ještě zajišťovat úspornou výrobu bez ohledu na tuto volbu.

Obzvláště když jsou jako elektrolyt používány ředěné roztoky může být ekonomické použití článků pro elektrochemické pochody omezeno kvůli obtížnosti, jíž se čelí při dosahování vysoké míry přenosu na povrchy elektrody. Jedním zájmovým (přednostním) ředěným roztokem je elektrolyt, jenž se získává jako čistící roztok pro odstraňování oxidů dusíku a síry z kouřových plynů (spalin). Tento roztok používá • 9 • · železnatého chelátu, který je okysličen do neaktivního železitého stavu. Pro znovupoužití může být tento roztok zpracováván v elektrochemickém článku. Jeden přístup k tomuto roztoku zvláštního zájmu využívá mnohosti katodových a anodových komor, oddělených membránami iontového přenosu. Tudíž, jak uvádí patent US č. 4 126 529, upotřebený čistící roztok se nechá projít katodovými komorami elektrochemického článku elektrolyzéru. O katodách se pojednává, že jsou kombinací desky a drátěné síťoviny. Regenerační proces nejenom zajišťuje redukci nereaktivního železitého chelátu na reaktivní železnatý chelát, ale může rovněž obsahovat odstraňování iontů síranu z čistícího roztoku skrze membrány iontového přenosu.

Poslední vývoj v regeneraci tohoto elektrolytu zvláštního zájmu se soustřeďuje, na jedné straně, na udržování dané membrány článku, zatímco se na druhé straně zvyšuje stabilita elektrody. Takto bylo prokázáno v patentu

US č.

320 816, že jinak nestabilní, niklový anebo z nerezavějící oceli, anodový materiál je stabilní v regeneračním článku, když je udržována v anodové komoře hodnota pH větší než 12.

Nicméně by bylo žádoucí zajistit účinnou regeneraci vypotřebovaného čistícího roztoku, bez uchylování se ke speciálnímu řízení elektrolytu. Též by bylo žádoucí zajistit účinnou regeneraci, při současném zajištění snadnosti a úspornosti provozu článku (elektrolyzéru) a materiálů.

Tam, kde elektrochemické články obsahují mnohost elektrod, která by jinak byla užitečná pro zvýšení míry jakéhokoli hmotného přenosu omezeného elektrochemickou reakcí, bylo poznáno jak rozmístit mnohost anod a katod uvnitř skříně článku.

Například, v patentu US č.

399 020 je uvedena skříň článku(ů), obsahující mnohost anod a katod, kde elektrolyt proudí touto skříní, kterýžto tok může obsahovat průtok síťovítou katodou. Těmito síťovými katodami pro tuto montáž elektrolyzéru mohou být kovové 1ehčené

katody, jež mohou být opatřeny Takto bylo znázorněno v patentu metalických pěnových katod na porézní deskovou podporou. US č. 4 515 672 zajištění jedné anebo obou stranách porézní podpůrné desky (ale i anody, pozn.). Tyto katody pak mohou být použity v montáži skříně článku průtokového elektrolyzéru.

Stále ještě by bylo žádoucí zajistit skříň článku(ů) elektrolyzéru zahrnující zdokonalený provoz omezené elektrochemické reakce s hmotným přenosem, jenž může být spojen s nezávislým tokem anolytu a katolytu. Anebo k zajištění takového článku, majícího úspornou konstrukci a provoz, včetně úspory recyklovaného elektrolytu.

Podstata vynálezu

Elektroda podle tohoto vynálezu mající jako alespoň svou část mnohost vrstev mřížkového plechu, každou z jemného flexibilního síta. Toto síto má výjimečně tenké prameny s malými otvory jako má okenní síto, ale je přednostně v podobě mřížkového plechu. Vrstvy této sítě pro elektrodu spolu vzájemně těsně zabírají v mechanickém a elektrickém kontaktu lícních ploch. V úplném sestavení elektrody má tato elektroda tuhé jádro se samorodným, pružinovým vnějškem. Pružinový exteriér je zajištěn mnohostí jemných sítových vrstev. Tuhé jádro může být dodáno prostřednictvím materiálu jako je hrubé či těžké síto.

Elektrodová struktura může být připravena (vyráběna) postupem obsahujícím obalení dané sítě okolo tuhého jádra, tento způsob obsahuje vícenásobné obalení k zajištění vícenásobných vrstev. Tam, kde tato jádrová část struktury elektrody zahrnuje alespoň v podstatě plochou, kovovou deskovou část mající přední a zadní hlavní lícní plochy a okraj, může být očekáváno, že tento síťový obal bezprostředně mechanicky zabere okraje této jádrové deskové části.

- 6 Na předních a zadních hlavních lícních površích může připojení následovat balení a být například pomocí svaření.

Tento vynález se rovněž týká, obecně, článku obsahujícího elektrodu. Obzvláště tam, kde je jádrová část protažená a síťový obal pokrývá pouze část povrchu jádrového členu, může jádrový člen sloužit jako distributor proudu pro elektrodu. Navíc, jádrový člen může být opatřen povrchovou úpravou (povlakem), jako na té části své povrchové plochy přilehle síťového obalu, kterážto povlakem opatřená povrchová plocha jádrové části bude sloužit jako část povrchu aktivní elektrody. Článek používající takovou elektrodu může být oddělen (samostatný) anebo neoddělen. V Článku může struktura vrstvené elektrody sloužit jako anoda či katoda, či oboje. Kvůli poréznosti elektrody, tato je obzvláště použitelná v článku, kde bude elektrolyt veden pro elektrodu průtokovým způsobem. Takový článek by mohl být užitečný, například, při oxidaci či redukci (okysličování či odkysličování) kovových iontů, a organických elektrochemických reakcích, včetně destrukce organických sloučenin. Jinými zamýšlenými vhodnými aplikacemi je štěpení solí, stejně jako redukce dusičnanů.

Zvláštní zájem existuje o článek k redukci železitých iontů. Takový článek může obsahovat jako katodu vrstvenou elektrodu. Rovněž se zde uvádí, že tento článek může úspěšně používat elektrolytem prostupnou diafragmu.

Nyní je zde dále uveden elektrolyzér pro zadržování van elektrolytu. Takový elektrolyzér má skříň článku(ů) obsahující prostředky přetékání (přepadu), když odtéká elektrolyt. Tato skříň článku má rovněž prostředky znovuzískávání elektrolytu. Tyto prostředky znovuzískávání mohou umožňovat zachycování přeteklého elektrolytu pro možné recyklování. Skříň článku může být opatřena dvojitými, zužujícími se (zkosenými) bloky pro zajišťování bezpečného a účinného elektrického spojení mezi prací sběrnice vně skříně článku a elektrodami článků elektrolyzéru. Skříň

- 7 článku může být rovněž sestavena tak, aby zajišťovala nezávislý tok anolytu a katolytu. Toto by mohlo být spřaženo s, například, paralelním tokem katolytu každou katolytovou komorou jako tam, kde tyto komory obsahují vrstvené a porézní průtokové elektrody.

Tudíž, jeden aspekt tohoto vynálezu se týká porézní, průtokové, vlákna prosté elektrody zahrnující tuhou jádrovou část a samorodně pružnou vnější obalovou část, jejíž tuhá jádrová část obsahuje vyztužení elektronkového kovu, jejíž jádrová část je v integrálním záběru s vnější obalovou částí z mnohosti vrstev mřížkového elektronkového plechu z alespoň jednoho spojitého pásu síta elektronkového kovu, těsně navinutého okolo řečené jádrové části, jehož síť je tenkou, vysoce flexibilní síťovinou výjimečně tenkých pramenů a malých otvorů, dané vrstvy jsou jedna s druhou v těsném vzájemném záběru kontaktem svých lícních ploch.

Ještě další aspekt tohoto vynálezu se týká výše popsané elektrody, v níž tuhé elektrodové jádro může sloužit jako distributor proudu pro elektrodu, stejně jako přispívat k povrchu aktivní elektrody.

Ještě další aspekt tohoto vynálezu se týká elektrochemického článku pro oxidaci anebo redukci kovových iontů, zahrnující:

(a) protielektrodu, (b) diafragmu, a (c) pracovní elektrodu z porézní, průtokové, vlákna prosté elektrody zahrnující tuhou jádrovou část a samorodně pružnou vnější obalovou část, jejíž tuhá jádrová část obsahuje vyztužení elektronkovým kovem, jejíž jádrová část je v integrálním záběru s vnější obalovou částí z mnohosti vrstev mřížkového elektronkového plechu z alespoň jednoho spojitého pásu síta elektronkového kovu těsně navinutého okolo řečené jádrové části, jehož síto je tenkou, vysoce flexibilní síťovinou • ·

- 8 výjimečně tenkých pramenů a malých otvorů, dané vrstvy jsou jedna s druhou ve vzájemném těsném záběru kontaktem svých lícních ploch.

Ještě elektrolyzéru.

opevněné dno elektrolytu k v této skříni, vynálezu se týká skříň článku mající má prostředky vtoku obsaženým k vedení elektrodám elektrolytu ven mnohost anod a a katod uvnitř obsahuje (a) a katodovými skříně článku.

horním okraji (b) další aspekt tohoto zahrnujícího nevodivou a strany, tato skříň průchodu elektrolytu k prostředky odtoku elektrolytu z této skříně článku, tato skříň katod a prostředků rozmístění těchto anod této skříně, s anodovými přípojnícemi (sběrnicemi) umístěnými vně této se zdokonalením zahrnujícím:

prostředky odtoku elektrolytu na alespoň jedné strany skříně a zahrnující přetokové žlaby umístěné vně ke skříni článku, a prostředky vtoku elektrolytu zahrnující prostředky zavádějící elektrolyt alespoň podstatně na dno skříně článku, zajišťující tok řečeného elektrolytu směrem nahoru komorami uvnitř této skříně článku.

Se zřetelem k aspektu vynálezu, týkajícího se elektrolyzéru, s elektrolyzérem mohou být sdruženy:

(a) přípojnice (sběrnice) na skříni článku, mající zářezy na horním okraji těchto přípojnic, tyto zářezy jsou konfigurovány tak, že mají do těchto zářezů vsunuty lišty vodiče z anod a katod, a (b) dvojitý zúžený blok, vsunutý dovnitř alespoň jednoho z řečených zářezů přípojnice, tyto bloky mají protilehlé zúžené párové lícní plochy, jež když jsou přivedeny dohromady stlačením, zajišťují zformovanou jednotku mající hlavní sběrnicovou blokovou lícní plochy na každé • ·

- 9 straně této blokové jednotky, s každou hlavní lícní plochou zajišťující kontakt mezi touto sběrnícovou blokovou jednotkou a lištou vodiče elektrody.

Ještě jeden aspekt tohoto vynálezu se týká postupu elektrolýzy, jenž obsahuje vytvoření výše popsané porézní elektrody v elektrolyzéru (elektrolytické vaně).

Ještě další aspekt vynálezu se týká elektrochemického článku pro provádění elektrochemické redukce železitých iontů, kde tento článek zahrnuje jako katodu zde výše popsanou vrstvenou elektrodu, tato katoda funguje v kladném potenciálu asi 0,1 voltu oproti normální hydrogenové elektrodě, kde je proudová účinnost 100%.

lytického kovových V tomto a anolyt

Tento vynález se v dodatečném i pochodu (elektrolýzy) iontů prostřednictvím postupu je možno použít může být cirkulován do elektroredukci reakce.

komory anolytu obsahující tuto anodu, kterýžto anolyt je odlišný od katolytu. Tento katolyt může obsahovat specie oxidace kovových iontů a tento může být cirkulován do komory katolytu obsahující zde výše popsanou elektrodu jako katodu.

Ještě dalším aspektem tohoto vynálezu je elektrolýza, zajišťující oxidaci anebo redukci kovových iontů prostřednictvím elektrochemické reakce, tento postup zahrnuje:

(a) vytvoření komory protielektrody, mající v sobě katodovou elektrodu, (b) zajištění elektrolytu do této komory protielektrody, tento elektrolyt je prostý kovových iontů pro oxidaci nebo redukci, (c) zajištění diafragmy oddělující komoru protielektrody od komory pracovní elektrody, (d) vytvoření komory pracovní elektrody s porézní, průtokovou, vlákna prostou elektrodou zahrnující

- 10 tuhou jádrovou část a samorodně pružnou vnější obalovou část, jejíž tuhá jádrová část obsahuje vyztužení elektronkového kovu, jejíž jádrová část je v integrálním záběru s vnější obalovou částí z mnohosti vrstev mřížkového elektronkového (kovu) plechu z alespoň jednoho spojitého pásu síta elektronkového kovu těsně navinutého okolo řečené jádrové části, jejíž síto je tenkou, vysoce flexibilní síťovinou výjimečně tenkých pramenů a malých otvorů, dané vrstvy jsou jedna s druhou ve vzájemném záběru kontaktem svých lícních ploch.

(e) cirkulování elektrolytu do komory s pracovní elektrodou, tento elektrolyt obsahuje kovové ionty pro oxidaci nebo redukci.

Ještě dalším aspektem tohoto vynálezu je způsob výroby elektrody pro elektrochemické pochody, jehož elektroda obsahuje část tuhého, protaženého jádra elektronkového kovu, a obalovou část samorodně pružného elektronkového kovu vnějšku elektrody obsahující alespoň jeden spojitě flexibilní pás síta(síťoviny) elektronkového kovu, tento způsob zahrnuje:

(a) obalení tohoto ohebného (flexibilního) pásu síta elektronkového kovu okolo alespoň části řečené tuhé jádrové části v mnohosti obalů ve vrstvách jednoho na vršku druhého, zajišťující kontakt mezi tímto pásem a jádrovou částí v obalených okrajích jádrové části, zatímco (b) je umožněna ohebnost tohoto ohebného pásu od obalených širokých povrchů jádrové části, (c) ohýbání tohoto ohebného pásu na tyto obalené široké povrchy jádrové části, a (d) zajištění tohoto ohebného pásu v ohnuté podobě v bezpečném, elektricky vodivém kontaktu s těmito širokými povrchy jádrové části.

• · · ·

·· ··

Tento vynález se rovněž týká bipolární elektrody, kde jedna strana této elektrody má výše popsané vrstvy ohebného síta a druhá strana, například zadní hlavní lícní plocha kovové deskové elektrody může sloužit jako elektroda různé polarity. Tato zadní hlavní lícní plocha může obsahovat zdokonalení povrchu takové jako pomocí plazmového stříkání nějakého kovu anebo kovového oxidu na tento povrch.

Elektroda tohoto vynálezu může používat snadno ve svém sestavení (konstrukci) komerčně dostupných materiálů. Může zajistit hospodárnost tím, že se vyhne jiným materiálům, jež mohou být využity k výrobě elektrod s vysokým povrchem, jako je drahý porézní titan, jehož příkladem jsou slinuté titanové částice anebo vláknité struktury. Navíc k tomu, že jsou úsporné, tyto vrstvené elektrody snadno překonávají jakoukoli potíž spojenou s jinými elektrodami s vysokou plochou povrchu. Tudíž, tato elektroda je prostá vláken, například není to plstěná struktura (rohož) či stehovaná vláknitá náplň, kde se mohou vyskytnout problémy během připojování kolektorů proudu a/nebo podpůrných rámů.

Elektroda rovněž umožňuje aby byl snadno upraven či nastaven poměr plochy k objemu, například řízením parametru množství jednotlivých vrstev, což může obsahovat volbu optimálního počtu vrstev. Na elektrodu samotnou je možno použít přímé svařovací techniky pro připojování pružných vrstev k tuhému jádru. Jak na toto jádro, tak na dané vrstvy mohou být aplikovány povrchové úpravy (povlaky), ke zvýšení elektrokatalycky aktivního povrchu elektrody. Podržováním si samorodného pružného vnějšku, elektroda zajišťuje toleranční odlehčení, když je tlačena proti separátoru.

Elektroda může zajistit prokazatelně vysoké proudové účinnosti. Těch je možno docílit i když tato elektroda bude sloužit jako katoda v pozitivním potenciálu, například nad +0,1 volt. Vysoká povrchová plocha elektrody umožňuje aby elektroda fungovala za zvýšených hustot proudu, založených na geometrické ploše elektrody. Avšak, reálné hustoty proudu • · • ·

- 12 mohou být pod limitujícími hustotami proudu reakcí, jež by takto nemohly být zvládány bez speciální vrstvené elektrody. Navíc, bylo zjištěno, že redukování této reálné hustoty proudu může být doprovázeno zvýšením proudové účinnosti. Například bylo zjištěno, že redukce železitých na železnaté ionty u vrstvené katody pracující při 35 ampérech na čtvereční stopu (0,0929 m²) pracuje za proudové účinnosti téměř 100 procent u koncentrací železitých iontů nad 750 miligramů na litr.

Přehled obrázků na výkresech

Obr. 1 - znázorňuje část přednostní kovové sítě, zobrazující skutečnou velikost.

Obr. 1A - znázorňuje část sítě z Obr. 1, značně zvětšenou.

Obr. 2 - znázorňuje přední pohled na strukturu elektrody se sítem z Obr. 1 obaleným mnohokrát okolo plochého, tuhého jádrového síta v deskové (plechové) podobě.

Obr. 2A - znázorňuje přední pohled na strukturu elektrody se dvěmi síty, obalenými okolo střední části jádra v deskové podobě.

Obr. 2B - znázorňuje přední pohled na dvě elektrody z Obr. 2, dané k sobě ke zformování zvětšené struktury elektrody.

Obr. 3 - znázorňuje rozložený perspektivní pohled, s částečným seříznutím pro účely zobrazení, elektrolyzéru používajícího elektrody z Obr. 3.

Obr. 3A - znázorňuje zvětšený perspektivní pohled na část montáže přípojnice (sběrnice) pro skříň článku.

Obr. 3B - znázorňuje zvětšený perspektivní pohled na rám elektrody pro skříň článku.

Obr. 4 - znázorňuje zvětšený, částečný bokorys monopolárního článku pro použití v elektrolyzéru na Obr. 4.

• 4

- 13 Příklady provedení vynálezu

Kovy určité elektrody budou většinou vždy elektronkové kovy, obsahující titan, tantal, aluminium, zirkon a niob, ačkoli se předjímá použití jiných kovů, například niklu a oceli. Zvláště přednostním kovem kvůli své pevnosti, odolnosti vůči korozi a použitelnosti, je titan. Stejně jako normálně použitelné základní kovy samotné, vhodné kovy podkladu mohou obsahovat kovové slitiny a intermetalické směsi, stejně jako keramika a cermet jako takové obsahují jeden nebo více elektronkových kovů. Například, titan může být ve slitině s niklem, kobaltem, železem, manganem nebo mědí. Konkrétněji, titan jakostní třídy 5 může obsahovat až do 6,75% váhy aluminia a 4,5% váhy vanadu, třídy 6 až do 6% aluminia a 3% cínu, třídy 7 až do 0,25% váhy paladia, třídy 1O od 10 do 13% váhy plus 4,5 až 7,6% váhy zirkonu atd.

Použitím základních kovů se nejkonkrétněji myslí kovy v jejich normálně použitelném stavu, t.j. mající menší množství nečistot. Tudíž, pro kov přednostního zájmu, titan, jsou k dispozici různé třídy tohoto kovu včetně těch, v nichž jinými složkami mohou být slitiny anebo slitiny plus nečistoty. Jakostní třídy titánu jsou konkrétněji stanoveny ve standardních specifikacích pro titan, podrobně v ASTM B 265-79.

Reprezentativní kov titan může být vyráběn ve formě folie a ta pak roztažena k přípravě síťoviny (dále též síto), která může být použitelná v podobě poskytované kovovým zaválcovačem či expanderem anebo může být zploštěna po roztažení, například ke zvýšení jeho pružnosti. Typické výsledné síto mřížkového plechu, připomínající okenní síta, je znázorněno na Obr. 1. Síto na Obr. 1, označené na Obr. jako síto 1 bylo roztaženo (válcováno) z kovové folie. Při roztahování jsou v ní zajištěny v podstatě kosočtverečně tvarované prázdné prostory a ve spojité síti kovových

pramenů je vyznačen vzor otvorů. Tloušťka výchozí kovové folie může být zcela malá, například v řádu asi 0,005 palce (asi 0,127 mm), vedoucí k síťovině, někdy zde nazývané pro jednoduchost pouze sítem téže tloušťky 0,005 palce. Obecně bude mít toto síto tloušťku v rozmezí asi 0,0025 palce (asi 0,0635 mm) do asi 0,025 palce (asi 6,35 mm). V rámci tohoto rozmezí tloušťky bude tato síťovina vysoce ohebnou (flexibilní), což je žádoucí nejen pro výrobu elektrody, ale pro její charakteristiky, o nichž obou zde bude pojednáno níže. Síto může mít jemnost jako okenní síto, ačkoli když je roztaženo z kovové folie, je Spojitou strukturou pramenů a nikoli tkaným drátěným sítem. Formě nepřetržité (spojité) sítě pramenů se dává přednost kvůli úspornosti, ačkoli použití síťoviny v podobě síta, které je tkaným drátěným sítem, je rovněž zamýšleno.

Síto bude mít malou hmotnost k objemu. Bude mít rovněž vysoký poměr povrchové plochy k objemu. Tento poměr může být nad asi 50, ale typičtěji v řádu 60-80, čtverečních centimetrů na krychlový centimetr či více.

Odkazuje pak na Obr. 1, je vidět, že toto síto 1. má prameny 2, jež se vzájemně spojují ve styčnících (uzlech) .3. U tohoto síta v jeho normální velikosti, jehož skutečná velikost byla znázorněna na Obr. 1, prameny 2 budou mít šířku v rámci rozpětí od asi 0,003 palce (asi 0.076 mm) do asi 0,012 palce (asi 0,304 mm), se síťovinou šířky pramene 0,007 palce (asi 0,177 mm), znázorněné na Obr. 1. Tloušťka pramene 2 je tloušťkou daného síta, či originální folie, t.j. u síta na Obr. 1 budou mít prameny 2 tloušťku asi 0,005 palce (asi 0,127 mm). Styčníky 3 mají dvojitou tloušťku jako mají prameny 2, jsou asi 0,014 palce (asi 0,355 mm) tlusté. Tyto prameny a styčníky jsou odděleny otvorem, či kosočtverečným otvorem. Rozumí se, že tento otvor by mohl být odlišného tvaru. Každý otvor, jak je uvedeno na Obr. 1A, má svůj krátký rozměr svého designu SWD, stejně jako dlouhý rozměr LWD. U sítě znázorněné ve skutečné

velikosti na Obr. 1, je rozměr SWD typicky v rozpětí od asi 0,04 palce do asi 0,08 palce (1,016 až 2,032 mm), a jak je znázorněno je asi 0,06 palce (asi 1,524 mm). Rozměr LWD je pro otvory tohoto síta výhodný pro žádoucí poměr povrchové plochy k objemu u síta, spojený s žádoucí ohebností a samorodnou pružností tohoto síta, uvnitř rozpětí od asi 0,1 do asi 0,15 palce (2,54 až asi 3,81 mm), a je asi 0,125 palce (asi 3,175 mm) u síta na Obr. 1. Tyto rozměry, vedle zajištění větší flexibility tohoto síta, zajišťují stočitelnost (svinutelnost) síta, na což se zde rovněž odkazuje jako na obalování síta a bude o něm konkrétněji pojednáno níže, stejně jako zajišťují roztažnost tohoto síta.

Odkazuje pak na Obr. 2, elektroda 5 má síto 1, znázorněno v obalené podobě, zajišťující mnohost vrstev síta okolo plechového elektrodového jádra 4. Toto elektrodové jádro 4, jak je znázorněno na tomto obrázku, je plechové elektrodové jádro 4, mající spojitou síť kovových pramenů spojených ve styčnících. Nicméně se zamýšlí, že jádro 4 může mít jiné sestavení, například tuhou desku anebo lehčené kovové jádro. Obecně je výhodné, když elektrodové jádro 4 není ani flexibilní, svinutelné, ani roztažné. Tímto může toto jádro 4 přispívat tuhostí elektrodě 5, jíž zde můžeme také nazvat strukturou či sestavením elektrody. Použitím pojmu struktura elektrody se zde míní nějaký výrobek, který může sloužit jako elektroda, ale není jedinou entitou a je představován strukturou elektrody 5 tohoto Obr. 2, jejíž struktura je kombinací síta JL a jádra 4. Může se rovněž týkat takové struktury, kde část této struktury může sloužit jako distributor proudu pro tuto elektrodu. Pro jednoduchost se zde tato struktura nazývá jenom elektrodou.

Ačkoli je jádro 4, znázorněné na Obr. 2, deskovítě tvarováno, t.j. má přední a zadní lícní plochy a okraj, pro • · jádro 4 jsou předjímány i jiné formy jako tyče, trubice a obdélníkové kanály. U konkrétního jádra 4 na Obr. 2 je toto jádro 4 z kovu kalibru 24, zajišťujícího tloušťku pro jádro 0,025 palce (0,0635 mm), jehož kov byl protažen k zajištění otvorů. Pro komerční operace velkého měřítka se zamýšlí, že jádro 4 mřížkového plechu může mít tloušťku v rozpětí od asi 0,02 do asi 0,25 palce (0,508 až asi 6,35 mm) nebo více. Jádro 4, navíc k zajišťování tuhého vyztužení pro elektrodovou strukturu 5, může být použitelné pro distribuci proudu. Například, horní okraj IQ jádra 4 může mít k sobě připevněnu lištu vodiče (neznázorněna) pro vedení elektrického proudu do jádra 4, jež pak nese proud dále dolů do síta 1. Takto jádro 4 zajišťuje snadné připojení k elektrodové struktuře 5 pro distribuci proudu. Navíc, spodní část jádra 4 tak, jak je znázorněno na Obr. 2, t.j. část maskovaná sítem X, může obsahovat nějakou povrchovou úpravu (povlak). Zamýšlí se, že tato úprava by mohla být protažena a pokrývat celou plochu jádra 4, je-li to žádoucí. Tudíž, tam kde je jádro 4 připojeno k prostředkům distribuce proudu, a je opatřeno povrchem, může toto jádro 4 sloužit jako distributor proudu, stejně jako sloužit jako součást aktivní plochy elektrody. Tam, kde je prováděn odkaz na vrchní nebo spodní část na Obr. 2, je nutné chápat, že obvyklá orientace elektrodové struktury 5 tohoto obrázku je ve vzpřímeném způsobu, jak je znázorněno na Obr. 2. Nicméně se předjímá, že může být užitečná jiná orientace elektrodové struktury 5 a tudíž se zde na pomoc používají referenční pojmy jako vršek anebo spodek.

Zajištěním mnoha vrstev síta (síťoviny) JL okolo jádra 4, síto 1 protahuje aktivní plochu elektrody směrem ven ve všech horizontálních směrech od jádra 4. Navíc, tyto vrstvy jsou všechny ze stejné síťoviny 1, každá jednotlivá vrstva má stejnou rovnoměrnou poreznost, ačkoli je předjímána i jiná struktura. Jádro 4 má spodní okraj 9. Spodní okraj 9 jádra 4 a síta 1 jsou u elektrodové struktury 5 koexten• ·

- 17 živní. Avšak takové sestavení nemusí být vždy použito. Tudíž, jádro 4 se může protahovat směrem dolů do síta _1 jen nějakou zvolenou částí výšky síta JL, ale toto protažení není úplným protažením do spodní části síta JL. Rovněž spodní okraj 9 jádra 4 se může protahovat za síto JL (jak uvedeno na Obr. 4). Navíc, jádro 4 nemusí být stejnoměrné. Například, horní část jádra 4 nad horním okrajem síta JL by mohla být pevnou deskou, zatímco část jádra 4 pod sítem JL by mohla být v plechové podobě, jak je to znázorněno na daném obrázku, ke zvýšení cirkulace elektrolytu skrze elektrodovou strukturu

5. Navíc, jádro 4 v podobě ploché desky by mohlo mít úplné protažení desky pod síto ale nad síto JL(?), jádro 4 by se mohlo zužovat směrem dolů, čímž by horní část jádra 4 mohla být více pásového tvaru, t.j. tvaru lišty vodiče (sběrače). Metalurgické rozdíly u jádra 4 mohou obsahovat slitinu titan-paladium pro horní část jádra 4, s titanovou spodní částí pod sítem Jádro 4 může být rovněž kompozitní kov, představovaný povrchem vrstvy titanu, připojené k měděnému jádru. Dále se v tomto ohledu zamýšlí, že síto může mít odlišný elektronkový kov než má jádro 4.

Síto JL, protažením horizontálně směrem ven ve všech směrech od jádra 4, formuje protažení síta (> na každém vertikálním okraji jádra 4. Takto síto 1. rozšiřuje aktivní plochu pro elektrodu za vertikální okraj 7 jádra 4 na horním okraji 8 síta JL. U mnoha aplikací, v nichž bude použita elektrodová struktura 5 z Obr. 2, bude asi od 2 do asi 50 vrstev síta 1., jak je znázorněno na Obr. 1, zajištěných na jádře 4 elektrody. Použití méně než asi 2 vrstev síta JL Obr. 1 na jádro 4 bude obvykle nedostatečné pro dosažení žádoucí proudové účinnosti u elektrody 5. Zatímco více než asi 50 vrstev síta JL Obr. 1 může působit problém v připojování síta JI k jádru 4, například trhání síta JL během připevňování bodovým svařováním. Toto rozpětí vrstev může zajišťovat pro síto 1. protažení směrem ven od jádra 4 v tloušťce v rozmezí od asi 0,1 do asi 0,25 palce (asi 2,54 až 6,35 mm). Obvykle, • ·

z důvodů úspornosti elektrodové struktury, spojených se žádoucí účinností provozu, stejně jako výroby, bude elektroda 5 obsahovat více než 5 a, přednostně pro zvýšenou účinnost proudu, více než asi 10, až do asi 30 vrstev síta z Obr. 1 na jádru 4. Obecně budou všechny jednotlivé vrstvy síta £ stejnou síťovinou. Nicméně jsou zamýšleny odlišné struktury.

Ačkoli byla výška síta £ na Obr. 2 znázorněna jako pokrývající podstatnou část jádra 4, toto sestavení nemusí být vždy použito. Takto se může výška síta £ na jádru 4 protahovat ne více než 50% výšky jádra 4, k zajištění elektrodové struktury ]5. Oceňuje se, že skutečné sestavení bude závislé na designu daného článku a použití elektrody. Zamýšlí se, že celá elektrodová struktura 5 z Obr. 2 bude elektricky vodivou. To jest, elektrodová struktura 5 z Obr.

bude prostá izolace. To, že bude prostá izolace znamená, že je bez jakékoli vrstvy izolace bud mezi jádrem a sítem £, či mezi jednotlivými vrstvami síta 1, či jako vnější vrstva pro síto jL.

U elektrodové struktury 5 bude síto £ přednostně zajišťovat konkrétní plochu pro síto £ v rozpětí od asi 250 čtverečních palců (asi 1612 cm²) na čtvereční stopu (0,0929 m²) do asi 6000 čtverečních palců (asi 38700 cm²) na čtvereční stopu (0,0929 m²). Například, vzorek jedné čtvereční stopy (0,0929 m²) jediné vrstvy síta, majícího celkovou povrchovou plochu pro všechny prameny a styčníky 100 čtverečních palců (645 cm²), když je dodána jako 50 vrstev tohoto síta, bude poskytovat konkrétní plochu 5000 čtverečních palců (32 250 cm²) na čtvereční stopu (0,0929 m²). Méně než asi 250 čtverečních palců (asi 1612 cm²) na čtvereční stopu bude obecně nedostatečných k dosažení zvýšené proudové účinnosti v provozu elektrody, zatímco více než 6000 čtverečních palců (asi 38700 cm²) na čtvereční stopu (0,0929 m²) může být nežádoucí kvůli úspornosti, stejně jako obtížnosti fabrikace dané elektrody. Navíc, jak • ·

- 19 zde výše může mít než asi

zmíněno, tato část síta 1, elektrodové struktury 5 přednostně poměr povrchové plochy k objemu větší čtverečních centimetrů na jeden krychlový centimetr. Tento zvýšený poměr povrchové plochy k objemu je žádoucí pro zvýšenou proudovou účinnost při minimálním objemu elektrody. Jak bude povšimnuto odkazem na Obr. 2, elektrodová struktura 5 tohoto vynálezu nabízí rozmanitost úvah ohledně toku elektrolytu, se zřetelem k této elektrodové struktuře 5. Například, elektrolyt může být dodáván ze spodního okraje 9 elektrody 5 k perkolaci směrem nahoru skrze síto _1. To jest, v tomto režimu elektrolyt proudí podél celkové roviny jádra 4. Podle toho, dodávání elektrolytu může přicházet z přilehlého horního okraje 8 síta X, čímž může elektrolyt kaskádovat dolů sítem 1. Porézní jádro 4, například jako perforovaná deska, síto plechové mřížoviny, lehčený kov, paralelní tyče, listy od sebe vzájemně rozmístěné, či perforované trubice, mohou zvyšovat distribuci toku elektrolytu. Takové porézní jádro 4 může rovněž umožňovat tok elektrolytu elektrodou 5, t.j.

horizontálně či jak je uvedeno zamýšlena, v protikladu je navržena lícní plochy struktury 5 elektrolyt perkoluje směrem protéká elektrodovou strukturou 5.

vedle tuhé elektrodové vertikálně k hlavní rovině jádra 4 elektrody na obrázku. Elektrodová struktura 5, jak je být průtokovou elektrodou, situaci, kde elektrolyt typicky jen teče elektrody. Průtokové aspekty začínají hrát roli, jestli nahoru, kaskáduje směrem dolů či

Pro snadnou výrobu může být elektrodová struktura 5 z Obr. 2 vyráběna pomocí obalování vrstvy síta 1 okolo jádra 4. Například, malý počáteční díl začínajícího okraje síta JL může být ohnut okolo vertikálního okraje 7 jádra 4 a pak síto 1 kontinuálně vinuto okolo jádra 4, dokud není dosaženo žádoucího počtu vrstev. Tento obalovací prostředek výroby zajišťuje dobrý počáteční fyzikální kontakt síta 1 s vertikálními okraji 7 jádra 4. Tam, kde je síto 1 • 0

- 20 pružné, síto JI v čerstvě navinuté podobě, obzvláště na hlavní přední a zadní lícní ploše jádra 4, se může nepatrně ohýbat od povrchu jádra 4. Tudíž, při následném upevňování síta k jádru 4 je síto 1. ohnuto k vnějšímu povrchu jádra 4a k němu zajištěno (upevněno). Zajištění může být jakýmkoli prostředkem obecně užitečným k zajištění při línání kovu na kov v dobrém elektrickém kontaktu. Na počátku mohou být počáteční okraje síta JL obroubeny, aby napomáhaly v zabírání začátku síta JL s okrajem 7 jádra 4. Obecně se s obroubením síta JI počítá, obzvláště pro pevný záběr s okraji 7 jádra. Přednostně bude zajištění dosaženo přivařením síta X k jádru 4J například ve vybraných bodech 11 anebo pomocí švového či obloukového svařování. Jiné upevňovací prostředky obsahují nýty, šrouby s maticí a zkroucený drát. Kde se používá svařování, dává se přednost bodovému svařování pro účinnost a úspornost. Avšak, kde může konečný okraj obalu síta vytvářet hrubý povrch, může být použito švové svařování k zajištění hladkého, konečného vnějšího povrchu síta.

Obzvláště když se používá švového svařování, pouze několik bodů 11 je potřeba mezi sítem 1 a jádrem 4 pro zajištění bezpečného spojení síta 1 k jádru 4_r spojeného s účinnou distribucí proudu. Protože mnoho plochy síta 1 v bodovém svařování není přímo zajištěno k sítu 4, obvykle 99% není svařeno, či podle toho, méně než 1% síta a typicky v řádu 0,5% je svařeno, velké vnější plochy síta X si udržují charakteristiku samorodné pružnosti, například síto JI je náchylné k ohýbání směrem dovnitř k vnitřnímu jádru 4, například manuálním tlakem. Tato pružnost může být vysoce žádoucí pro udržování nízkého poklesu tlaku elektrolytu, když elektrolyt kaskáduje směrem dolů anebo perkoluje směrem nahoru vrstvami síta JL. Samorodná pružnost je dále žádoucí pro přispívání dostatečné pružnosti sítu 1 pro zpomalování permanentní deformace elektrody. Tato pružnost může rovněž žádoucně zajišťovat toleranční odlehčení, když je síto 1 • ·

stlačováno proti protilehlému povrchu jako je separátor. Tím, že má takovou charakteristiku pružnosti, se síto i přizpůsobuje každé nestejnoměrnošti, která by mohla být přítomna v protilehlém povrchu, například zajistit nulovou mezeru mezi sítem 1 a nějakým separátorem.

Tam, kde byla elektrodová struktura 5 připravena (vyrobena) navinutím síta X okolo jádra 4, a typicky potom co bylo síto JL zajištěno k jádru 4, mohou být provedeny některé další výrobní kroky. Například, kdyby mělo být síto 1 přítomno pouze na přední široké lícní straně 12 plochého deskového jádra 4, síto X by mohlo být odloupnuto od zadní lícní plochy jádra 4 a, volitelně, odříznuto od vertikálních okrajů 7 jádra 4. Alternativně, pro formování této mnohosti vrstev, jež by mohla ploše jádra 4, síto nějakého trnu (válce, mít být by jádra anebo široké lícní zformována na jedné mohlo být nejprve navinutí). Tento trn by mohl větší či menší než jádro 4, sítě X okolo trnu pak může spojitý pás síta, být stlačen proti by na jedné lícní být použito v obaleno okolo na být stejnou velikost bude nakonec použito. Obal trnu sklouznut a jež být udržovaný v široké lícní s tohoto přehnuté poloze, ploše 12 jádra sestavení mající síto X pouze či druhé vinutí s trnu může :

výsledný by mohl 4. Toto mohlo zajistit ploše jádra 4, přehnuté formě a stlačeno proti dodatečnému širokému lícnímu povrchu 12 jádra 4. Taková technika by mohla obsahovat protažení 6 síta za vertikální okraje 7 jádra 4. Tato protažení 6 síta tam, kde jsou tato síta X jak na široké přední 12, tak na zadní lícní ploše jádra 4, by mohla být dostatečně protažena na sebe k upevnění k sobě navzájem, bez upevnění k desce 4, například bodovým svařením.

Spíše než připojení přehnutého, spojitého stlačeného pásu, jaký je poskytován s trnu, přímo k jádru 4, jádro 4 může mít nejprve určitý počet vinutí síta X okolo jádra 4. Potom by mohlo být dodatečné síto s trnu umístěno na tato počáteční vinutí k zajištění dalších vrstev síta X na jádro

4. Tato technika je užitečná jako například v případě zajištění bezešvé lícní plochy sítu 1. V této technice může mít přehnutý pás s trnu koncový okraj pásu umístěn lícní plochou dolů proti jádru 4, či proti jakémukoli sítu X, jež bylo předem obaleno na jádro 4. Tímto způsobem vyčnívající lícní plocha síta X bude poskytovat bezešvý povrch.

Tam, kde má struktura síto X pouze na jedné lícní ploše jádra 4, tato může být využita k přípravě (výrobě) bipolární elektrody. Například, široká přední lícní plocha jádra 4 může mít mnohovrstevné síto 1, sloužící jako katoda. Široká zadní lícní plocha jádra 4 pak může být desková anoda. Jestliže budou lícní plochy opatřeny povrchem (povlakem), na přední síto a na zadní lícní plochu mohou být použity odlišné povrchy. Síto, stejně jako jádro 4, jsou přednostně sítem titanového kovu.

Jak bude povšimnuto na Obr. 2, dané síto (síťovina) X je typicky širokým pásem síta X od spodního okraje 9 k přednímu okraji 8, Avšak jsou zamýšlena i jiná sestavení.

Odkazuje pak na Obr. 2A, zde jsou dva úzké pásy síta X, konkrétněji horní pás 13 a dolní pás 14 síta. Tyto pásy 13, 14, síta jsou navinuty okolo elektrodového jádra 4 způsobem jak je zde popsáno, k zajištění vrstev síta jak je zde popsáno. Pásy 13, 14, síta jsou baleny těsně přilehle k sobě navzájem tak, aby byly v kontaktu okraji na svém společném okraji 15. Spodní okraj 9 dolního pásu 14 síta je nad spodní částí jádra 4, vystavujíce spodní část 16 jádra. Jako u síta X na Obr. 2, se síto X na tomto Obr. 2A protahuje směrem ven od vertikálního okraje 7 jádra 4. Toto formuje protažení 6 síta na obou vertikálních okrajích 2 jádra 4 pro jak horní pás 13 síta, tak dolní pás 14 síta. Každý pás 13, 14, síta je připevněn k jádru 4 svařením v bodech χχ. Ačkoli horní pás 13 a dolní pás 14 síta jsou znázorněny, rozumí se, že by podél jádra 4 mohla být umístěna mnohost úzkých pásů okraji k sobě, jako na Obr. 2A tak, že síto 1 je segmentováno do mnoha přilehlých úzkých • ·

4 4 · 4 4· 4 4 44

444« 4444

4 4 4 4 4 4 444 44

444444

444 4444 44 444 4444

- 23 pásů, například čtyřech až šesti pásů, či více. Avšak, pro úspornost výroby je nesegmentované síto 1. často přednostní.

Odkazuje pak na Obr. 2B, ten uvádí elektrodu 5 mající síto _1, znázorněné v obalené podobě, zajišťující mnohost vrstev síta okolo dvou elektrodových jader 4A a 4B, umístěných vedle sebe. U této elektrody 5 byly dány dohromady, bok po boku, dvě elektrody z Obr. 2, každá formující díl (panel) elektrody 17, 18. Tyto díly 17, 18, jsou spolu v kontaktu okraji podél společného Okraje 19 síta 1 pro každý díl. Dosednutím dílů 17, 18, na společný okraj síta jsou panelová elektrodová jádra 4A, 4B, od sebe rozmístěna stranou na svém společném vertikálním okraji 7. Tato mezera 90 na společných vertikálních okrajích Ί_ je zapříčiněna sítem 1., majícím protažení 6, jež se protahuje směrem ven za vertikální okraj 7 každého elektrodového dílu 17, 18. Rozumí se, že elektrodové díly 17, 18, mohou být přivedeny dohromady ke zformování elektrody 5 pomocí jakéhokoli vhodného prostředku, např. proužkem distributoru proudu (neznázorněn), probíhajícím přes celý horní okraj JO každého jádrového dílu 4A, 4B. Pomocí prostředků jako jsou ty znázorněné na tomto Obr. 2B, mohou být velké panelové elektrody formovány přivedením dohromady jednotlivých, společných menších elektrodových dílů 17, 18, čímž může mít dokončená elektroda 5 segmentová elektrodová jádra 4A, 4B. Navíc, v takovém dílu 5 mohou být síta JI segmentována jako je tomu v podobě odděleného pásu horních a dolních pásů 13, 14, na Obr. 2A. Síta takové pásové formy mohou být použitelná na oba elektrodové díly 17, 18. Jsou zamýšleny i jiné variace. Například, síto na jednom elektrodovém díle 17 by mohlo být horním a dolním pásem 13 a 14 (Obr. 2A), zatímco síto na jiném, přilehlém elektrodovém díle 18, by mohlo být síto jL. Anebo by síto jednoho dílu 17 mohlo mít omezenou výšku, jako je jediný a horní pás 13 síta (Obr. 2A), zatímco síto 1 na přilehlém elektrodovém díle 18 by mohlo být protažené síto 1, jak je znázorněno na Obr. 2B.

Anebo by elektrodové díly 17, 18, mohly být samy segmentové, například by každý mohl být ve vertikálních, od sebe rozmístěných, pásech anebo segmentech, spojených na jednom anebo více okrajích, jako je horní okraj, pomocí pásu distributoru proudu, rovněž fungujícím k zajištění podpory danému dílu.

Elektroda 5 bude užitečná v elektrochemických článcích jak je zde dále konkrétněji popsáno. Tyto články mohou být používány v elektrolyzérech pro provádění elektrochemických reakcí. Přednostní elektrolyzér je popsán v příslušných obrázcích.

Odkazuje pak na Obr. 3, přednostní elektrolyzér 20, stejně jako představující jeden aspekt tohoto vynálezu, zahrnuje skříň článku z, obecně, opevněného dna 28, bočních stěn ,33, 34, přední desky 21 a zadní desky (neznázorněna) . Skříň článku je vybavena přítokovou/odtokovou, či přední montáží 30. Tato přední montáž 30 má přední desku 21. Spojující skrze vnější desku 21 je otvor odtoku katolytu 23, otvor přítoku anolytu 24, otvor přítoku katolytu 25, výpust nádrže 26 a otvor výtoku anolytu 27. Za vnější deskou 21 se otvor přítoku anolytu 24 spojuje s rozdělovacím potrubím přítoku anolytu, vyrobeným v sekcích 32, které se protahují do elektrolyzéru 20. Otvor přítoku katolytu 25 se připojuje skrze přední desku 21 k rozdělovacímu potrubí 31 přítoku katolytu, jež vyčnívá skrze separátorovou desku 39 do elektrolyzéru 20. Spodek elektrolyzéru 20 má opevněné dno

28. Elektrolyt může být odvodňován skrze výpust 26 nádrže, umístěnou ve zdvihu dna 28.

Elektrolyzér 20 je vybaven jednopólovými články 40. Každý monopolární článek 40 má katodovou strukturu 41 a na každé straně této katodové struktury 41 jsou anodové struktury 42, 43 . Katodová struktura 41 má lištu vodiče (sběrače) katody 44, síto distribuce proudu 45 a síto katody s vysokou povrchovou plochou 46. Mezi katodovou strukturou 41 a každou anodovou strukturou 42, 43, je separátor 47.

Tento separátor 47 je ve dvou částech, s jednou částí odstraněnou, s oběmi částmi seřízlými k vystavení roštu 57 podkladového anodového rámu. Separátor 47 odděluje katodové síto 46 od anody 48, každá anoda 48 je obsažena v anodovém rámu 49. Každá anoda 48 má lištu vodiče (sběrače) anody 50, anodové síto 51 stejně jako vodící drážky 52 anody.

Jak je znázorněno nejkonkrétněji na Obr. 3B, rám anody 49 má dvě vnější desky 53. Mezi těmito vnějšími deskami 53 je drážka 55 rámu anody (Obr. 3), jež je zakončena na horním vnějším okraji v anodovém výtokovém žlábku 56. Každá anodová vnější deska 53 obsahuje rošt 57 anodového rámu. Jak je povšimnuto na Obr. 3B, každý rošt 57 anodového rámu je vyroben z řady vertikálních podpůrných pásků 81, jež protínají řadu paralelních horizontálních podpůrných pásků 82 s centrálním základním podpůrným pásem 83. Tyto vzájemně se protínající pásy 81, 82, formují v roštu 57 otvory 84. Celková plocha tohoto roštu 57 má takovou velikost, aby odpovídala celkové planární lícní ploše anodového síta 51, a odpovídá alespoň části celkové planární lícní plochy katodového síta 46.· Anodové vodící sloupky 52 anodového síta 51 vklouzávají do vodících drážek 80 v anodovém rámu 49 a v rámovém roštu 57, když anoda 48 klouzá do drážky rámu 55 anody. Tyto drážky 80 umisťují anodu 48 uvnitř anodového rámu 49. Na spodní části vnitřní desky 54 je část (sekce) rozdělovacího potrubí přítoku anolytu 32. Toto rozdělovači potrubí nejenom rozděluje anolyt, ale má v sobě rovněž spojovací tyč 85. Na v podstatě každém okraji vnější desky 53 anodového rámu existuje trubicová část, kterou procházejí ustavovací (polohové) tyče 58. Tyto trubicové sekce 75 slouží jako separátory (oddělovače) mezi vnějšími deskami 53 přilehlých anod. Rovněž se chápe, že sekce rozdělovacího potrubí přítoku anolytu 32 jsou spojeny dohromady v sérii ke zformování rozdělovacího potrubí 73 anolytu (Obr. 4).

Na druhé straně katodové struktury, od anodové struktury 43 je druhá anodová struktura 42. Tyto struktury jsou vzájemně identické. Například, anodová struktura 42 má podobně vnější desky 53 a vnitřní desku 54, jež jsou zakončeny v jejich horním směru na jednom vnějším okraji v anodovém výtokovém žlábku 56. Sekce rozdělovacího potrubí přítoku anolytu 32 zajišťuje kanál pro dodávání elektrolytu do každé drážky 55 rámu anody prostřednictvím otvorů (neznázorněny) pro vytékání anolytu z rozdělovacího potrubí přítoku anolytu do každé drážky 55. Každý monopolární článek 40 má anodové struktury 42, 43, a katodovou strukturu 41, udržované ve vyrovnání anodovými ustavovacími tyčemi 58.

Katodové struktury 41 umístěné zpředu dozadu jsou odděleny anodovou separátorovou deskou 39. Právě uvnitř vnitřní desky 22 elektrolyzéru může být umístěna katodová struktura 41. Boční stěna elektrolyzéru 33 má žlab 35 odtoku anolytu, který je umístěn pod anodovými výtokovými žlábky 35 anodových rámů. Tento žlab 35 odtoku anolytu se spojuje na vnější desce elektrolyzéru 21 s otvorem odtoku anolytu

27. Na druhé straně elektrolyzéru 20 má boční stěna elektrolyzéru 34 žlab 36 odtoku katolytu. Katolyt přetékající horní okraj 77 boční stěny 34 vtéká do žlabu 36 odtoku katolytu. Tento žlab 36 odtoku katolytu spojuje vnější desku elektrolyzéru 21 s otvorem odtoku katolytu 23. Pro zjednodušení, jak je zde uvedeno výše, se část pouzdra elektrolyzéru vymezená opevněným dnem 28, bočními stěnami 33, 34, přední deskou 21 a zadní deskou (neznázorněna), se zde někdy nazývá jako skříň článku. Tudíž, žlaby odtoku 35, 36, jsou umístěny na vnější straně skříně tohoto článku.

Umístěna vně každého odtokového žlabu 35, 36, a takto vně elektrolyzéru 20, na každé straně elektrolyzéru 20, je montáž elektrické sběrnice 60. Tato montáž 60 má vnější desku 61 a vnitřní desku 62 pro disipaci zvýšeného tepla. Tyto desky jsou odděleny, rovněž pro chlazení. Montáž elektrické sběrnice 60, uvedená na Obr. 3, spojuje s lištami anodového vodiče (sběrače) 50 skrze díl těchto lišt 50, jež se protahují za anodové síto 51, a takto mimo elektrolyzér

- 27 20, rovněž jako protažení nad žlabem odtoku anolytu 35. Na nejhornějším okraji montáže elektrické sběrnice 60 podél žlabu odtoku anolytu 35, vnitřní a vnější sběrnicové desky 61, 62, mají zářezy 63. Každý zářez 63 je využíván pro spojení páru lišt 50 anodového vodiče použitím dvojitých zkosených bloků způsobem, jenž je konkrétněji znázorněn na Obr. 3A.

Odkazuje pak na Obr. 3A, každý zářez 63 vnějších a vnitřních sběrnicových desek 61, 62, zadržuje dvojité zkosené bloky volného, zkoseného sběrnicového bloku 64 a pevného zkoseného sběrnicového bloku 65. Tyto sběrnicové bloky 64, 65, jsou upevněny dohromady pomocí šroubu 66 a maticí 67. Když jsou spojeny dohromady, spojený sběrnicový blok 70 má mezery 68 mezi sběrnicovým blokem 70 a výčnělkem desky 71 pro jak vnitřní, tak vnější desku 62, 61 . Tyto mezery 68 zajišťují prostor pro protažené části lišt 50 anodového vodiče.

V montáži je lišta 50 anodového vodiče umístěna ve žlábku 68 na každé straně sběrnicového bloku 70, zatímco zkosené sběrnicové blokové části 64, 65, jsou ve volném uložení. Šroub 66 je pak upevněn proti matici 67, tlačíce volný zkosený sběrnicový blok 64 proti pevnému zkosenému sběrnicovému bloku 65.

Toto utažení vykonává klínové stlačování sběrnicových blokových částí 64, 65, proti částem protažení lišty 50 vodiče anody. Toto stlačení těsně zabírá tuto lištu 50 anody s výčnělky desky 71 uvnitř mezer 68.

Odkazuje pak na Obr. 4, tento znázorňuje desku 39 separátoru katody, proti které je umístěna katodová struktura 41 . Na protilehlé straně katodové struktury 41 od desky 39 separátoru je separátor 47. Separátor 47 je umístěn proti jedné desce 53 anodového rámu. Na druhé straně této jedné anodové přední desky 53 od separátoru 47 je drážka rámu 55 anody. Tato drážka 55 má pak na každé straně desku 53 anodového rámu. Pokračuje od leva do prava na Obr. 4, od této drážky 55 rámu anody je znázorněn separátor 47, katodová struktura 41, deska 39 separátoru katody, ještě jedna struktura anody 41, separátor 47, deska 53 rámu anody, drážka 55 rámu anody, deska 53 rámu anody a sepárátor 47. U každé znázorněné katodové struktury 41 se jádro 4 katody protahuje pod síto 1 elektrody. Spojující s každou drážkou 55 rámu anody je drážka přítoku anolytu 72, spojující z rozdělovacího potrubí 73 přívodu anolytu. Uvnitř tohoto rozdělovacího potrubí 73 přívodu je spojovací tyč 85. Rozdělovači potrubí 73 přívodu je zakončeno v koncovém uzávěru 75. Jak jé obzvláště vidět pomocí odkazu na tento obrázek, elektrolyzér 20 představující tento vynález, může být sestaven tak, aby odděloval anolyt a katolyt. Takto mohou být v elektrolyzéru 20 použity odlišné anolytové a katolytové substance, bez obavy o jejich smíchání.

Při provozu elektrolyzéru 20, katolyt dodávaný ze zdroje (neznázorněn) přitéká otvorem přítoku katolytu 25 do rozdělovacího potrubí přítoku katolytu 31. Z tohoto potrubí 31 katolyt opouští potrubí 31 otvory 76 do komor dodávání katolytu (neznázorněny), odkud katolyt perkoluje směrem vzhůru skrze síto 46 katolytu. Na vršku boční stěny 34, katolyt přetéká horní okraj 77 do žlabu odtoku katolytu 36. Z tohoto žlabu 36 je katolyt vypouštěn z elektrolyzéru 20 skrze odtok katolytu 23.

Anolyt pro elektrolyzér 20 vtéká otvorem přítoku anolytu 24 do rozdělovacího potrubí přítoku anolytu 73. Rozdělovači potrubí přítoku anolytu u tohoto příkladného elektrolyzéru je navrženo menší než rozdělovači potrubí přítoku katolytu, protože míry toku anolytu jsou menší než množství katolytu u specifického, očekávaného použití tohoto článku. Z rozdělovacího potrubí přítoku anolytu 73 je anolyt dodáván drážkami přítoku anolytu 72 do drážek 55 anodového rámu. Tam anolyt perkoluje směrem anodového rámu a za rošty 57 anodového rámu 49 anolyt prochází nahoru mezi páry desek 53 anodového rámu. S vršku ze žlábku odtoku anody 56 do žlabu odtoku anolytu 35. Spotřebovaný anolyt pak opouští

- 29 elektrolyzér ze žlabu 35 skrze otvor odtoku anolytu 27. Může být žádoucí vybavit elektrolyzér 20 nějakým krytem (neznázorněn).

Elektrická připojení pro montáž elektrické sběrnice 60 anody jsou prováděna skrze desky sběrnice 61, 62, k elektrickému zdroji (neznázorněn). Proud je rozdělován do anody 48 z montáže sběrnice 60 lištami vodiče (sběrače) anody. Podobným způsobem je proud veden lištami 44 vodiče katody do montáže katody (neznázorněna), jež je dále připojena ke zdroji elektrického proudu (neznázorněn).

V montáži je spojena základní struktura pouzdra elektrolyzéru 20 obsahující opevněné dno 28, boční stěny 33, 34, a přední desku 21 a zadní desku (neznázorněna). Během této montáže je instalováno rozdělovači potrubí přívodu katolytu 311. Vně základního pouzdra elektrolyzéru 20, na bočních stěnách 33, jsou instalovány žlaby odtoku elektrolytu 35, 36 . Na vnějšku těchto žlabů 35, 36, jsou umístěny montáže sběrnice anody 60 a montáže sběrnice katody/neznázorněna). Pak jsou uvnitř základního pouzdra elektrolyzéru sestaveny dané články vsunutím katodových struktur 41, desek 39 separátoru katody, anodových struktur 43, jež mají k sobě přilnuté separátory 47, do vnitřní dutiny základního pouzdra elektrolyzéru 20. Pro tento příkladný elektrolyzér jsou články 40 formovány pomocí spojité sekvence prvků uspořádaných způsobem jak je nejkonkrétněji znázorněno na Obr. 4. Během této části montáže jsou sekce rozdělovacího potrubí přítoku anolytu 32 uvedeny do přizpůsobení zajištění vnitřního rozdělovacího potrubí přítoku anolytu 73. V této části montáže jsou anodové rámy 49 vsunuty se spojujícími trubkovými rozpěrkami 75 a ustavovací tyče 58 jsou prostrčeny těmito trubicovými rozpěrkami 75 k zajištění vyrovnání rámu anody v celém elektrolyzéru 20. Po tomto vyrovnání mohou být vsunuty anody 48 v anodových rámech 49, s péči věnovanou vsunutí anodových drážek 52 uvnitř anodových vodících lišt 80.

• · • ·

- 30 Když jsou vsunuty katodové struktury 41 a anody 48, protáhnuté části jejich lišt 44, 50, jejich příslušného vodiče, jsou rozmístěny uvnitř drážek 68 montáží elektrické sběrnice 60 přilehle sběrnicovým blokům 70, jež jsou ve volném připojení. Poté jsou zkosené sběrnice blokové části 64, 65, přišroubovány těsně dohromady k pevnému zabírání protažených sekcí lišt 44, 50 vodiče mezi sběrnicovými bloky 70 a výčnělkem 71 desky montáže elektrické sběrnice. Pak mohou být provedeny přípojky k montážím elektrické sběrnice 60 pro přiložení (vtisknutí) elektrického proudu do elektrolyzéru. Mohou být rovněž provedeny přípojky ze zdrojů anolytu a katolytu (neznázorněny) pro zajišťování přítoku těchto příslušných elektrolytů do otvoru přítoku anolytu 24 a otvoru přítoku katolytu 25. Kde je to žádoucí, mohou být zajištěny prostředky recirkulace pro recyklovaný elektrolyt ze žlabů 35, 36, zpátky přívody 24, 25. Kde to je žádoucí může být přes vrchní část elektrolyzéru obsažen kryt.

Ačkoli je příkladný elektrolyzér 20, jak je znázorněn na Obr. 3, vybaven články uspořádanými v monopolárním uspořádání, je třeba chápat, že když by tento elektrolyzér měl být použit různým způsobem, tak by byla funkční jiná uspořádání článku. Tudíž se zamýšlí, že by články mohly být uspořádány jako bipolární články, kteréžto uspořádání by sebou neslo odlišná sběrnicová připojení od těch, která jsou uvedena na Obr. 3. U elektrolyzéru 20 může být hlavním materiálem pro konstrukci skříně článku, t.j. pro opevněné dno 28, boční stěny 33, 34, a přední desku 21 a zadní desku 22, polypropylén anebo jiný vhodný materiál jako je polyvinylchlorid (PVC), Halar'^IM, Kynar™ a chlorovaný polyvinylchlorid. Takový materiál jako polypropylén je rovněž použitelný pro zajištění žlabů 35, 36, stejně jako přítokových a odtokových otvorů 23-27. Obecně jsou anodový rám 39, rozdělovači potrubí přítoku katolytu 31 a deska 39 separátoru anody, vyrobeny z chlorovaného polyvinylchloridu. Jiné vhodné materiály pro tyto prvky obsahují Halar'^rM,

- 31 polyethylén, PVC a polypropylén. Pro účinnou elektrickou vodivost je sběrnice měděná, stejně jako blokové součásti 64, 65. Šroub a matice 66, 67, pro tento blok jsou z nerezavějící oceli. Typicky jakékoli tyčky, například anodové ustavující tyčky 58, jsou titanem nebo kovem jako je nerezavějící ocel, nikl nebo zirkon. Tam, kde bude používán elektrolyzér, v uspořádání monopolárního článku, s vodnatým mediem obsahujícím kovové ionty, obecně obsahujícím železíté ionty pro redukci na železnaté ionty, jak by mohly být přítomny v síranu železitém, anoda může být dimenzionálně stabilní anodou podkladového kovu jako je titan, pokrytého elektrochemicky aktivním povrchem (povlakem). Alternativní materiály zamýšlené pro anodu obsahují tantal. Separátorem bude nejvhodněji syntetická diafragma, jak je zde konkrétněji pojednáno níže. Katoda pro tuto příkladnou redukci kovových iontů může být podobně dimenzionálně stabilní, jako například opatřením podkladového kovu katody titanu elektrochemicky

Předjímá se, že elektroda 7, může být elektrochemické reakce.

aktivním článek, jakýkoli

Tyto komor povrchem.

ve kterém může být použita pro provádění mít jakékoli obsahuj ících takový článek články mohou a separátorů, technice konstrukce uspořádání elektrod, membrány a diafragmy, elektrochemického článku. Tudíž, jak ačkoli byl monopolární design označen vynálezu na Obr. 3, pro použití elektrody jak je známo v zde jako zmíněno výše, příklad tohoto 5 se předjímá použití jakékoli jiné konstrukce článku. Podobně se zamýšlí, že elektroda 5 může být obecně užitečná v elektrochemickém článku jako anoda, katoda anebo oboje.

Elektrochemický článek obsahující elektrodu 7 tohoto vynálezu může být obzvláště užitečný tam, kde je možno elektrody 7 použít ke zvýšení velikosti (míry) pro jakýkoli omezený hmotný přenos či kineticky omezenou elektrochemickou reakci. Příklad takových reakcí kovových iontů a organické obsahuje oxidaci či redukci reakce, včetně organické • ·

- 32 destrukce. Zvláštního zájmu je reakce redukce kovových iontů, kde jsou železíté ionty redukovány na železnaté ionty. Příkladem článku přizpůsobeného takové redukci je článek elektrochemicky redukující železíté ionty kovového chelátu. Tento chelát, v němž jsou železnaté ionty oxidovány by mohl být použit v jakémkoli absorpčním pochodu, kde jsou složky jako je NO a SO2 čištěny z kouřového plynu (spalin). Oxidovaný kovový chelát, který je pak v neaktivním stavu, může být elektrochemicky redukován pro recyklování do absorpčního pochodu.

S elektrodou tohoto vynálezu v takovém elektrochemickém redukčním pochodu bylo zjištěno, že tento článek může být rozdělen diafragmovým separátorem do anodové a katodové komory. Zde dosud užívané zařízení článku pro tento pochod spoléhalo na membránové oddělení anodových a katodových komor. Tento vynález se tedy částečně týká elektrolyzérového přístroje, v němž jsou anodové a katodové komory odděleny diafragmovým separátorem a katodová komora využívá vrstvené elektrody 5 pro redukci železitých iontů na železnaté ionty. Katolyt může zahrnovat absorpční roztok obsahující oxidované neaktivní kovové cheláty z pochodu jak je zde výše popsán. Katolyt může rovněž obsahovat dodatečné přísady jako jsou sulfity. Anolyt v takovém pochodu zvláštního zájmu obsahuje obecně vodnatý elektrolytický roztok. Tímto je obvykle acidický roztok, například s pH 2-4, který je vodnatým anolytickým mediem. Přednostní složky pro tento anolyt obsahují kyselinu jako je kyselina sírová a kyselina fosforečná, či kombinace jako je kyselina, například sírová, s nějakou solí, jak jsou dodávány síranem sodným. Obecněji, anolyt pro tento konkrétní pochod má typicky pH udržované v rozmezí od 1 do asi 7.

Pro tento příkladný článek redukce železitých iontů může být anoda vyrobena z kovů, které obsahující titan. Přednostně je pro účinný provoz článku anoda dimenzionálně stabilní anodou z podkladu elektronkového kovu, pro • ·

- 33 úspornost přednostně titanu, který má elektrochemicky aktivní povrch (povlak), zejména jeden, jenž je konkrétněji popsán níže.

Katodou je pak elektroda 5 jak zde popsána výše. Taková katoda je přednostně z titanu, pro úspornost, jak pro jádro tak síto. Přednostně jsou jak síto, stejně jako aspoň část jádra v kontaktu se sítem, pokryty elektrochemicky aktivním povrchem takovým, jak je o něm pojednáno níže. Pro jednoduchost zde může být provozní elektrodu, jako je katoda v tomto článku redukce železitých iontů, nazývána jako pracovní elektroda. V tomto případě je anoda protielektrodou, protože tento pojem se zde používá.

Separátorem pro tento příkladný článek redukce železitých iontů je pak diafragma, jak bylo zmíněno výše. Pro diafragmu v tomto článku může být použita syntetická, elektrolytem prostupná diafragma. Syntetické diafragmy obecně spočívají na syntetickém polymerovém materiálu jako je polyfluoroethylénové vlákno, jak ho uvádí patent US č. 5 606 805, či lehčený polytetrafluoroethylén, jak je uveden v patentu US č. 5 183 545. Tyto umělé diafragmy mohou obsahovat ve vodě nerozpustné anorganické částice, například, karbid křemíku, či kysličník zirkoničitý, jak uvádí patent US č. 5 188 712, či talek jak hlásá patent US č. 4 606 805. Obzvláště přednostní pro diafragmu je obecně neazbestová diafragma ze syntetického vlákna, obsahující anorganické částice, jak je uvedena v patentu US č. 4 853 101. Učení tohoto patentu jsou zde zapracována referencí.

Obecně tato přednostní diafragma zahrnuje neizotropní vláknitý materiál či strukturu, v níž tato vlákna obsahují 5-70 váhových procent organických, halokarbonových polymerových vláken v přilnavém spojení s asi 30-95 váhovými procenty jemně rozdělených anorganických částic natlačených do vláken během jejich formování. Tato diafragma má váhu na jednotku povrchové plochy mezi asi 3 až asi 12 kilogramy na čtvereční metr. Diafragma má přednostně váhu v rozmezí asi • · • · · · · ···· • · · · · · · · · · · · • · · · · · · · ··· ···· ·· ··· 9Λ ··

- 34 3-7 kilogramů na čtvereční metr. Zejména přednostními Částicemi je kysličník zirkoničitý. Je možno použít jiných kovových oxidů, t.j., titanu stejně jako křemičitanů jako je křemičitan hořečnatý a hlinito-křemičitan, hlinitany, keramika, cermety, karbon a jejich směsi.

Přednostní diafragmou pro článek redukce železitých iontů je stlačená, neizotropní vláknitá diafragma na trhu pod ochrannou známkou ELRAMIX.

Celkově může být stlačení diafragmy v rozmezí od asi jedné tuny na čtvereční palec (6,45 cm²) až do asi šesti tun na čtvereční palec anebo více, například sedm tun na čtvereční palec. Avšak typičtější je od asi jedné do méně než pěti tun na čtvereční palec (6,45 cm²). Diafragmy mohou být ohřívány během stlačení kvůli tavení a stlačování diafragem. Další podrobnosti týkající se těchto diafragem jsou uvedeny v patentu US č. 5 246 559. Diafragmy mohou být před svým použitím ošetřeny aktivním povrchovým činidlem. Toto ošetření (zpracování) může být provedeno v souladu s postupem stanoveným v patentu US (Bon) č. 4 606 805, či v souladu s postupem stanoveným v patentu US (Lazars et al.) č. 4 252 878.

Příkladem elektrochemicky aktivních povrchových úprav (povrchů), jež mohou být aplikovány na elektrodu jsou ty zajištěné z platiny anebo jiných kovů platinové skupiny, či které představují povrchy aktivních oxidů jako jsou kovové oxidy platinové skupiny, magnetit, ferit, kobaltový spinel anebo smíšené povrchy kovových oxidů. Tyto povrchy jsou typicky vyvíjeny v průmyslovém elektrochemickém odvětví pro použití jako anodové povrchy. Mohou být založeny na vodě či rozpouštědle, například užitím alkoholového rozpouštědla. Vhodné povrchy tohoto typu jsou obecně popisovány v jednom či více patentů US č. 3 265 526, 3 632 498, 3 711 385 a 4 528 084. Smíšené povrchy kovových oxidů mohou často obsahovat alespoň jeden oxid elektronkového kovu s oxidem kovu platinové skupiny, která obsahuje platinu, paladium,

- 35 rhodium, iridium a ruthenium anebo jejich směsí mezi sebou a s jinými kovy. Další povrchy obsahují oxid cínu, kysličník manganičitý, kysličník olovičitý, oxid kobaltu, železitý oxid, povrchy platnatanu jako je MxPTsCU, kde M je alkalický kov a x je typicky cílován na přibližně 0,5, oxidu niklnikl a oxidy nikl plus lanthamid.

Předjímá se, že tyto povrchy budou aplikovány nadanou elektrodu jakýmkoli z těch způsobů, jež jsou užitečné pro aplikaci tekuté sloučeniny povrchové úpravy (povlaku) na nějaký kovový podklad.

Tyto způsoby obsahuj í techniky ponoření-odstředění a ponoření-sušení, válečkové nanášecí zařízení a aplikaci aplikaci kartáčů.

postřikem jako je elektrostatický sprej. Navíc je možno použít kombinovaných technik, například ponoření-vysušení s aplikací spreje. Bude oceňováno, že zejména u postupu nanášení povrchu ponořením pro elektrodu 5, tento bude typicky prováděn ponořením elektrody 5 do dané sloučeniny až k hornímu okraji 8 síta £ elektrody 5. Tento postup nejen pokryje povrchem síto 1, ale rovněž jádro elektrody 4 až k okraji 8. Po provedení jakékoli předchozí techniky nanášení povrchu, po odstranění z dané tekuté sloučeniny povrchové úpravy, potažený kovový povrch může být jednoduše nechán po ponoření uschnout, či může být podroben jiným technikám po nanesení povrchu jako je nucené sušení vzduchem.

Typické podmínky pro vytvrzování elektrokatalyckých povrchů mohou obsahovat vytvrzovací teploty od asi 30O°C až do asi 600°C. Časy tvrzení se mohou měnit od pouze několika minut pro každou vrstvu povrchu (povlaku), až do jedné hodiny a déle, například delší doba vytvrzování se použije v případě aplikace několika povrchových vrstev. Nicméně, z důvodů ekonomiky provozu se obecně předchází vytvrzovacím postupům duplikujícím podmínky žíhání zvýšenou teplotou plus prodlouženému vystavení těmto zvýšeným teplotám. Obecně mohou být použitými vytvrzovacími technikami jakékoli z těch, jež mohou být použity pro tvrzení povrchu na kovovém

9 • ·

- 36 podkladu. Takto je možno použít pásových sušáren. Navíc mohou být sušáren (pecí), včetně užitečnými infračervené vytvrzovací techniky. Přednostně se pro nejúspornější vytvrzování používá tvrzení v sušárně (peci) a teplota tvrzení použitá pro elektrokatalycké povrchy se bude pohybovat v rozmezí od asi 45O°C až do asi 55O°C. Při těchto teplotách budou pro každou aplikovanou vrstvu povrchu téměř vždy používány doby vytvrzení pouze několika minut, například od asi 3 až 10 minut.

Navíc k povrchové úpravě opatřené elektrodě 5 fungující jak je popsáno výše, tato může být užita v článku (elektrolyzéru), který je typicky vícekomorovým článkem s diafragmou anebo membránovými separátory.

Následující příklad znázorňuje způsob, kterým byl tento vynález praktikován, ale neměl by být vykládán jako ho omezující.

PŘÍKLAD

Byl použit průtokový, monopolární elektrochemický testovací článek, mající jednu katodovou komoru a jednu anodovou komoru. Tento článek se skládal ze skříně z polyvinylchloridu (PVC) s vnitřními rozměry 5 palců (12,7 cm) hloubky x 4 palce (10,16 cm) šířky x 3,5 palce (8,89 cm) délky, komory anody PVC, anody síta jedné vrstvy, a katody síta s vícenásobnou vrstvou. Anodová komora byla oddělena diafragmovým porézním separátorem, diafragmou ELMARIX™, jež má plošnou váhu povrchové plochy 5,17 kg/m², výšku 6 palců (15,24 cm), šířku 4 palců (10,16 cm) a tloušťku 0,70 palce (1,77 cm). Polymerová vlákna diafragmy byla polytetrafluoroethylénová polymerová vlákna. Anorganickou částicí byl kysličník zirkoničitý. Diafragma byla složena ze 70 váhových procent kysličníku zirkoničitého a 30 váhových procent polytetraf luoroethy lénu . Byla před tím stlačena při 5 tunách na ···

- 37 čtvereční palec (6,45 cm²).

Každá z katod článku byla v podobě jak je znázorněna na Obr. 2. Každá katoda měla titanové síto pokryté pomocí elektrochemicky aktivního povrchu (povlaku) oxidu iridia a použitím roztoku IrC13, rozpuštěného v n-butanolu a HCL. Povrch byl aplikován ponořením v titanové síti obalené desky do roztoku povrchové úpravy do úplného ponoření síta v tomto roztoku, pak odstraněním katody z roztoku a vypalováním (sušením) způsobem popsaným v Příkladu 1 z patentu US č. 4 797 182, ale bez závěrečného prodlouženého ohřívání.

Pokrytím tímto způsobem byla rovněž pokryta plocha 6 1/8 palce (15,55 cm) katodové desky. Před pokrytím povrchem bylo síto asi 3-5 minut leptáno ve 20% HCL, udržované na 95°C. Aktivní síto katody mělo 24 vrstev jemného, vysoce ohebného titanového síta (síťoviny) s prameny šířky 0,007 palce (0,176 mm) a s tloušťkou 0,005 palce (0,13 mm). Jednotlivé kosočtvercové otvory měly LWD 0,125 palce (3,18 mm) a SWD 0,066 palce (1,68 mm). Konkrétní povrchová plocha 24 vrstev tohoto síta byla 2 842 čtverečních palců (18 330,9 cm²) na čtvereční stopu (0,0929 m²). Pás široký 6 1/8 palce (15,55 cm) byl obalen okolo titanové desky o rozměrech 12 palců (30,48 cm) x 3 3/16 palce (asi 9,68 cm) x 0,060 palce (0,152 cm). Spodek tohoto pásu se shodoval se spodní částí desky. Tímto deskovým distributorem byla titanová plechová mřížovina, mající otvory s LWD 5/16 palce (0,79 cm) a SWD 3/16 palce (0,47 cm). Celková konečná šířka 24 vrstev síta a distributoru byla 4 palce (10,16 cm), t.j. síto přidávalo 3/32 palce (0,238 cm) dodatečné šířky na každém bočním okraji desky. Síto bylo bodově přivařeno k desce ve čtyřech bodech, tyto body měly vzor obdélníku s rozměry 2 1/2 palce (6,35 cm) x 3 1/2 palce (8,89 cm), s jedním bodem svaru v každém rohu tohoto obdélníku. Celková plocha bodových svarů byla asi 0,9% z celkové vyčnívající plochy jedné široké lícní plochy síta.

Anodou pro tento testovací článek bylo síto titanové • ·

- 38 plechové mřížoviny o rozměrech 2 a 3/16 palce (asi 5,85 cm) x 6 palců (15,24 cm) x 0,060 palce (0,152 cm). Anoda byla pokryta pomocí elektrochemicky aktivního potahu oxidu tantaličného a kysličníku iridičitého a použitím vodnatého, kyselého roztoku chloridových solí, daný povrch je aplikován a vypalován způsobem zde dříve popsaným. Hlavní lícní plocha anody byla vzdálena asi 3/8 palce (0,95 cm) od diafragmy umístěním v anodovém rámu PVC.

Anodová komora byla naplněna kyselinou sírovou ve váhové koncentraci 0,25% v přibližně 0,7 pH. Anolyt nebyl cirkulován. Míchání bylo zajištěno vývojem kyslíku u anody. Katodová komora a zásobní (dodávací) nádrž byly naplněny 3750 mililitry elektrolytu. Elektrolyt byl téměř nasyceným roztokem síranu hlinito-amonného, který obsahoval 3745 miligramů na litr (mg/1) celkového železa a 2010 mg/1 železitého (+3) železa (ferric iron) s pH přibližně 2. Dodávací nádrž byla ohřívána a míchána. Roztok katolytu tím byl udržován při 60°C až 67°C. Míra cirkulace činila 1 litr na jednu minutu. Katolyt byl cirkulován skrze katodovou komoru článku tak, že vtékal na vršku katody a odtékal spodkem. K ujištění cirkulace elektrolytu skrze a ne vedle katody, byla jedna velká lícní plocha tlačena proti jedné stěně elektrolyzéru anodovou komorou. Protilehlá hlavní lícní plocha byla proti diafragmě. Toto eliminovalo jakékoli mezery mezi touto diafragmou a katodou a mezi katodou a stěnou článku.

Úroveň katolytu byla udržována na 4,5 palcích (11,43 cm) tak, že aktivní vyčnívající plocha katody byla 4 palce (10,16 cm) x 4,5 palce (11,43 cm), dávajíce celkovou aktivní vyčnívající plochu 18 čtverečních palců (116 cm²). Na článek byl po dobu 30 minut přiložen proud 4,4 ampér k zajištění hustoty proudu na katodě 35 ampér na čtvereční stopu (ASF, stopa čtvereční = 0,0929 m²). Koncentrace trojmocného železa (Fe+3, ferric iron) byla snížena ze 2010 ml na 730 mg/1 • 4 • ·

- 39 u proudové účinnosti 104,7%. Koncentrace železítých iontů byly stanoveny pomocí způsobu ruční titrace jodistanem sodným HACH Titraver. Pak byl proud snížen na 3,1 ampér (25 ASF) po dalších 20 minut. Koncentrace železa byla snížena na 260 mg/1 u proudové účinnosti 81,9%. Provozní výsledky jsou uvedeny v následující tabulce níže, ve které NA znamená není k dispozici.

TABULKA

Minuty	Ampéry	AFS	Napětí článku V	Fe*3mg/l	Proudová účinnost %
0	4,4	35	5, 6	2 010	NA
5	4,4	35	4,84	1 820	93,4
10	4,4	35	4, 67	1 610	103,2
15	4,4	35	4,61	1 360	122,8
20	4,4	35	4,63	1 150	103,2
25	4,4	35	4,65	970	88, 5
30	4,4	35	4,74	730	118
35	3, 1	25	3,82	580	103,2
40	3,1	25	4,02	450	89,5
45	3, 1	25	4,03	360	61,9
50	3, 1	25	3,97	260	68,8

• ·· 99 · 9999 • · · · · 9*9 9 · *· • · · · · · · · · • · ·· · 9 · · 9 · ·· * «99999

999 *999 9* ·*· *9♦·

Claims (23)

1. PATENTOVÉ NÁROKY (ve znění opravených nároků 53-96 ze dne 23.6.1997)

   1. Porézní, průtoková, vlákna prostá elektroda zahrnující tuhou jádrovou část a samorodně pružnou vnější obalovou část, jejíž tuhá jádrová část obsahuje vyztužení elektronkového kovu, jejíž jádrová část je v integrálním záběru s vnější obalovou částí z mnohosti vrstev mřížkového elektronkového plechu z alespoň jednoho spojitého pásu síta elektronkového kovu, těsně navinutého okolo řečené jádrové části, jehož síto je tenkou, vysoce flexibilní síťovinou výjimečně tenkých pramenů a malých otvorů, dané vrstvy jsou jedna s druhou v těsném záběru kontaktem svých lícních ploch.
2. 2. Elektroda podle nároku 1, v níž vnitřní jádrová část je tuhou, planární částí elektronkového kovu mající přední a zadní hlavní lícní plochu a okraj, všechny v záběru s vnější obalovou částí.
3. 3. Elektroda podle nároku 1, v níž řečená část vyztužení vnitřního jádra zajišťuje prostředek tuhého vyztužení stejně jako prostředek distribuce elektrického proudu pro tuto elektrodu.
4. 4. Elektroda podle nároku 1, v níž vnější obalová část je, alespoň zčásti, ohnuta k, a udržována v elektrickém kontaktu s jádrovou částí a tato jádrová část je segmentová.
5. 5. Elektroda podle nároku 1, v níž jsou vnější obalové vrstvy stlačeny dohromady a zajištěny v elektrickém kontaktu proti jádrové části alespoň zčásti svařováním.
6. 6. Elektroda podle nároku 5, v níž je svařováním bodové svařování a plocha tohoto bodového svařování je menší než jedno procento vyčnívající plochy vnějších obalových částí.

   • · · · ·
7. 7. Elektroda podle nároku 1, v níž jednotlivé vrstvy řečeného, vysoce flexibilního sítového obalu mají každá stejnou, rovnoměrnou poréznost.
8. 8. Elektroda podle nároku 1, v níž vnitřní jádrová část má přední a zadní hlavní lícní plochy a okraj a vrstvy vnější obalové části se protahují na těchto lícních plochách a okraji směrem ven od jádra.
9. 9. Elektroda podle nároku 1, v níž vnější obalová část je přítomna pouze okolo dílu vnitřní jádrové části a tato vnitřní jádrová část je perforovanou částí.
10. 10. Elektroda podle nároku 9, v níž neobalená část jádra je tímto menších rozměrů než obalená část jádra a perforovaná část jádra je částí mřížkového plechu.
11. 11. Elektroda podle nároku 9, v níž vnější obalová část je okolo středového dílu vnitřní jádrové části, zajišťujíce vystavené plochy této vnitřní jádrové části nad a pod vnější obalovou částí.
12. 12. Elektroda podle nároku 1, v níž je elektronkový kov jádrové části a elektronkový kov obalových vrstev zvolen ze skupiny obsahující titan, tantal, niob a zirkon, jejich slitiny a intermetalické směsi.
13. 13. Elektroda podle nároku 1, v níž se každá vrstva skládá ze stejného, mřížkového plechu netkaného síta.
14. 14. Elektroda podle nároku 13, v níž síto mřížkového plechu má v podstatě kosočtvercové tvarované otvory s rozměrem LWD v rozmezí od asi 0,1 palce (2,54 mm) do asi 0,15 palce (3,81 mm), a rozměrem SWD v rozmezí od asi 0,04 palce (1,016 mm) do asi 0,09 (2,286 mm), a šířku pramene (struktury) v rozmezí od asi 0,003 palce (0,0762 mm) do asi 0,012 palce (0,3048 mm).
15. 15. Elektroda podle nároku 1, v níž má každá vrstva tloušťku v rozmezí od asi 0,0025 palce (0,0635 mm) do asi 0,025 palce (6,35 mm).
16. 16. Elektroda podle nároku 1, mající alespoň dvě vrstvy řečeného síta (síťoviny).
17. 17. Elektroda podle nároku 1, v níž vrstvy síta elektrody mají specifickou plochu v rozmezí od asi 1 500 čtverečních palců (9 675 cm²) na čtvereční stopu (0,0929 m²) do asi 3 000 čtverečních palců (19 350 cm²) na čtvereční stopu (0,0929 m²) .
18. 18. Elektroda podle nároku 1, v níž vrstvy síta elektrody mají poměr povrchové plochy k objemu větší než asi 50 čtverečních centimetrů na krychlový centimetr.
19. 19. Elektroda podle nároku 1, v níž je vnější obalová Část okolo jádrové části obroubena.
20. 20. Elektroda podle nároku 1, v němž elektroda zahrnuje jednu anebo více anodu oxidace kovových iontů, kyslík vyvíjející anodu, či anodu organické oxidace, či katodu redukce kovových iontů.
21. 21. Elektroda podle nároku 1, v němž je řečená elektroda elektrodou v článku oxidace anebo redukce kovových iontů, či v článku pro destrukci organických sloučenin, či v článku štěpení solí.
22. 22. Elektroda podle nároku 1, v níž má katoda potenciál pro redukci železitých iontů větší než +0,1 volt oproti normální hydrogenové elektrodě v provozu za proudové účinnosti 100%.
23. 23. Elektroda podle nároku 1, v níž je okolo jádra navinut více než jeden spojitý pás síta (síťoviny) a tyto pásy jsou na něm umístěny okrajem k okraji.

    • · 4 · · ··· · • ·

    - 43 24.

    25.

    26.

    27.

    Elektroda podle nároku 23, v níž jsou na jádru pásy síťoviny od sebe rozmístěny a mezery mezi nimi obsahují přepážky.

    Elektroda podle nároku 1, v níž vnější flexibilní část má elektrochemicky aktivní povrch (povlak) a jádrová část má, alespoň na své části, elektrochemicky aktivní povrch (povlak).

    Elektroda podle nároku 25, v níž elektrochemicky aktivní povrch (povlak) obsahuje kov platinové skupiny, či kovový oxid anebo jejich směsi.

    Elektroda podle nároku 26, v níž elektrochemicky aktivní povrch obsahuje alespoň jeden oxid zvolený ze skupiny obsahující kovové oxidy platinové skupiny, magnetit, ferit, spinel kysličníku kobaltitého a oxid cínu, a/nebo obsahuje smíšený krystalový materiál z alespoň jednoho oxidu elektronkového kovu a alespoň jednoho oxidu nějakého kovu z platinové skupiny, a/nebo obsahuje jeden či více: kysličník manganičitý, kysličník olovičitý, oxid kobaltu, platnatanový substituent, oxid nikl-nikl a oxidy nikl plus lanthamid.

    28.

    výroby elektrody pro elektrochemické pochody, tato protaženého jádra samorodně pružného obsahující alespoň elektronkového kovu,

    Způsob elektroda obsahuje kovu elektronkového elektronkového kovu jeden spojitě tento způsob zahrnuje:

    tuhého, a obalovou část část vnějšku flexibilní pás elektrody síťoviny <

    (a) obalení ohebného (flexibilního) pásu síťoviny elektronkového kovu okolo alespoň části řečené tuhé jádrové části v mnohosti obalů ve vrstvách jednoho na vršku druhého, zajišťující kontakt mezi tímto pásem a jádrovou částí v obalených okrajích jádrové části, zatímco • · • ·*»··

    9 · · • · ·· ·· ·· ft · · · • · · 9 • · · 9 ··· · · (b) je umožněna ohebnost tohoto ohebného pásu od obalených širokých ploch jádrové části, (c) ohýbání tohoto ohebného pásu na tyto obalené široké plochy jádrové části, a (d) zajištění tohoto ohebného pásu v ohnuté podobě v bezpečném, elektricky vodivém kontaktu s těmito širokými plochami jádrové části.

    29. Způsob·podle nároku 28, dále zahrnující:

    (e) aplikaci elektrokatalycké povrchové úpravy (povrchu) na vnější obalovou část, upevněnou k jádrové části, k zajištění elektrody s povrchem opatřenou síťovinou této obalové částí v obalené konfiguraci okolo tuhé jádrové části.

    30. Způsob podle nároku 28, v němž je obalový člen připojen k širokým plochám jádrové části v od sebe vzdálených umístěních, zajišťujících elektrický kontakt mezi jádrovou částí a obalovou částí, při současném udržování si samorodně pružného vnějšku obalové části mezi těmito od sebe vzdálenými umístěními.

    31. Způsob podle nároku 28, v němž obalový člen je kontaktován s tekutou povrchovou směsí zajišťující na něm elektrokatalycký povlak prostřednictvím ponoření řečené struktury elektrody do této směsi povrchové úpravy.

    32. Způsob podle nároku 31, v němž jádrová část nese elektrokatalycký povlak na povrchu jádrové části přilehle obalové části.

    33. Způsob podle nároku 28, v němž je obalový člen obalen okolo protažené vnitřní jádrové části, jež slouží jako část distributoru proudu pro řečenou elektrodu.

    34. Způsob podle nároku 28, v němž ječená flexibilní síťovina je nejprve obalena okolo jádrového trnu (válce), pás obalené síťoviny je z řečeného trnu sejmut a ohnut na širokou plochu jádrové části elektrody a k němu upevněn.

    35. Způsob podle nároku 34, v němž je řečený obalený flexibilní pás ohnut na řečenou širokou plochu k zajištění koncového švu tohoto pásu k tomuto povrchu a tím k zajištění bezešvé vnější síťovinové lícní plochy na elektrodě.

    36. Způsob podle nároku 34, v němž je řečený obalený flexibilní pás ohnut pouze na jednu širokou první lícní plochu tuhé jádrové části a od této první široké lícní plochy je udržována v odlišné polaritě široká druhá lícní plocha ještě jedné jádrové části, tímto připravujíce bipolární elektrodu.

    37. Struktura elektrody připravená podle způsobu nároku 28.

    38. Struktura elektrody připravená podle způsobu nároku 35.

    39. Struktura bipolární elektrody připravená podle způsobu nároku 36.

    40. Elektrochemický článek pro oxidaci anebo redukci kovových iontů, zahrnující:

    (a) protielektrodu, (b) diafragmu, a (c) pracovní elektrodu z porézní, průtokové, vlákna prosté elektrody zahrnující tuhou jádrovou část • a samorodně pružnou vnější obalovou část, jejíž tuhá jádrová část zahrnuje vyztužení elektronkovým kovem, jejíž jádrová část je v integrálním záběru s vnější obalovou částí z mnohosti vrstev mřížkového elektronkového plechu z alespoň jednoho spojitého pásu síťoviny elektronkového • · ·

    - 46 kovu těsně navinuté okolo řečené jádrové části, jehož síto je tenkou, vysoce flexibilní síťovinou výjimečně tenkých pramenů a malých otvorů, dané vrstvy jsou jedna s druhou ve vzájemném těsném záběru kontaktem svých lícních ploch.

    41. článek podle nároku 40, v němž řečenou protielektrodou je anoda, jež obsahuje kovovou anodu a tento kov je zvolen ze skupiny, jež se skládá z oceli, niklu, elektronkového kovu, či olova, a tato anoda je v podobě desky, perforované části, tyčí anebo listů.

    42. Článek podle nároku 40, v němž řečenou diafragmou je syntetická diafragma obsahující halokarbonová polymerová vlákna v přilnavém spojení s anorganickými částicemi.

    43. Článek podle nároku 40, v němž diafragma zahrnuje neizotropní vláknitý materiál (strukturu) obsahující 5-70 váhových procent organických polymerových vláken v přilnavém spojení s asi 30-95 váhovými procenty jemně dělených anorganických částic.

    44. Článek podle nároku 40, v němž diafragma zahrnuje materiál (strukturu) tavenou dohromady z organických halokarbonových polymerových vláken, majících během formování vláken do sebe natlačené anorganické částice, a tato diafragma je stlačena za tlaku velikosti alespoň jedné tuny na čtvereční palec (6,45 cm²).

    45. Článek podle nároku 40, v němž vnitřní jádrová část je tuhou, planární částí elektronkového kovu mající přední a zadní hlavní lícní plochu a okraj, všechny v záběru s vnější obalovou částí.

    • · • · ·· · · ···· ···· • · ··· · · · · • · · · · · · ···· · • · ··· ··· ······· ·· ··· ·· ··

    46. Článek podle nároku 40, v němž jednotlivé vrstvy vysoce flexibilního síťového obalu mají každá stejnou, rovnoměrnou poréznost.

    47. Článek podle nároku 40, mající alespoň asi 5 vrstev síta(síťoviny) a tyto vrstvy jsou stlačeny dohromady a připevněny k jádrové části.

    48. Článek podle nároku 40, v němž má každá vrstva tloušťku v rozmezí od asi 0,0025 palce (0,0635 mm) do asi 0,025 palce (6,35 mm).

    49. Článek podle nároku 40, v němž síto mřížkového plechu má v podstatě kosočtvercově tvarované otvory s rozměrem LWD v rozmezí od asi 0,1 palce (2,54 mm) do asi 0,15 palce (3,81 mm), rozměrem SWD v rozmezí od asi 0,04 palce (0,355 mm) do asi 0,09 (2,286 mm), a šířkou pramene (struktury) v rozmezí od asi 0,005 palce (0,127 mm) do asi 0,012 palce (0,3048 mm).

    50. Článek podle nároku 40, v němž vrstvy síta pracovní elektrody mají specifickou plochu v rozmezí od asi 1500 čtverečních palců (9 675 cm²) na čtvereční stopu (0,0929 m²) do asi 3 0O0 čtverečních palců (19 350 cm²) na čtvereční stopu (0,0929 m²), a poměr povrchové plochy k objemu větší než asi 60 čtverečních centimetrů na krychlový centimetr.

    51. Článek podle nároku 40, v němž je elektronkový kov jádrové části, stejně jako vrstvy elektronkového kovu, volen ze skupiny skládající se z kovů, slitin a intermetalických směsí titanu, tantalu, niobu a zirkonu.

    52. Článek podle nároku 40, v němž má pracovní elektroda potenciál pro redukci železitých iontů větší než +0,1 voltu oproti normální hydrogenové elektrodě, v provozu za proudové účinnosti 100%.

    53. Článek podle nároku 40, v němž pracovní elektroda má elektrochemicky aktivní povrch (povlak) na alespoň vnější ohebné části, tento povlak obsahuje kov platinové skupiny, či kovový oxid anebo jejich směsi.

    54. Článek podle nároku 53, v němž elektrochemicky aktivní povrch obsahuje alespoň jeden oxid zvolený ze skupiny obsahující kovové oxidy platinové skupiny, magnetit, ferit a spinel kysličníku kobaltitého, a/nebo obsahuje smíšený krystalový materiál z alespoň jednoho oxidu elektronkového kovu a alespoň jednoho oxidu nějakého kovu z platinové skupiny, a/nebo obsahuje jeden či více: kysličník manganičitý, kysličník olovičitý, platnatanový substituent, oxid nikl-nikl, oxidy nikl plus lanthamid a oxid cínu.

    55. Elektrolyzér zahrnující nevodivou skříň článku mající opevněné dno a strany, tato skříň má prostředky vtoku elektrolytu k průchodu elektrolytu k elektrodám obsaženým v této skříni, prostředky odtoku elektrolytu k vedení elektrolytu ven z této skříně článku, tato skříň obsahuje mnohost anod a katod a prostředků rozmisťujících tyto anody a katody uvnitř této skříně, s lištami anodových a katodových sběrnic umístěnými vně této skříně článku, se zdokonalením zahrnujícím:

    (a) prostředky odtoku elektrolytu na horním okraji alespoň jedné strany této skříně a zahrnující přetokové žlaby umístěné vně ke skříni článku, a (b) prostředky vtoku elektrolytu zahrnující prostředky zavádějící elektrolyt alespoň v podstatě na dno skříně článku, zajišťující tok řečeného elektrolytu směrem nahoru komorami uvnitř této skříně článku.

    56. Elektrolyzér podle nároku 55, v němž jsou řečené anody a katody uspořádány ve skříni článku monopolárním způsobem, s centrální anodovou komorou umístěnou mezi dvěmi porézními katodovými komorami pro každý monopolární článek, a katolyt proudí směrem nahoru těmito porézními katodami.

    57. Elektrolyzér podle nároku 55, mající prostředky vtoku a odtoku elektrolytu, jež jsou oddělené od prostředků vtoku a odtoku katolytu.

    58. Elektrolyzér podle nároku 55, v němž alespoň jedna sběrnice umístěná vně skříně článku je umístěna na odtokovém žlabu.

    59. Elektrolyzér podle nároku 55, v němž řečený elektrolyt zahrnuje anolyt a katolyt, a anolyt cirkulující do anodových komor je elektrovodivé vodnaté medium a katolyty cirkulující do katodových komor obsahují kovové ionty pro oxidací anebo redukci.

    60. Elektrolyzér podle nároku 55, v němž alespoň jedna z řečených elektrod zahrnuje porézní, průtokovou, vlákna prostou elektrodu obsahující tuhou jádrovou část a samorodně pružnou vnější obalovou část, jejíž tuhá jádrová část obsahuje vyztužení elektronkového kovu, jejíž jádrová část je v integrálním záběru s vnější obalovou částí z mnohosti vrstev mřížkového elektronkového plechu z alespoň jednoho spojitého pásu síta elektronkového kovu, těsně navinutého okolo řečené jádrové části, jehož síto je tenkou, vysoce flexibilní síťovinou z výjimečně tenkých pramenů a malých otvorů, dané vrstvy jsou jedna s druhou v těsném záběru kontaktem svých lícních ploch.

    61. Elektrolyzér podle nároku 60, v němž tuhá jádrová část je tuhou, planární částí elektronkového kovu mající přední a zadní hlavní lícní plochu a okraj, všechny v záběru s vnější obalovou částí.

    • · • · • ·

    62. Elektrolyzér podle nároku 60, v němž jednotlivé vrstvy vysoce flexibilního sítového obalu mají každá stejnou, rovnoměrnou poréznost.

    63. Elektrolyzér podle nároku 60, mající alespoň asi 5 vrstev řečeného síta(síťoviny) a tyto vrstvy jsou stlačeny dohromady a připevněny k jádrové části.

    64. Elektrolyzér podle nároku 60, v němž má každá vrstva tloušťku v rozmezí od asi 0,0025 palce (0,0635 mm) do asi 0,25 palce (6,35 mm).

    ,65. Elektrolyzér podle nároku 60, v němž síto elektronkového kovu má vzor v podstatě kosočtvercově tvarovaných otvorů s rozměrem LWD v rozmezí od asi 0,1 palce (2,54 mm) do asi 0,15 palce (3,81 mm), rozměrem SWD v rozmezí od asi 0,04 palce (1,016 mm) do asi 0,09 palce (2,286 mm), a šířku pramene (struktury) v rozmezí od asi 0,005 palce (0,127 mm) do asi 0,012 palce (0,3048 mm).

    66. Elektrolyzér podle nároku 60, v němž vrstvy síta elektrody mají specifickou plochu v rozmezí od asi 1500 čtverečních palců (9 675 cm²) na čtvereční stopu (0,0929 m²) do asi 3000 čtverečních palců (19 350 cm²) na čtvereční stopu (0,0929 m²), a poměr povrchové plochy k objemu větší než asi 60 čtverečních centimetrů na krychlový centimetr.

    67. Elektrolyzér podle nároku 60, v němž je elektronkový kov jádrové části, stejně jako vrstvy elektronkového kovu, volen ze skupiny skládající se z kovů, slitin a intermetalických směsí titanu, tantalu, niobu a zirkonu.

    68. Elektrolyzér podle nároku 60, v němž má řečená elektroda potenciál pro redukci železitých iontů větší než +0,1 voltu oproti normální hydrogenové elektrodě, v provozu za proudové účinnosti 100%.

    • · • ·

    69. Elektrolyzér podle nároku 60, v němž řečená elektroda má elektrochemicky aktivní povrch (povlak) na alespoň vnější ohebné části, tento povrch obsahuje kov platinové skupiny, či kovový oxid anebo jejich směsi.

    70. Elektrolyzér podle nároku 60, v němž elektrochemicky aktivní povrch obsahuje alespoň jeden oxid zvolený ze skupiny obsahující kovové oxidy platinové skupiny, magnetit, ferit a spinel kysličníku kobaltitého, a/nebo obsahuje smíšený krystalový materiál z alespoň jednoho oxidu elektronkového kovu a alespoň jednoho oxidu nějakého kovu z platinové skupiny, a/nebo obsahuje jeden či více: kysličník manganičitý, kysličník olovičitý, platnatanový substituent, oxid nikl-nikl, oxidy nikl plus lanthamid a oxid cínu.

    71. Elektrolyzér podle nároku 60, v němž řečená elektroda má přední a zadní široké hlavní lícní plochy s jednou lícní plochou tlačenou proti separátoru a druhou širokou lícní plochou tlačenou proti deskovému rozpěrnému prostředku.

    72. Elektrolyzér podle nároku 71, v němž řečená deska zajišťuje rozpěrný prostředek mezi dvěmi monopolárními články.

    73. Elektrolyzér podle nároku 55, v němž jsou anody a katody v komorách, které jsou odděleny diafragmou.

    74. Elektrolyzér podle nároku 73, v němž diafragmou je syntetická diafragma obsahující halokarbonová polymerová vlákna v přilnavém spojení s anorganickými částicemi.

    75. Elektrolyzér podle nároku 73, v němž diafragma zahrnuje neizotropní vláknitý materiál (strukturu) obsahující 5-70 váhových procent organických polymerových vláken v přilnavém spojení s asi 30-95 váhovými procenty jemně rozdělených anorganických částic.

    9 ·

    76. Elektrolyzér podle nároku 73, v němž diafragma zahrnuje materiál (strukturu) tavenou dohromady z organických halokarbonových polymerových vláken, majících během formování vláken a tato diafragma do sebe natlačené anorganické částice, je stlačena za tlaku velikosti alespoň jedné tuny na čtvereční palec (6,45 cm²).

    77. Elektrolyzér podle nároku 55, dále obsahující prostředky pro recirkulaci elektrolytu přetékajícího okraj skříně článku do řečených žlabových prostředků a předávání tohoto elektrolytu do prostředků vtoku elektrolytu.

    78. Elektrolyzér podle nároku 77, v němž skříň článku obsahuje prostředky pro zajišťování úplného rozdělování elektrolytu přes dno skříně článku, stejně jako prostředky pro zajištění paralelního toku elektrolytu směrem nahoru ode dna této skříně k přepadovému hornímu okraji.

    79. Elektrolyzér podle nároku 77, v němž jsou jak prostředky vtoku elektrolytu, tak řečené žlabové prostředky elektricky nevodivé.

    80. Elektrolyzér podle nároku 77, mající alespoň jednu sběrnici umístěnou vně skříně článku a umístěnou vně řečených žlabových prostředků.

    81. Elektrolyzér podle nároku 55, v němž elektrolyt obsahuje anolyt a katolyt, jak anolyt tak katolyt jsou zaváděny alespoň podstatně u dna skříně článku, prostředky odtoku katolytu zajišťují přepad katolytu na horním okraji první strany skříně, prostředky odtoku anolytu zajišťují přepad anolytu na horním okraji druhé strany skříně, a řečené horní okraje první a druhé strany jsou umístěny v různých výškách ode dna řečené skříně.

    • · • «

    82. Elektrolyzér podle nároku 81, v němž řečený horní okraj první strany je bližší dnu skříně článku než horní okraj pro druhou stranu.

    83. Elektrolyzér podle nároku 81, v němž řečené první a druhé horní okraje jsou rovnoběžné a vzájemně protilehlé.

    84. Elektrolyzér podle nároku 55, dále zahrnující:

    (a) přípojnice (sběrnice) na skříni článku, mající zářezy na horním okraji těchto přípojnic, tyto zářezy jsou konfigurovány tak, že mají do těchto zářezů vsunuty lišty vodiče z anody a katody a (b) dvojitý zkosený blok, vsunutý dovnitř alespoň jednoho z řečených zářezů přípojnice, tyto bloky mají protilehlé zkosené párové lícní plochy jež, když jsou přivedeny zajišťují zformovanou jednotku mající hlavní dohromady stlačením, sběrnicovou blokovou lícní plochy na každé straně této blokové jednotky, s každou hlavní lícní plochou zajišťující kontakt mezi touto sběrnicovou blokovou jednotkou a lištou vodiče elektrody.

    85. Elektrolyzér podle nároku 84, v němž řečené dvojité zkosené sběrnicové bloky obsahují volný zkosený sběrnicový blok a pevný zkosený sběrnicový blok.

    86. Elektrolyzér podle nároku 85, v němž jsou řečené dvojité zkosené sběrnicové bloky přivedeny do stlačení pomocí šroubových stlačovacích prostředků.

    87. Elektrolýza, zajišťující dokonalý kontakt elektrolytu s elektrodou v elektrolytické vaně, tento postup zahrnuje:

    (a) dodávání elektrolytu do řečeného článku ve spodní části vany, a (b) vytvoření v alespoň jedné elektrodové komoře tohoto článku porézní, průtokové, vlákna prosté elektrody zahrnující tuhou jádrovou část a samorodně pružnou vnější obalovou část, jejíž tuhá jádrová část zahrnuje vyztužení elektronkového kovu, jejíž jádrová část je v integrálním záběru s vnější obalovou částí z mnohosti vrstev mřížkového elektronkového (kovu) plechu z alespoň jednoho spojitého pásu síta elektronkového kovu těsně navinutého okolo řečené jádrové části, jejíž síto je tenkou, vysoce flexibilní síťovinou výjimečně tenkých pramenů a malých otvorů, dané vrstvy jsou jedna s druhou ve vzájemném těsném záběru kontaktem svých lícních ploch.

    88. Postup podle nároku 87, v němž řečené dodávání elektrolytu do spodní části článku obsahuje prostředky pro rozdělování elektrolytu přes celé dno vany.

    89. Elektroda podle nároku 1, v níž je z jádrové části odstraněna část síťové obalové části.

    90. Porézní, průtoková, vlákna prostá elektroda zahrnující tuhou jádrovou část a samorodně pružnou vnější obalovou část, jejíž tuhá jádrová část obsahuje vyztužení elektronkového kovu, jejíž jádrová část je v integrálním záběru s vnější obalovou částí z mnohosti vrstev mřížkového elektronkového plechu z alespoň jednoho těsně navinutého spojitého pásu síta elektronkového kovu na jádrovou část, jehož síto je tenkou, vysoce flexibilní síťovinou výjimečně tenkých pramenů a malých otvorů, dané vrstvy jsou jedna s druhou v těsném záběru kontaktem svých lícních ploch.

    91. Elektroda podle nároku 90, v níž řečená síťová obalová část je nejprve obalena okolo jádrového trnu (válce), pak je tato část síťové obalové části z řečeného trnu sejmuta a aplikována, bez rozbalování, na jádrovou část k zajištění vnější obalové části v integrálním záběru a jádrovou částí.

    92. Elektroda podle nároku 91, v níž řečená jádrová část obsahuje více než jednu těsně navinutou síťovou obalovou

    část, každou v přehnuté podobě trnu. a každou sejmutou z řečeného 93. Elektroda podle nároku 92, v níž je na lícní ploše řečené jádrové části přítomna každá těsně navinutá obalová část v přehnuté podobě. 94. Elektroda podle nároku 91, v níž má řečená těsně navinutá

    síťová obalová část bezešvou lícní plochu.

    95. Elektroda podle nároku 91, v níž řečená síťová obalová část má specifickou plochu v rozmezí od asi 250 čtverečních palců (1 612 cm²) na čtvereční stopu (0,0929 m²) do asi 6 000 čtverečních palců (38 700 cm²) na čtvereční stopu (0,0929 m²) .

    96. Elektroda podle nároku 91, v níž vrstvy síta mají poměr povrchové plochy k objemu větší než asi 50 čtverečních centimetrů na krychlový centimetr.