DD209854A5 - ELECTROLYSIS CELL - Google Patents

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DD209854A5
DD209854A5 DD83251833A DD25183383A DD209854A5 DD 209854 A5 DD209854 A5 DD 209854A5 DD 83251833 A DD83251833 A DD 83251833A DD 25183383 A DD25183383 A DD 25183383A DD 209854 A5 DD209854 A5 DD 209854A5
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James J Stewart
Donald W Abrahamson
Marilyn J Harney
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Eltech Syst Ltd
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Abstract

Elektrolysezelle mit einer Anoden- und Kathodenraeume trennenden Scheidewand, die eine Elektroden-Baugruppe aufweist, die eine netzartige Struktur bzw. Struktur eines retikulierten Schaumstoffs aufweist und im physikalischen Kontakt mit der Scheidewand angeordnet ist. Die Stromzufuehrung ist mit einer solchen Elektroden-Baugruppe durch intermetallische Bindung verbunden. Der Elektrolyt wird mit Hilfe von Umwaelzmitteln durch eine netzartige Elektrode zirkuliert. Die Elektroden-Baugruppe,insbesondere Kathoden-Baugruppe, kann in einer Elektolysezelle dadurch hergestellt werden, dass man einen auf eine geeignete Form zugeschnittenen Schaumstoff leitend macht und dann galvanisch mit einem geeigneten Metallueberzug versieht. Das Schaumstoff-Traegermaterial kann durch thermische Behandlung entfernt werden. Die erfindungsgemaessen Elektroden erfordern gegenueber bekannten Elektroden geringere Betriebsspannungen und ermoeglichen dadurch Einsparungen an elektrischer Energie.An electrolytic cell having a septum separating an anode and cathode space and having an electrode assembly having a reticulated foam net structure arranged in physical contact with the septum. The power supply is connected to such an electrode assembly by intermetallic bonding. The electrolyte is circulated through a reticulated electrode by means of circulating means. The electrode assembly, in particular cathode assembly, can be produced in an electrolytic cell by making a foam cut to a suitable shape conductive and then galvanically coating it with a suitable metal coating. The foam carrier material can be removed by thermal treatment. The electrodes according to the invention require lower operating voltages than known electrodes and thus allow savings in electrical energy.

Description

' Berlin, den 25,11.1983'Berlin, 25.11.1983

62 576/1762 576/17

Elektrolysezelle Anwendungsgebiet der ErfindungElectrolysis cell Anwendungsgebi et the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft Elektrolysezellen, und zwar insbesondere Zellen, bei denen an der Kathode ein alkalisches Produkt erzeugt wird, wie beispielsweise Chloralkali-Elektrolyse-Zellen· Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung verbesserte Kathoden und Kathoden-Baugruppen zur Verwendung in derartigen elektrochemischen Zellen sowie Verfahren zur Herstellung dieser verbesserten Kathoden und Kathoden-Baugruppen·The present invention relates to electrolytic cells, in particular to cells in which an alkaline product is produced at the cathode, such as, for example, chloralkali electrolysis cells. More particularly, the present invention relates to improved cathodes and cathode assemblies for use in such electrochemical cells and to methods for Preparation of these improved cathodes and cathode assemblies

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Elektrolysezellen zur Herstellung von Produkten verschiedener chemischer Reaktionen werden in großem Umfange verwendet« Ein Arbeitsgebiet, auf dem diese Zellen eine ganz besonders breite Anwendung gefunden haben, ist die Herstellung von Halogenen und basischen Verbindungen aus Salzen des Halogens· In derartigen Zellen entwickelt sich das Halogen im allgemeinen an der Anode, während die basische Verbindung im Bereich der Kathode gebildet wird«Electrolysis cells for the production of products of various chemical reactions are widely used. "One field in which these cells have found a particularly wide application is the preparation of halogens and basic compounds from salts of halogen. In such cells, the halogen evolves in the general at the anode, while the basic compound is formed in the region of the cathode «

In jüngerer Zeit wurden beträchtliche Anstrengungen unternommen, verbesserte Anoden-Konfigurationen zu entwickeln, die einen wirksameren Betrieb der elektro-chemischen Zelle ermöglichen· Diese Anstrengungen führten zur Entwicklung solcher Verbesserungen wie den dimensionsstabilen Anoden, einem geschützten Anoden-Überzugssystem· Die VerbesserungenSignificant efforts have recently been made to develop improved anode configurations that allow more efficient operation of the electrochemical cell. These efforts have led to the development of such improvements as the dimensionally stable anodes, a proprietary anode coating system, the improvements

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der Anoden führten zu einer verbesserten Wirtschaftlichkeit des Betriebs von Chloralkali-Zellen.the anodes led to improved cost-effectiveness of the operation of chlor-alkali cells.

Im Falle von Zellen« bei denen eine Scheidewand, wie beispielsweise ein Diaphragma» die Zelle unter Bildung von Anoden- und Kathodenräume trennt« wurden beträchtliche Entwicklung sanst rengungen unternommen, um verbesserte Scheidewände zu entwickeln. Dabei hat sich beispielsweise gezeigt, daß Scheidewände, die auf Perfluorkohlenstoff-Copolymeren beruhen und Kationenaustausch-Gruppen aufweisen, unter bestimmten Betriebsbedingungen für die Zelle die Möglichkeit zu einer Verbesserung der Wirtschaftlichkeit des Betriebs einer solchen Zelle bieten«In the case of cells in which a septum, such as a diaphragm, "separates the cell to form anode and cathode spaces," considerable development efforts have been made to develop improved septa. It has been found, for example, that partition walls based on perfluorocarbon copolymers and having cation exchange groups, under certain operating conditions, provide the cell with an opportunity to improve the economics of operating such a cell. "

Ein weiterhin bestehender Wirkungsgrad-Mangel beim Betrieb einer elektrochemischen Zelle betrifft Leistungsverluste, die ihren Grund in dem Abstand haben, der in den meisten konventionellen Fällen zwischen der Scheidewand und den in der Zelle verwendeten Anoden und Kathoden besteht. Für die: Anwesenheit eines solchen Abstandes gibt es eine Vielzahl von Gründen. Ein üblicher Grund betrifft beispielsweise die Schwierigkeiten bei der Freisetzung von Gasbläschen, wenn eine Elektrode in eine relativ weiche Scheidewand wie beispielsweise eine Scheidewand vom Diaphragma-Typ eingepreßt wird.A continuing lack of efficiency in the operation of an electrochemical cell relates to power losses due to the distance, in most conventional cases, between the septum and the anodes and cathodes used in the cell. For the: presence of such a distance there are a variety of reasons. A common cause, for example, concerns the difficulty in releasing gas bubbles when an electrode is forced into a relatively soft diaphragm, such as a diaphragm-type diaphragm.

Abstände zwischen der Anode und der Kathode in einer elektrochemischen Zelle führen dazu, daß der elektrische Strom seinen Weg durch einen oder die Zeil-Elektrolyten nehmen muß, in denen der Widerstand gegen den Stromdurchgang rela-Distances between the anode and the cathode in an electrochemical cell cause the electric current to make its way through one or the cell electrolytes in which the resistance to the current passage is relieved.

25β11·1983 - 3 - 62 576/1725 β 11 · 1983 - 3 - 62 576/17

tiv hoch sein kanne Ganz allgemein machen es größere Abstände zwischen der Anode und der Kathode erforderlich« daß an die Zelle zur Durchführung der gewünschten elektrochemischen Reaktion eine höhere Spannung angelegt werden muß» Diese erhöhte Spannung trägt zum Elektrizitätsverbrauch beim Betrieb der Zelle bei, was die Kosten für den Betrieb der Zelle erhöht«may be tively high e Generally make it larger distances between the anode and the cathode required "that a higher voltage must be applied to the cell to carry out the desired electrochemical reaction" This increased tension contributes to the electricity consumption in the operation of the cell, the Cost of operating the cell increased «

Es gibt bereits eine Reihe von Vorschlägen» die die Verminderung des Abstandes zwischen der Anode und der Kathode in einer Zelle und auf diese Weise auch eine Verminderung des Verbrauchs an elektrischer Energie beim Betrieb der Zelle betreffen« Ein verminderter Abstand zwischen Anode und Kathode wurde dabei für Zellen vorgeschlagen, die durch ein hydraulisch durchlässiges Diaphragma getrennt sind, sowie auch für Zellen, die durch eine hydraulisch undurchlässige Membran geteilt sind·There are already a number of proposals "which concern the reduction of the distance between the anode and the cathode in a cell and in this way also a reduction in the consumption of electrical energy during operation of the cell." A reduced distance between anode and cathode for Proposed cells which are separated by a hydraulically permeable diaphragm, as well as for cells which are divided by a hydraulically impermeable membrane

Bei Diaphragma-Zellen wurde beispielsweise der Abstand zwischen der Anode und der Kathode soweit vermindert, bis eine oder beide Elektroden das Diaphragma berühren. Viele Diaphragmen werden aus Materialien hergestellt, die zu einem Anschwellen des Diaphragmas in der Zellumgebung führen* In derartigen Zellen verwendete Elektroden weisen häufig eine Draht- oder Maschenkonstruktion auf« Ein Anschwellen eines Diaphragmas, das sich im Kontakt mit einer derartigen Elektrode befindet, kann zu einer teilweisen Verstopfung von Öffnungen in der Elektrode führen, was zu einer schlechten Freisetzung der im Bereich der Elektrode erzeugten Gasbläschen führt, sowie zu einem behinderten Fluß desFor example, in diaphragm cells, the distance between the anode and the cathode has been reduced until one or both electrodes touch the diaphragm. Many diaphragms are fabricated from materials that cause the diaphragm to swell in the cellular environment. Electrodes used in such cells often have a wire or mesh construction. "Swelling of a diaphragm in contact with such an electrode can result in a swelling of the diaphragm lead to partial blockage of openings in the electrode, resulting in a poor release of gas bubbles generated in the region of the electrode, as well as to a disabled flow of the

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Elektrolyten aus dem Anodenraum in den Kathodenraum durch das Diaphragma hindurch« Ein erhaltener Gegeneffekt kann eine Überspannung an der Elektrode sein« die die durch Verminderung des Abstandes zwischen Anode und Kathode erreichten Energiegewinne wenigstens teilweise wieder zunichte macht·Electrolytes from the anode compartment into the cathode compartment through the diaphragm "A counter-effect obtained may be an overvoltage at the electrode" which at least partially nullifies the energy gains achieved by reducing the distance between the anode and cathode.

Bei Membranzellen ist die Membran« im allgemeinen ein Kationenaustausch-Material, normalerweise sehr dünn, und zwar in der Größenordnung von einigen Hundertstel mm· Außerdem zeigen derartige Membranen häufig eine beträchtliche Dimensionsstabilität, was eine Anordnung von Elektroden angrenzend an die Membranen ermöglicht, ohne daß ein nennenswertes Risiko besteht, daß die Öffnungen in der Elektrode durch eine Ausdehnung der Membran verstopft werden· Wenn jedoch Maschenelektroden oder aus Draht hergestellte Elektroden angrenzend an eine Membran angeordnet werden, was es ermöglicht, daß die Elektroden einen Abstand von nur wenigen Hundertstel mm voneinander aufweisen, durchsetzen die Linien des elektrischen Flusses zwischen den individuellen Elementen der Elektroden oftmals nicht das gesamte Membranmaterial, das die Anode von der Kathode trennt« was dazu führt, daß die Membran ineffektiv verwendet wird und daß sich der Spannungsabfall vergrößert, der auf einen nicht optimalen Fluß des Elektrolyten durch die Membran zurückzuführen ist·In membrane cells, the membrane is generally a cation exchange material, usually very thin, on the order of a few hundredths of mm. In addition, such membranes often exhibit considerable dimensional stability, allowing for an array of electrodes adjacent to the membranes without any interference there is a significant risk that the openings in the electrode become plugged by an expansion of the membrane. However, if mesh electrodes or electrodes made of wire are placed adjacent to a membrane, allowing the electrodes to be only a few hundredths of a millimeter apart, For example, the lines of electrical flow between the individual elements of the electrodes often do not pass all of the membrane material separating the anode from the cathode. This causes the membrane to be used ineffectively, increasing the voltage drop that does not affect one optimal flow of the electrolyte through the membrane

Wenn eine Elektrode vom Gitter- oder Maschen-Typ mit einer Membran in Kontakt gebracht wird, zeigen die Gasbläschen außerdem die Neigung« sich in den Offnungen des Gitters an-In addition, when a mesh or mesh type electrode is brought into contact with a membrane, the gas bubbles also show a tendency to "lodge" in the openings of the grid.

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einander zu haften, und diese Gasblasen führen häufig zu einer Überspannung an der Elektrode«to stick to each other, and these gas bubbles often lead to an overvoltage at the electrode «

Bei einem Vorschlag für eine nähere Anordnung der Anode an der Kathode wie er beispielsweise in den US-PS 4 253 924, 4 253 922 und 4 250 013 beschrieben ist, wird ein poröses, gegebenenfalls leitfähiges Material einer sekundären Elektrode dazu benutzt, insbesondere die Kathodenräume der Zelle zu füllen und eine primäre Elektrode an eine Zellmembran anzudrücken« Die bei einem solchen Vorgehen entstehende Grenzfläche zwischen der primären Elektrode und dem porösen sekundären Elektrodenmaterial kann wesentlich zu dem Elektrodenwiderstand zwischen diesen beiden beitragen und wenigstens teilweise die Vorteile zunichte machen, die infolge der großen Elektrodenoberfläche, die von den sekundären Elektrodenmaterialien potentiell zur Verfügung gestellt wird, erreicht werden könnten«In a proposal for a closer arrangement of the anode to the cathode as described for example in US-PS 4,253,924, 4,253,922 and 4,250,013, a porous, optionally conductive material of a secondary electrode is used, in particular the cathode compartments The interface between the primary electrode and the porous secondary electrode material resulting from such action may contribute substantially to the electrode resistance between the two and at least partially obviate the advantages due to the large size of the cell Electrode surface potentially made available by the secondary electrode materials could be achieved «

Ziel der ErfindungObject of the invention

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, die Wirtschaftlichkeit des Betriebs einer Elektrolysezelle durch neue Elektroden-Strukturen gegenüber den bekannten Elektrolysezellen zu verbessern, insbesondere die Wirtschaftlichkeit von Elektrolysenzellen mit einem geringen Abstand zwischen der Anode und der Kathode (Schmalspalt-Elektrolysenzelle) zu verbessern.It is the object of the present invention to improve the efficiency of the operation of an electrolytic cell by new electrode structures compared to the known electrolysis cells, in particular to improve the economy of electrolysis cells with a small distance between the anode and the cathode (narrow-gap electrolysis cell).

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine beson-It is the object of the present invention to provide a

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ders wirtschaftliche Elektrolysezelle und ein vorteilhaftes Verfahren zur Erzeugung einer neuen Elektrodenstruktur anzugeben·The economic electrolysis cell and an advantageous method for producing a new electrode structure

Es hat sich nämlich gezeigt« daß ein Zellenaufbau, bei dem eine primäre Schaumstoffelektrode oder netzartige Elektrode eine die Zelle teilende Scheidewand berührt, die Möglichkeit zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit des Betriebs der Zelle bietet·It has been found that a cell structure in which a primary foam electrode or reticulated electrode contacts a septum dividing the cell offers the possibility of improving the efficiency of the operation of the cell.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Elektroden-Baugruppen geschaffen, die in elektrochemischen Zellen verwendet werden können, in denen eine Scheidewand die Zelle in Anoden- und Kathodenräume teilt« Ein poröses Raumnetz, das im allgemeinen den Aufbau eines offenporigen Schaumstoffs aufweist, füllt den Elektrodenraum im wesentlichen aus, wobei es sich in einem engen physikalischen Kontakt mit der Scheidewand befindet« Ein Anschluß für die Stromzufuhr ist intermetallisch so an die Elektrode gebunden, daß Spannungsverluste infolge des Stromübergangs zwischen der Elektrode und der Stromzuführung vernachlässigbar sind· Mittel zum Umwälzen des Elektrolyten sind dafür vorgesehen, den Elektrolyten in die Elektrode einzubringen und aus der Elektrode zu entfernen· Derartige Elektroden finden vorteilhaft als Anode Verwendung·In accordance with the present invention, electrode assemblies are provided that can be used in electrochemical cells in which a septum divides the cell into anode and cathode compartments. A porous network, generally having the structure of an open cell foam, substantially fills the electrode compartment A terminal for the power supply is intermetallically bonded to the electrode such that voltage losses due to the current transfer between the electrode and the power supply are negligible. Means for circulating the electrolyte are provided for this purpose to introduce the electrolyte into the electrode and to remove it from the electrode. Such electrodes are advantageously used as anode.

Die Elektrolysezelle mit durch eine Scheidewand getrennten Anoden- und Kathodenräumen ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Kathoden-Baugruppe aufweist, die umfaßt :The electrolytic cell having anode and cathode compartments separated by a septum is further characterized as comprising a cathode assembly comprising:

a) eine offenporige netzartige primäre Kathode, die dena) an open-pore net-like primary cathode, the

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Kathodenraum wenigstens teilweise ausfüllt und einen erheblichen physikalischen Kontakt zu der Scheidewand aufweist,At least partially fills the cathode compartment and has considerable physical contact with the septum,

b) eine kathodische Stromzuführung« die intermetallisch so an die Kathode gebunden ist« daß der elektrische Widerstand zwischen der Stromzuführung und der Kathode bei der Versorgung der Kathode mit Strom vernachlässigbar ist, undb) a cathodic power supply "intermetallically bonded to the cathode" such that the electrical resistance between the power supply and the cathode is negligible in supplying the cathode with power, and

c) Umwälzmittel, die eine Zirkulation des Elektrolyten in den Kathodenraum hinein und aus diesem heraus ermöglichen*c) circulating means, which allow a circulation of the electrolyte into and out of the cathode compartment *

Eine Schmalspalt-Elektrolysezelle, bei der die Anoden- und Kathodenräume in der Zelle durch eine Scheidewand getrennt sind, und wobei wenigstens eine Elektrode der Zelle einen erheblichen physikalischen Kontakt zu der Scheidewand aufweist, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Schmalspalt-Elektroden-Baugruppe aufweist, die umfaßt:A narrow gap electrolytic cell in which the anode and cathode compartments in the cell are separated by a septum, and wherein at least one electrode of the cell has substantial physical contact with the septum, is characterized in that it comprises a narrow gap electrode assembly comprising:

a) wenigstens eine offenporige netzartige primäre Elektrodea) at least one open-pore net-like primary electrode

-2 mit Poren einer Größe im Bereich von 1,27 . 10 mm bis-2 with pores of size in the range of 1.27. 10 mm up

—1 2,54 · 10 mm, die einen erheblichen physikalischenKontakt zu der Scheidewand aufweist und wenigstens einen der Elektrodenräume der Elektrolysezelle im wesentlichen ausfüllt;-1 2.54 x 10 mm, which has substantial physical contact with the septum and substantially fills at least one of the electrode compartments of the electrolytic cell;

b) eine Stromzuführung, die die Elektrode intermetallisch so mit einer elektrischen Stromquelle verbindet, daß der elektrische Widerstand zwischen der Stromzuführung und der Elektrode vernachlässigbar ist ι undb) a power supply, which intermetallically connects the electrode with an electrical power source so that the electrical resistance between the power supply and the electrode is negligible ι and

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c) wenigstens einen Elektrolyt-Einlaß für die Einführung des Elektrolyten in die Elektrode und wenigstens einen Auslaß zur Entfernung des Katholyten aus der Elektrode·c) at least one electrolyte inlet for introducing the electrolyte into the electrode and at least one outlet for removing the catholyte from the electrode

Diese Elektroden finden ebenfalls vorteilhaft als Anode Verwendung,These electrodes are also advantageously used as anode,

Eine Schmalspalt-Elektrolysezelle, bei der die Anoden- und Kathodenräume in der Zelle durch eine Scheidewand voneinander getrennt sind und bei der die Kathode in der Zelle einen erheblichen physikalischen Kontakt zu der Scheidewand aufweist« ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Schmalspalt-Kathoden-Baugruppe aufweist, die umfaßt:A narrow-gap electrolysis cell in which the anode and cathode compartments in the cell are separated by a septum and in which the cathode in the cell has substantial physical contact with the septum is further characterized in that it comprises a narrow-gap cathode cell. Comprising an assembly comprising

a) eine offenporige netzartige primäre Kathode mit Poren einer Größe im Bereich von 1,27 . 10" mm bis 2,54 · 1Q~ mm, die einen erheblichen physikalischen Kontakt zu der Scheidewand aufweist und den Kathodenraum der Elektrolysezelle im wesentlichen ausfüllt;a) an open-pore reticulated primary cathode having pores of size in the range of 1.27. 10 "mm to 2.54 · 1Q ~ mm, which has a substantial physical contact with the septum and substantially fills the cathode compartment of the electrolysis cell;

b) eine kathodische Stromzuführung, die die Kathode intermetallisch so mit einer Quelle für den elektrischen Strom verbindet, daß der elektrische Widerstand zwischen der Stromzuführung und der Elektrode vernachlässigbar ist; undb) a cathodic power supply interconnecting the cathode intermittently with a source of electrical current so that the electrical resistance between the power supply and the electrode is negligible; and

c) wenigstens einen Katholyt-Einlaß für die Einführung des Katholyten in die Kathode und wenigstens einen Katholyt-Auslaß zur Entfernung des Katholyten aus der Kathode«c) at least one catholyte inlet for introducing the catholyte into the cathode and at least one catholyte outlet for removing the catholyte from the cathode.

Das Verfahren zur Herstellung einer Elektroden-BaugruppeThe method of manufacturing an electrode assembly

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für eine erfindungsgemäße Elektrolysezelle mit durch eine Scheidewand voneinander getrennten Anoden- und Kathodenräumen und mit wenigstens einem Einlaß und Auslaß für den Elektrolyten in bzw. aus den Elektrodenräumen ist dadurch gekennzeichnet, daß es umfaßt:for an electrolytic cell according to the invention with an anode and cathode compartments separated from one another by a septum and at least one inlet and outlet for the electrolyte into and out of the electrode compartments, characterized in that it comprises:

a) eine im wesentlichen vollständige Füllung wenigstens eines Elektrodenraumes mit einem offenporigen Kunststoff schaumstoff , wobei der Schaumstoff einen erheblichen physikalischen Kontakt zu der Scheidewand-Membran aufweist ;a) a substantially complete filling of at least one electrode space with an open-cell plastic foam, wherein the foam has a significant physical contact with the septum membrane;

b) Anordnung einer Stromzuführung aus einem elektrisch leitfähigen Metall an jedem schaumstoffgefüllten Elektrodenraum« wobei die Stromzuführung wenigstens teilweise in den Kunststoff-Schaumstoff eintaucht;b) arranging a power supply of an electrically conductive metal to each foam-filled electrode space «the power supply is at least partially immersed in the plastic foam;

c) Behandeln des offenporigen Kunststoff-Schaumstoffs mit einer Lösung für das stromlose Metallieren, bis sich atf dem Schaumstoff ein elektrisch leitfähiger Oberzug einer gewünschten Dicke ausgebildet hat;c) treating the open cell plastic foam with an electroless plating solution until the foam has formed an electrically conductive topcoat of a desired thickness;

d) Schalten des Schaums als Kathode; undd) switching the foam as a cathode; and

e) Durchleiten einer Galvanisierlösung durch die Schaumstoff-Elektrode, bis sich auf dem Schaum ein galvanisch abgeschiedener Überzug der gewünschten Dicke gebildet hat.e) passing a plating solution through the foam electrode until an electrodeposited coating of the desired thickness has formed on the foam.

Vorteilhaft wird der Schaumstoff während des Galvanisierens thermisch entfernt.Advantageously, the foam is thermally removed during plating.

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Es ist zweckmäßig, wenn der Schaumstoff eine offene Porosi-It is expedient if the foam has an open porosity.

-.2 —1-.2 -1

tat zwischen 1,27 · 10 mm bis 2,54 , 10 mm aufweist«between 1.27 × 10 mm to 2.54 × 10 mm «

Die Metallier-Lösungen auf der Schaumstoffkathode erzeugen einen Überzug aus metallischem Nickel·The metallization solutions on the foam cathode produce a coating of metallic nickel ·

Eine Variante des Verfahrens zur Herstellung einer Elektroden-Baugruppe für eine Elektrolysezelle mit durch eine Scheidewand voneinander getrennten Anoden- und Kathodenräumen und wenigstens einem Elektrolyt-Einlaß und Elektrolyt-Auslaß in jedem Elektrodenraum ist dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt:A variant of the method of manufacturing an electrode assembly for an electrolytic cell having a septum separated anode and cathode spaces and at least one electrolyte inlet and outlet in each electrode space is characterized in that it comprises:

a) im wesentlichen vollständige Füllung wenigstens eines Elektrodenraums mit einem offenporigen leitfähigen Kunststoff-Schaumstoff, wobei dieser Schaumstoff einen erheblichen physikalischen Kontakt zu der Scheidewand-Membran aufweist;a) substantially complete filling of at least one electrode space with an open-pore conductive plastic foam, said foam has a significant physical contact with the septum membrane;

b) Anordnung einer Stromzuführung aus einem leitfähigen Metall an jedem mit Schaumstoff gefüllten Elektrodenraum, wobei die Stromzuführung wenigstens teilweise in den Kunststoff-Schaumstoff eintaucht;b) arranging a current supply of a conductive metal at each filled with foam electrode space, wherein the power supply is at least partially immersed in the plastic foam;

CX Schalten des Schaumstoffs als Kathode; und C X switching of the foam as cathode; and

d) Behandlung der Schaumstoff-Elektrode mit einer Galvanisier-LÖsung, bis sich auf dem Schaumstoff ein galvanisch erzeugter Überzug der gewünschten Dicke gebildet hat·d) treatment of the foam electrode with a galvanizing solution until a galvanically produced coating of the desired thickness has formed on the foam

Der Schaumstoff gehört vorteilhaft zum Typ eines mit einerThe foam belongs advantageously to the type with a

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elektrisch leitfähigen Substanz imprägnierten Schaumstoffs.electrically conductive substance impregnated foam.

Dazu wird die Schaumstoff-Kathode zur Abscheidung eines gewünschten Metallüberzugs auf der Schaumstoffkathode mit einer Lösung für das stromlose Metallieren behandelt, bevor sie als Kathode geschaltet wird«For this purpose, the foam cathode is treated with a solution for electroless plating before it is switched as a cathode for depositing a desired metal coating on the foam cathode.

Die Galvanisier-Lösung enthält vorteilhaft einen wesentlichen Gehalt an Nickelionen zur galvanischen Nickelabscheidung auf der Schaumstoff-Kathode.The plating solution advantageously contains a substantial content of nickel ions for galvanic nickel deposition on the foam cathode.

Die Scheidewand ist zweckmäßig eine Membran« die im Hinblick auf eine Flüssigkeitsbewegung zwischen den Elektrodenräumen hydraulisch undurchlässig ist, die jedoch einen leichten Durchtritt von Kationen aus einem Elektrodenraum in den anderen gestattet«The septum is suitably a membrane which is hydraulically impervious to liquid movement between the electrode spaces, but which allows for easy passage of cations from one electrode space to the other.

Dabei ist es vorteilhaft, wen^n die Membran einen wesentlichen Anteil eines Perfluorkohlenstoff-Copolymeren mit Kationen-Austauschgruppen auf Sulfonyl- oder Carbonyl-Basis enthält.It is advantageous if the membrane contains a substantial proportion of a perfluorocarbon copolymer with sulfonyl- or carbonyl-based cation-exchange groups.

Die Stromzuführung wird vorteilhaft dadurch in den Schaumstoff eingeführt, daß man sie erhitzt und in den Schaumstoff eintaucht«The power supply is advantageously introduced into the foam by heating and immersing it in the foam. "

Eine andere Variante des Verfahrens zur Herstellung einer Kathoden-Baugruppe für eine elektrochemische Zelle mit durch eine Scheidewand voneinander getrennten Anoden- und Kathodenräumen und wenigstens einem Einlaß sowie wenigstensAnother variant of the method for producing a cathode assembly for an electrochemical cell separated by a septum anode and cathode spaces and at least one inlet and at least

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einem Auslaß für den Katholyten ist dadurch gekennzeichnet« daß sid umfaßt:an outlet for the catholyte is characterized in that:

a) Auswahl eines porösen retikulierten Schaumstoff-Materials als Kathodenmaterial und Einpassen des Schaumstoffs in den Kathodenraum der Elektrolysezelle, so daß der Schaumstoff den Kathodenraum im wesentlichen ausfüllt und sich in einem erheblichen physikalischen Kontakt mit der Scheidewand befindet;a) selecting a porous reticulated foam material as the cathode material and fitting the foam into the cathode compartment of the electrolytic cell so that the foam substantially fills the cathode compartment and is in substantial physical contact with the septum;

b) Leitfähigmachen des Schaumstoffs;b) rendering the foam conductive;

c) Anordnung einer Kathodenstrom-Zufuhrung und Herstellen eines elektrischen Kontakts dieser Zuführung mit der Schaumstoff-Kathode; undc) disposing a cathode current supply and making electrical contact with that supply with the foam cathode; and

d) galvanische Abscheidung eines Kathodenmetalls auf der Schaumstoff-Kathode.d) galvanic deposition of a cathode metal on the foam cathode.

Die erfindungsgemäßen netzartigen Elektroden, im allgemeinen Kathoden, können dadurch leitfähig gemacht werden, daß man übliche Techniken, wie die Kohlenstoffimprägnierung oder eine stromlose Metallierung anwendet« Die Galvanisierung oder elektrolytische Abscheidung kann nach üblichen Techniken erfolgen. Diese Techniken können dabei in situ in der Elektrolysezelle angewandt werden, oder außerhalb der Zelle.The reticular electrodes of the present invention, generally cathodes, can be rendered conductive by employing conventional techniques such as carbon impregnation or electroless plating. Electroplating or electrodeposition can be accomplished by conventional techniques. These techniques can be applied in situ in the electrolytic cell, or outside the cell.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Elektroden-Baugruppen liegt darin, daß die verschiedenen Schritte in wechselnden Reihenfolgen durchgeführtAn advantage of the method according to the invention for the production of electrode assemblies is that the various steps are carried out in alternating orders

25.11.1983 - 13 - 62 576/1725.11.1983 - 13 - 62 576/17

werden können« So kann beispielsweise zuerst der Schaum auf die gewünschte Form zugeschnitten werden, oder er kann zuerst leitfähig gemacht werden« oder er kann zuerst leitfähig gemacht und galvanisch beschichtet werden, bevor er geschnitten wird« Diese Flexibilität der Herstellung bietet die Möglichkeit, einen optimalen Herstellungsweg für eine Vielzahl von Endverwendungen zu wählen·"For example, the foam can first be cut to the desired shape, or it can first be made conductive, or it can first be made conductive and electroplated before it is cut." Manufacturing route for a variety of end uses to choose ·

Wenn man eine poröse Schaumstoffelektrode oder netzartige Elektrode, die sich im Kontakt mit der Scheidewand befindet, verwendet, sind die Anode und die Kathode nur durch den für die Scheidewand erforderlichen Abstand innerhalb der Zelle getrennt, was zu einer Erniedrigung der erforderlichen Spannungen für den Stromfluß durch den Zellelektrolyten führt« Eine Zwangszirkulation oder Umwälzung des Elektrolyten durch die poröse Elektrode unterstützt die Verhinderung einer Bläschenansammlung in der Nähe der Oberflächen der Scheidewand, die sich in Kontakt mit der Elektrode befindet, und kann ferner dazu dienen, Konzentrationsgradienten innerhalb des Elektrodenraums, insbesondere in der Nähe der Scheidewand, zu vermindern« Oa sowohl Konzentrationsgradienten als auch eine Blasenbildung zur Ausbildung von Überspannungen beitragen, kann ihre Verminderung die Spannungen erniedrigen, die zum Betrieb einer elektrochemischen Zelle erforderlich sind, in der erfindungsgemäße Elektroden-Baugruppen verwendet werden«If one uses a porous foam electrode or reticulated electrode, which is in contact with the septum, the anode and the cathode are separated only by the distance required for the septum within the cell, resulting in a lowering of the required voltages for the current flow through Forced circulation or circulation of the electrolyte through the porous electrode assists in preventing bubble accumulation near the surfaces of the septum which is in contact with the electrode, and may further serve to establish concentration gradients within the electrode space, particularly in the cell space In the vicinity of the septum, to reduce both concentration gradients and blistering contribute to the formation of overvoltages, their reduction can lower the voltages required to operate an electrochemical cell in the electrode of the present invention en assemblies are used «

Ausfuhrungsbeispielexemplary

Die vorliegende Erfindung soll nachfolgend anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung noch näher erläutert werden·The present invention will be explained in more detail below by means of an example with reference to the drawing.

25.11.1983 -14 - 62 576/1725.11.1983 -14 - 62 576/17

Die einzige Zeichnung, Fig. 1, zeigt dabei einen Querschnitt durch eine elektro-chemische Zelle mit einer Kathoden-Baugruppe gemäß einem möglichen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung·The sole drawing, FIG. 1, shows a cross section through an electrochemical cell with a cathode assembly according to a possible embodiment of the present invention.

Bezug nehmend auf die Zeichnung zeigt Fig« 1 eine elektrochemische Zelle 10, und zwar insbesondere eine Chloralkali-Zelle, die im Querschnitt dargestellt ist· Diese Zelle umfaßt ein Gehäuse 12, eine Anodenbaugruppe 14, eine Scheide*· wand 16 und eine Kathodenbaugruppe 18,Referring to the drawings, FIG. 1 shows an electrochemical cell 10, particularly a chloralkali cell, shown in cross-section. This cell comprises a housing 12, an anode assembly 14, a sheath 16, and a cathode assembly 18.

Das Gehäuse 12 kann aus irgendeinem geeigneten oder üblichen Material bestehen, das chemisch gegenüber dem elektro-chemischen Inhalt der Zelle relativ inert ist· Wenn, wie im Falle der bevorzugten Ausführungsform, die elektro-chemische Zelle eine zur Erzeugung von Chlor und basischen Produkten aus einer Salzlauge eines Alkalimetallhalogens ist, kann das Gehäuse aus einem Kunststoffmaterial, wie Polypropylen, hergestellt sein. Im allgemeinen ist der obere Teil der Zelle während ihres Betriebs durch eine Zellenabdeckung (nicht gezeigt) abgedeckt«The housing 12 may be made of any suitable or conventional material that is chemically relatively inert to the electrochemical content of the cell. If, as in the preferred embodiment, the electrochemical cell is one for generating chlorine and basic products from one Brine of an alkali metal halide, the housing may be made of a plastic material, such as polypropylene. In general, the top of the cell is covered by a cell cover (not shown) during its operation. "

Die Zelle wird durch die Scheidewand 16 in einen Anodenraum 22 und einen Kathodenraum 24 geteilt· Diese Scheidewand kann entweder hydraulisch porös sein, beispielsweise ein Diaphragma, oder sie kann hydraulisch undurchlässig sein, beispielsweise eine Kationenaustausch-Membran· Wenn die Scheidewand vom Diaphragma-Typ ist, kann das Diaphragma ein nach einer Vielzahl gut bekannter Techniken hergestelltes Diaphragma sein, die zu einer hydraulisch durchlässigen Schei-The cell is divided by the septum 16 into an anode space 22 and a cathode space 24. This septum may either be hydraulically porous, for example a diaphragm, or it may be hydraulically impermeable, for example a cation exchange membrane. If the septum is of the diaphragm type , the diaphragm may be a diaphragm made by a variety of well-known techniques which may become a hydraulically transmissive diaphragm.

25,11.1983 - 15 - 62 576/1725.11.1983 - 15 - 62 576/17

dewand fuhren· Im allgemeinen enthalten derartige Diaphragma-Scheidewände Asbestfasern, wenn sie zur Verwendung in einer Chloralkali-Zelle hergestellt wurden.In general, such diaphragm diaphragms contain asbestos fibers when made for use in a chlor-alkali cell.

Wenn die Zelle von einer Membran geteilt wird« trennt die Membran die Elektrodenräume 22 und 24 so, daß eine freie Flüssigkeitsbewegung zwischen diesen Elektrodenräumen ausgeschlossen ist. Es ist erforderlich, daß eine solche Membran einen elektrischen Stromfluß zwischen den Elektrodenräumen ermöglicht, weshalb derartige Membranen im allgemeinen in der Lage sind, ein spezielles Ion oder irgendeine geladene Teilchenform aus einem Elektrodenraum in den anderen durchzulassen. Wenn die Elektrolytfüllung der elektro-chemischen Zelle aggressive Verbindungen umfaßt, ist es erwünscht, daß die Membran aus einer Verbindung hergestellt ist, die dem aggressiven Angriff durch den Elektrolyten, der in den Elektrodenräumen enthalten ist, widerstehen kann.W e nn the cell is divided by a membrane "separating the membrane, the electrode chambers 22 and 24 so that a free liquid movement is excluded between these electrode compartments. Such a membrane is required to allow electrical current flow between the electrode spaces, and such membranes are generally capable of passing a particular ion or charged particle form from one electrode space to the other. When the electrolyte filling of the electrochemical cell comprises aggressive compounds, it is desirable that the membrane be made of a compound which can withstand the aggressive attack of the electrolyte contained in the electrode spaces.

Im Falle einer Chloralkali-Zelle, die die bevorzugte erfindungsgemäße Elektrolysezelle darstellt, kann diese Membran aus einem geeigneten oder üblichen Material bestehen, das den aggressiven Materialien in den Elektrolyten in jedem Elektrodenraum 22; 24 widersteht. Ein ganz besonders bevorzugtes Material ist dabei ein perfluoriertes Copolymeres, das Kationenaustauschgruppen aufweist. Diese Perfluorkohlenstoffe sind Copolymere von wenigstens zwei Monomeren, wobei ein Monomeres aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Vinylfluorid, Hexafluorpropylen, Vinylidenfluorid, Trifluorethylen, Chlortrifluorethylen-r Perfluor-(alkylvinylether). Tetrafluorethylen und deren Mischungen umfaßt.In the case of a chlor-alkali cell, which is the preferred electrolysis cell according to the invention, this membrane may be made of a suitable or conventional material, which is the aggressive materials in the electrolyte in each electrode space 22; 24 resists. A particularly preferred material is a perfluorinated copolymer having cation exchange groups. These perfluorocarbons are copolymers of at least two monomers wherein one monomer is selected from the group consisting of vinyl fluoride, hexafluoropropylene, vinylidene fluoride, trifluoroethylene, chlorotrifluoroethylene-perfluoro (alkyl vinyl ether). Tetrafluoroethylene and mixtures thereof.

25«11«1983 - 16 - 62 576/1725 «11« 1983 - 16 - 62 576/17

Das zweite Monomere wird häufig aus einer Gruppe von Monomeren ausgewählt» die üblicherweise eine SO2F oder SuIfonylfluorid-Seitengruppe aufweisen· Beispiele for derartige zweite Monomere können in allgemeiner Form durch die Formel CF2=CFR.SO2F beschrieben werden« In dieser allgemeinen Formel ist R1 ein bifunktioneller perfluorierter Rest, der im allgemeinen 1 bis 8 Kohlaretoffatome enthält« erforderlichenfalls jedoch bis zu 25 Kohlenstoffatome enthalten kann· Eine Randbedingung fur die allgemeine Formel ist, daß wenigstens ein Fluoratom an dem Kohlenstoffatom vorhanden ist, an das die -SCLF-Gruppe gebunden ist, insbesondere wenn dfe funktionelle Gruppe in der -(-SO2NH)mQ-Form vorliegt. In dieser letztgenannten Form kann Q Wasserstoff oder ein Alkali- oder Erdalkalimetall-Kation sein, und m ist die Wertigkeit von Q. Der Teil R* in der allgemeinen Formel kann jede geeignete oder übliche Form aufweisen, wobei jedoch gefunden wurde, daß der Rest R. an den Vinylrest des Comonomeren bevorzugt über eine Ätherbindung gebunden ist«The second monomer is often selected from a group of monomers "usually having a SO" 2 " F or sulfonyl fluoride side group. Examples of such second monomers can be generically represented by the formula CF" 2 " = CFR.SO" 2 " F in this general Formula R 1 is a bifunctional perfluorinated radical generally containing 1 to 8 carbon atoms, but may, if required, contain up to 25 carbon atoms. One constraint for the general formula is that at least one fluorine atom be present on the carbon atom to which the -SCLF Group, especially when the functional group is in the - (- SO 2 NH) mQ form. In this latter form, Q may be hydrogen or an alkali or alkaline earth metal cation, and m is the valence of Q. The portion R * in the general formula may have any suitable or conventional form, but it has been found that the group R is bound to the vinyl radical of the comonomer, preferably via an ether bond. «

perartige Perfluorkohlenstoffe sind im allgemeinen kommerziell erhältlich, Perfluorkohlenstoff-Copolymere, die Perfluoro (3,6~dioxa-4~methyl-7-octensulfonylfluorid) als Comonomeres enthalten, sind für Chlorzellen ganz besonders gut eingeführt« Wenn eine Natriumchlorid-Salzlauge zur Herstellung der Chloralkali-Produkte in einer elektrochemischen Zelle verwendet wird, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, Membranen zu verwenden, deren überwiegender Volumenanteil von einem Perfluorkohlenstoff-Copolymeren gebildet wird, das von einem Sulfonylfluorid abgeleitete funktionel-Ie Seitengruppen a/weist, und die eine relativ dünne Schichtperfluorocarbons are generally commercially available, perfluorocarbon copolymers containing perfluoro (3,6 ~ dioxa-4 ~ methyl-7-octensulfonylfluorid) as comonomer, are particularly well established for chlorine cells. "If a sodium chloride brine to produce the chloroalkali It has been found advantageous to use membranes the majority of which is formed by a perfluorocarbon copolymer having functional groups derived from a sulfonyl fluoride, and which is a relatively thin layer

25*11.1983 - 17 - 62 576/1725 * 11.1983 - 17 - 62 576/17

eines Perfluorkohlenstoff-Copolymeren mit vom Carbonylfluorid abgeleiteten funktioneilen Gruppen an einer Membranoberfläche aufweisen«of a perfluorocarbon copolymer with carbonyl fluoride-derived functional groups on a membrane surface «

Der Anodenraum 22 umfaßt eine Anode 26 sowie eine Zuführung 28 für den Anodenstrom· Die Stromzuführung 28 ist mit einer nicht dargestellten elektrischen Stromquelle verbunden· Ein Elektrolyt 30 füllt im allgemeinen den freien Raum in dem Anodenraum· Im allgemeinen ist dieser Elektrolyt 30 oder Anolyt eine Lauge eines Alkalimetallhalogensalzes« die nach gut bekannten Verfahren hergestellt wurde. Die Zusammensetzungen derartiger Laugen sind in der einschlägigen Industrie im allgemeinen gut bekannt·The anode compartment 22 comprises an anode 26 and an anode current supply 28. The power supply 28 is connected to an electric power source, not shown. An electrolyte 30 generally fills the free space in the anode compartment. Generally, this electrolyte 30 or anolyte is a caustic an alkali metal halide salt prepared by well-known methods. The compositions of such bases are generally well known in the relevant industry.

Die Anode 26 ist aus einem geeigneten oder üblichen Material hergestellt, das in geeigneter Weise gegenüber dem Anolyten und den Halogenverbindungen, die in der Elektrolysezelle erzeugt werden, beständig ist« Typischerweise wird Titan verwendet, das eine Schicht aus einem oder mehreren Metallen oder Metalloxiden, wie beispielsweise Rutheniumoxid, aufweisen«The anode 26 is made of a suitable or conventional material which is suitably resistant to the anolyte and halogen compounds produced in the electrolytic cell. Typically, titanium comprising a layer of one or more metals or metal oxides, such as for example, ruthenium oxide, have «

Die Anode 26 kann unmittelbar angrenzend an die Scheidewand angeordnet sein, oder es kann ein Abstand zwischen der Anode und der Scheidewand bestehen« In einer in gleicher Weise bevorzugten alternativen Ausführungsform berührt ein Katalysator wie Rutheniumoxid direkt die Scheidewand, eine Membran, und zwar in Kontakt mit einer gitter- oder roaschenartigen Stromzuführung oder Elektrode.The anode 26 may be located immediately adjacent the septum, or there may be a gap between the anode and the septum. In a similarly preferred alternative embodiment, a catalyst such as ruthenium oxide directly contacts the septum, a membrane, in contact a grid or rooftike power supply or electrode.

Der Kathodenraum 24 enthält eine Kathoden-Baugruppe 34· DieThe cathode compartment 24 contains a cathode assembly 34 · The

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Kathoden-Baugruppe 34 umfaßt eine schaumstoffartige netzartige oder retikulierte Kathode 36, eine Zuführung 38 für den Kathodenstrom und einen Einlaß 40 und einen Auslaß 42 für den Elektrolyten. Der Kathodenraum ist im allgemeinen mit einem Elektrolyt 44 oder Katholyt gefüllt, der ein Hydroxid des Alkalimetalls enthält, das in dem Halogenidsalz vorhanden ist, das die Lauge bildet. Dieser Katholyt füllt ebenfalls den Teil des Kathodenraumes, der nicht von der Kathode 36 eingenommen wird.Cathode assembly 34 comprises a foam-like reticulated cathode 36, a cathode current supply 38, and an inlet 40 and an outlet 42 for the electrolyte. The cathode compartment is generally filled with an electrolyte 44 or catholyte containing a hydroxide of the alkali metal present in the halide salt which forms the liquor. This catholyte also fills the portion of the cathode compartment which is not occupied by the cathode 36.

Die Kathode ist von offenporiger netzartiger oder retikulierter Natur. Obwohl die Poren jede geeignete oder übliche Größe aufweisen können, sind Poren zwischen 0,0127 und 0,254 mm bevorzugt, wobei Poren zwischen etwa 0,0254 und 0,127 mm besondere bevorzugt sind. Unter offenporig ist dabei zu verstehen, daß die Kathode über ihre ganze Struktur im wesentlichen hydraulisch durchlässig ist.The cathode is of open-pored reticular or reticulated nature. Although the pores may be any suitable or conventional size, pores between 0.0127 and 0.254 mm are preferred, with pores between about 0.0254 and 0.127 mm being particularly preferred. Under open-pore is to be understood that the cathode is substantially hydraulically permeable over its entire structure.

Die Kathode 36 umfaßt einen Träger, der von einem harzartigen oder Kunststoff-Material wie Urethanen, Polyestern, Olefin-polymeren wie Polypropylen oder Polyethylen oder anderen geeigneten oder konventionellen Materialien gebildet wird. Dieser Träger wird in Form eines Schaumstoffs verwendet, und er muß kein steifer Schaumstoff sein.The cathode 36 comprises a backing formed from a resinous or plastic material such as urethanes, polyesters, olefin polymers such as polypropylene or polyethylene or other suitable or conventional materials. This carrier is used in the form of a foam and does not have to be a rigid foam.

Der Träger ist wenigstens teilweise von einer oder mehreren Beschichtungen aus wenigstens einem leitfähigen Kathodenmaterial umhüllt. Diese überzüge können auf den Träger auf irgendeine geeignete oder übliche Weise, beispielsweise elektrolytisch durch Galvanisieren, aufgebracht werden. FürThe support is at least partially enveloped by one or more coatings of at least one conductive cathode material. These coatings can be applied to the support in any suitable or conventional manner, for example electrolytically by electroplating. For

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das Galvanisieren ist generell eine elektrische Leitfähigkeit des harzartigen oder Kunststoff-Schaum-Trägers erforderlich· Der Schaumstoffträger kann im allgemeinen unter Anwendung geeigneter oder üblicher gut bekannter Techniken leitfähig gemacht werden, beispielsweise durch stromloses Metallieren oder durch Imprägnieren mit einer leitfähigen Substanz wie Kohlenstoff.plating generally requires electrical conductivity of the resinous or plastic foam backing. The foam backing may generally be rendered conductive using any suitable or commonly known techniques, such as by electroless plating or by impregnation with a conductive substance such as carbon.

Das Aufbringen des Überzugsmaterials macht das Schaumstoffnetz leitfähig und dadurch als Kathode geeignet* Obwohl eine Vielzahl von Kathodenmaterialien bekannt sind, sind für die beste Ausführungsform, d. h« eine Chloralkalizelle, Nickel und/oder Kupfer bevorzugt« Insbesondere Nickel scheint dabei so zu wirken, daß es die elektro-chemische Reaktion an der Kathode unterstützt. Der Metallüberzug auf dem Substrat muß nur ausreichend dick und kontinuierlich sein, damit der Widerstand für den elektrischen Stromfluß durch die Kathode zum Punkt der Abnahme des elektrischen Stroms vernachlässigbar ist.Application of the coating material renders the foam mesh conductive and thereby suitable as a cathode. Although a variety of cathode materials are known, for the best mode, i. In particular, nickel seems to act in such a way that it supports the electrochemical reaction at the cathode. The metal coating on the substrate need only be sufficiently thick and continuous so that the resistance to the flow of electrical current through the cathode to the point of decrease in electrical current is negligible.

Die netzartige Kathode ist im Kathodenraum 24 so angeordnet, daß sie mit der Scheidewand in Kontakt ist. Oa das Schaumstoff-Netzwerk beim Aufbringen des Metallüberzugs relativ starr wird, ist es häufig bevorzugt, den Schaumstoff vorzuformen und in den Kathodenraum einzupassen, bevor der Metallüberzug aufgebracht wird.The net-like cathode is disposed in the cathode space 24 so as to be in contact with the septum. However, since the foam network becomes relatively rigid upon application of the metal coating, it is often preferred to preform the foam and fit into the cathode space before the metal coating is applied.

Die netzartige Kathode wirkt innerhalb der Zelle als primäre Elektrode. Oer elektrische Strom wird dieser netzartigen primären Kathode über die Kathodenstrom-Zuführung 38The net-like cathode acts as a primary electrode within the cell. Oer electric power is this net-like primary cathode via the cathode current supply 38th

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zugeführt. Es ist dabei besonders bevorzugt« daß der elektrische Widerstand« der jeder elektrischen Verbindung der netzartigen Kathode mit der Stromzuführung 38 zugeordnet werden kann« vernachlässigbar ist. Dieser niedrige elektrische Widerstand wird vorzugsweise dadurch erreicht« daß man eine Verbindung intermetallischer Natur schafft·fed. It is particularly preferred that "the electrical resistance" of each electrical connection of the net-like cathode with the power supply 38 can be assigned «is negligible. This low electrical resistance is preferably achieved by providing a connection of intermetallic nature.

Ein Verfahren, das die Anfügung der Kathodenstrom-Zuführung an die netzartige Kathode ermöglicht« besteht darin« die Stromzuführung 38 in das Schaumstoff-Trägermaterial für die netzartige Kathode 36 einzuschieben« bevor das Überzugsmaterial aufgebracht wird. Das Einschieben kann dabei so erfolgen« daß der Schaumstoff-Träger mit der netzartigen Struktur mit einem Schlitz versehen wird, in den die Stromzuführung eingeschoben wird, durch Erhitzen der Stromzuführung auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des Schaumstoffs und Eintauchen der erhitzten Zuführung in den Schaumstoff oder durch Coextrudieren oder Formen des Schaums mit einer eingebetteten Stromzuführung· Die intermetallische Verbindung der Stromzuführung mit der netzartigen Kathode kann danach dadurch bewirkt werden« daß man das Überzugsmetall für das Trägermaterial galvanisch abscheidet, wobei die Stromzuführung dazu verwendet wird« den Strom für die galvanische Abscheidung des Überzugsmetalls zuzuführen.One method that allows for the attachment of the cathode current supply to the net-like cathode is to insert the power supply 38 into the foam carrier material for the reticulated cathode 36 before applying the coating material. The insertion can be done so that the foam carrier is provided with the net-like structure with a slot into which the power supply is inserted, by heating the power supply to a temperature above the melting temperature of the foam and immersing the heated feed into the foam or by co-extruding or molding the foam with an embedded power supply. The intermetallic connection of the power supply to the net-like cathode can thereafter be effected by electrodepositing the coating metal for the support material, the power supply being used for the electrodeposition of the catalyst To supply coating metal.

Der Einlaß 40 und der Auslaß 42 sind dazu vorgesehen « eine Zirkulation des Katholyten durch die Kathode aus dem retikulierten Schaumstoff zu ermöglichen. Da die netzartige Kathode porös ist, kann der Katholyt relativ leicht durchThe inlet 40 and outlet 42 are intended to allow circulation of the catholyte through the reticulated foam cathode. Since the net-like cathode is porous, the catholyte can relatively easily through

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die Kathode gedruckt oder gesaugt werden, in dem man irgendein geeignetes oder übliches Umwälzmittel, wie beispielsweise eine Pumpe verwendet· In Abhängigkeit von der Größe der Kathode« dem Grad der gewünschten Zirkulation und anderen Faktoren können ein oder mehrere Eingänge und/oder Asgänge vorgesehen sein·the cathode can be printed or sucked by using any suitable or conventional circulating means such as a pump. One or more inputs and / or passages may be provided depending on the size of the cathode, the degree of circulation desired, and other factors.

Beim Betrieb der elektrolytischen Chloralkali-Zelle der bevorzugten Ausführungsform wandern Metallionen, üblicherweise Natriumionen, aus dem Anodenraum durch die Scheidewand, und zwar wenigstens teilweise infolge des durch die Zelle fließenden elektrischen Stroms· Diese Natriumionen reagieren an der Kathode mit Hydroxyl-radikalen, die an der Kathode durch die Disassoziation von Wasser erzeugt werden, bleiben jedoch in ionischer Lösung· Mit dem Andauern des Betriebs der elektrochemischen Zelle kann die Konzentration dieser Metallionen in der Nähe der Scheidewand typischerweise ansteigen, was zu einem die weitere Wanderung von Metallionen behindernden Konzentrationsgradienten führt« Die Oberwindung dieses Widerstands würde normalerweise eine erhöhte Zellenspannung zwischen der Anode und der Kathode in der Zelle erfordern, und folglich zu einer Erhöhung des Energieverbrauchs für den Betrieb der Zelle führen· Die Zirkulation, die im Sinne einer Verminderung dieses Konzentrationsgradienten-Widerstandes oder dieser Überspannung wirkt, kann einen gesteigerten Energieverbrauch bei dem Betrieb der Zelle vermeiden helfen·In operation of the chloroalkali electrolytic cell of the preferred embodiment, metal ions, usually sodium ions, migrate from the anode space through the septum, at least in part as a result of the electrical current flowing through the cell. These sodium ions react at the cathode with hydroxyl radicals attached to the cathode However, as the electrochemical cell continues to operate, the concentration of these metal ions near the septum typically increases, resulting in a concentration gradient hindering the further migration of metal ions this resistance would normally require an increased cell voltage between the anode and the cathode in the cell, and consequently lead to an increase in energy consumption for the operation of the cell · The circulation, which in the sense of reducing this concentrate ion gradient resistance or overvoltage can help prevent increased power consumption in the operation of the cell.

Bei der an der Kathode ablaufenden Zerlegung des Wassere kann Wasserstoff gebildet werden« der Bläschen bildet· WennHydrogen can be formed at the decomposition of the water at the cathode

25*11,1983 - 22 - 62 576/1725 * 11, 1983 - 22 - 62 576/17

diese Bläschen an der Kathode haften* vermindern sie sehr wesentlich die Kathodenoberflaches die für die elektrochemische Reaktion zur Verfügung steht« was zu einem elektrischen Widerstand oder einer Oberspannung führt« Die Zirkulation des Katholyten durch die netzartige Kathode kann die Haftung der Bläschen vermindern und dadurch dazu beitragen« daß eine erhöhte Zellenbetriebsspannung vermieden wird, wie sie ansonsten erforderlich wäre, diese Bläschenüberspannung zu kompensieren·these bubbles adhere to the cathode * they reduce very significantly the cathode surface s is available for the electrochemical reaction available "resulting in an electrical resistance or a high-voltage" The circulation of the catholyte through the reticulate cathode can reduce the adhesion of bubbles and thereby to contribute "that an increased cell operating voltage is avoided, as would otherwise be required to compensate for this bubble overvoltage ·

Das durch die Kathode zirkulierende gewünschte Volumen des Katholyten kann/variieren, wobei im allgemeinen zur Energieeinsparung niedrigere Durchflußgeschwindigkeiten bevorzugt sind« Durchflußgeschwindigkeiten zwischen etwa 1 l/min pro Kubikmeter netzartige Kathode und 250 l/min sind möglich« Es ist dabei nur eine solche Durchflußgeschwindigkeit erforderlich, die ausreicht, die Ausbildung einer Bläschen- und Konzentrations-Überspannung zu vermeiden«The desired volume of catholyte circulating through the cathode may vary, with lower flow rates generally being preferred for energy savings. "Flow rates between about 1 l / min per cubic meter net-like cathode and 250 l / min are possible." Only such a flow rate is required sufficient to avoid the formation of a bubble and concentration overvoltage «

Es ist dabei nicht erforderlich, daß die netzartige Kathode 36 den Kathodenraum 24 vollständig füllt« Die Kathode aus dem netzartigen oder retikulierten Schaumstoff muß nur an die Scheidewand angrenzende Bereiche des Kathodenraums füllen und in einem wesentlichen physikalischen Kontakt mit der Scheidewand stehen« Wenn die netzartige Kathode den Kathodenraum nicht vollständig füllt, kann der Rest dee Kathodenraums mit einem widerstandsfähigen Material, wie beispielsweise einem Schaumstoff gefüllten sein, der in der Lage ist, die Aufgabe zu erfüllen, die netzartige Kathode gegen die Scheidewand zu drücken« Alternativ dazu kann eineIt is not necessary that the net-like cathode 36 completely fills the cathode space 24. "The cathode of the net-like or reticulated foam must fill only areas of the cathode space adjacent to the septum and be in substantial physical contact with the septum does not completely fill the cathode compartment, the remainder of the cathode compartment may be filled with a resistant material such as a foam capable of performing the task of pressing the meshed cathode against the septum

25.11.1983 - 23 - 62 576/1725.11.1983 - 23 - 62 576/17

netzartige Kathode, die den Kathodenraum nicht vollständig füllt« auf irgendeine geeignete oder übliche Weise an die Scheidewand gedrückt werden« beispielsweise unter Verwendung efees elastischen Gitters«net-like cathode, which does not completely fill the cathode compartment, can be pressed against the septum in any suitable or customary manner, for example, using an elastic grid.

Bei einer alternativen Ausführungsform für die bevorzugte Ausführungsform wird die Kathodenstrom-Zuführung zuerst in das Schaumstoff-Substrat der netzartigen Kathode eingebettet, Das Schaumstoff-Substrat wird in den Kathodenraum der Zelle eingebracht. Wenn das Schaumstoff-Substrat nicht im voraus durch Imprägnieren mit Kohlenstoff oder ein ähnliches Verfahren elektrisch leitfähig gemacht wurde« wird auf das Schaumstoff-Subetrat nach Techniken der stromlosen Metallierung ein erster Metallüberzug aufgebracht· Generell kann diese stromlose Metallierung innerhalb der Elektrolysezellen durchgeführt werden« und bei den bevorzugtesten Anwendungsformen wird es zuerst durchgeführt« um das Schaumstoff-Substrat leitfähig für die nachfolgende galvanische Abscheidung des Kathodenmetalls zu machen«In an alternative embodiment for the preferred embodiment, the cathode current feed is first embedded in the foam substrate of the net-like cathode. The foam substrate is placed in the cathode space of the cell. If the foam substrate has not been made electrically conductive in advance by impregnation with carbon or a similar method, a first metal coating is applied to the foam subtrate by electroless metallization techniques. Generally, this electroless metallization can be carried out within the electrolysis cells The most preferred forms of application are first performed "to make the foam substrate conductive for subsequent electrodeposition of the cathode metal."

Die nachfolgende galvanische oder elektro-chemische Metallabscheidung auf der zu erzeugenden Kathoden-Baugruppe mit der netzartigen Kathode wird vorzugsweise innerhalb der Elektrolysezelle durchgeführt. Das Galvanisierbad wird in den Kathodenraum gegeben« und die Kathodenstrom-Zuführung wird mit einer elektrischen Stromquelle verbunden. Dadurch werden Metallionen« die in dem Galvanisierbad enthalten sind« auf dem Substrat aus dem retikulierten Schaumstoff abgeschieden« wobei gut bekannte Galvanisiertechniken verwendet werden.The subsequent galvanic or electrochemical metal deposition on the cathode assembly to be generated with the net-like cathode is preferably carried out within the electrolysis cell. The plating bath is placed in the cathode compartment and the cathode current supply is connected to an electrical power source. As a result, metal ions contained in the plating bath are deposited on the substrate from the reticulated foam using well-known plating techniques.

25.11.1983 - 24 - 62 576/1725.11.1983 - 24 - 62 576/17

Während des Betriebs der elektrochemischen Zelle wird das auf dem Schaumstoff-Träger abgeschiedene katholytische Metall kathodisch vor der Einwirkung aggressiver Chemikalien« die im Katholyten vorliegen, geschützt* In einer Chloralkalizelle, in der die Scheidewand eine Kationenaustaßch-Membran ist, wandern Metallionen, wie beispielsweise Natriumionen, aus dem Anodenraum durch die Membran und reagieren mit den Hydroxyl-Radikalen, die an der netzartigen Kathode erzeugt werden, wobei eine Metallhydroxid-Lösung gebildet wird, die den Katholyten enthält. Dabei wird Wasserstoffgas entwickelt« Indem periodisch ein gewisser Teil des Katholyten, der durch die netzartige Kathode zirkuliert, entfernt und durch Wasser ersetzt wird, kann die Metallhydroxid-Konzentration im Katholyten auf die gewünschten, gut bekannten bevorzugten Grenzen für den Betrieb einer Membran-Chlor-alkalizelle eingesteuert werden*During operation of the electrochemical cell, the catholyte deposited on the foam carrier is cathodically protected from exposure to aggressive chemicals present in the catholyte. In a chloroalkali cell in which the septum is a cation-exchange membrane, metal ions such as sodium ions migrate from the anode space through the membrane and react with the hydroxyl radicals generated at the reticulated cathode to form a metal hydroxide solution containing the catholyte. By periodically removing and replacing some of the catholyte circulating through the reticulated cathode and replacing it with water, the concentration of metal hydroxide in the catholyte can be adjusted to the desired, well known, preferred limits for the operation of a membrane chlorine gas. alkaline cell to be controlled *

Wenn die netzartige Kathode eine poröse Scheidewand, wie beispielsweise ein Diaphragma berührt, strömt Lauge, die Ionen des Metalls enthält, durch das Diaphragma in den Kathodenraum und vereinigt sich mit dem Katholyten, der durch den Kathodenraum zirkuliert. Die Entfernung von zirkulierendem Katholyten kompensiert in gut bekannter Weise überschüssige Laugenvolumina, die durch die Scheidewand gewandert sind, und dient zur Steuerung der Metallhydroxid-Konzentration in dem zirkulierenden Katholyten·When the net-like cathode contacts a porous septum, such as a diaphragm, liquor containing ions of the metal flows through the diaphragm into the cathode space and merges with the catholyte which circulates through the cathode space. The removal of circulating catholyte compensates, in a well known manner, excess liquor volumes that have migrated through the septum and serves to control the concentration of metal hydroxide in the circulating catholyte.

Zur Verwendung in elektrolytiscben Zellen können auch Anoden hergestellt werden, und zwar auf eine Weise, die der oben beschriebenen Erzeugung der Schaumstoff- oder netzartigen Kathoden-Baugruppen identisch ist« Derartige Schaumstoff-Anodes may also be prepared for use in electrolytic cells, in a manner identical to the above-described generation of the foam or netlike cathode assemblies.

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oder netzartige Anoden können in elektrochemischen Zellen verwendet werden und in einem wesentlichen physikalischen Kontakt mit der Scheidewand, die die Zelle in Anoden- und Kathodenräume teilt. Es ist dabei häufig vorteilhaft, wenn gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellte Anoden eine Oeckbeschichtung oder elektrokatalytische Beschichtung aufweisen, die nach der Bildung der Schaumstoff- oder netzartigen Anoden-Baugruppe aufgebracht wurden«or reticulated anodes can be used in electrochemical cells and in substantial physical contact with the septum that divides the cell into anode and cathode spaces. It is often advantageous when anodes prepared according to the present invention have an ocher coating or electrocatalytic coating applied after formation of the foam or mesh-like anode assembly.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert.The invention will be further explained by means of exemplary embodiments.

Beispiel 1example 1

Eine netzartige Nickelkathode wurde dadurch hergestellt, daß man zuerst einen Stromverteiler aus Nbkel, der aus einem Nickel-Gitterblech-Ausgangsmaterial' hergestellt worden war, an eine Zuführungsschiene anfügte. Das Gitter und die Zufuhrungsschiene wurden dann über den Schmelzpunkt von Polyurethanschaum erhitzt, wobei einem solchen Schaum bereits eine solche Form gegeben worden war, daß er im wesentlichen den gesamten Kathodenraum einer Elektrolysezelle ausfüllte. Die heiße Zuführungsschiene mit dem Gitter wurde in den Schaumstoff eingesetzt, wo man sie abkühlen ließ. Während des Abkühlens schmolz der Schaumstoff durch die Wärme der Zuführungsschiene und des Gitters und verband sich mit dem Gitter« Die erhaltene Kathoden-Baugruppe wurde danach metalliert. Derartige metallierte Kathoden erwiesen sich als wirksame Kathoden für Elektrolysezellen, wobei der Schaumstoff zwischen 4 und 18 Poren pro cm (zwischen 10 und 45 Poren pro inch) aufwies.A reticulated nickel cathode was prepared by first attaching a Nbkel current distributor made of a nickel grid sheet starting material to a feed rail. The grid and feed rail were then heated above the melting point of polyurethane foam, such foam having already been given a shape to substantially fill the entire cathode compartment of an electrolytic cell. The hot feed rail with the grid was inserted into the foam where it was allowed to cool. During cooling, the foam melted by the heat of the feed rail and the grid and bonded to the grid. "The resulting cathode assembly was then metallized. Such metallated cathodes have proven to be effective cathodes for electrolysis cells, with the foam having between 4 and 18 pores per cm (between 10 and 45 pores per inch).

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Zum Metallieren wurde die Kathoden-Baugruppe in ein Bad von Raumtemperatur eingetaucht, das aus einer wäßrigen Lösung von IO g/l Zinnchlorid und 10 ml/1 Salzsäure (20 0Be) bestand· Nach 5 Min· wurde die Kathoden·»Baugruppe vorsichtig in Wasser von Raumtemperatur gewaschen und danach in eine wäßrige Lösung von 0,5 g/l pdcl2 und i0 ml/l Salzsäure 5 Min· eingetaucht« Im Anschluß an ein Waschen mit Wasser wurde die Kathoden-Baugruppe 10 Min· bei 50 0C in eine Mischung eingetaucht, die einen Liter einer wäßrigen Lösung von 45 g/l Nickelchlorid-hexahydrat, 50 g/l Ammoniumchlorid, 100 g/l Natriumnitrat, 0,5 1/1 Ammoniumhydroxid und 27,3 ml einer wäßrigen Lösung von Natriumhypophosphit von 450 g/l enthielt· Bei dieser Schrittfolge wurde die Kathoden-Baugruppe stromlos vernickelt·For plating, the cathode assembly was immersed in a room temperature bath consisting of an aqueous solution of 10 g / L stannous chloride and 10 ml / 1 hydrochloric acid (20 ° C.). After 5 minutes, the cathode assembly was carefully placed in Washed water from room temperature and then immersed in an aqueous solution of 0.5 g / l pdc l 2 and i0 ml / l hydrochloric acid 5 min · After washing with water, the cathode assembly was 10 min · at 50 0 C. immersed in a mixture containing one liter of an aqueous solution of 45 g / l nickel chloride hexahydrate, 50 g / l of ammonium chloride, 100 g / l of sodium nitrate, 0.5 1/1 of ammonium hydroxide and 27.3 ml of an aqueous solution of sodium hypophosphite of 450 g / l of · In this S c hrittfolge the cathode assembly was plated electrolessly ·

Im Anschluß an die stromlose Vernickelung wurdegalvanisch vernickelt· Dazu wurde die Kathoden-Baugruppe in eine wäßrige Lösung von 141 g/l Nickelchlorid-hexahydrat, 291 g/l Nickelsulfathexahydrat und 45 g/l Phosphorsäure getaucht, wobei die Lösung unter Verwendung von Salzsäure auf einen pH-Wert von 4,5 bis 6,5 eingestellt worden war· Die Kathoden-Baugruppe wurde gegenüber Nickelanoden, die etwa 3,8 cm von der Oberfläche der Schaumstoff-Kathoden-Baugruppe entfernt waren, als Kathode geschaltet, und mit einer Spannung von 2,25 V wurde 3 Std· bei 30 bis 40 0C vernickelt· Das Vernickeln wurde fortgesetzt, bis ein Oberzug einer Dicke von 10 pm oder mehr auf dem Schaumstoff ausgebildet war«Thereafter, the cathode assembly was immersed in an aqueous solution of 141 g / l nickel chloride hexahydrate, 291 g / l nickel sulfate hexahydrate and 45 g / l phosphoric acid, the solution using hydrochloric acid to a The cathode assembly was switched as a cathode to nickel anodes, which were about 3.8 cm from the surface of the foam-cathode assembly, and to a voltage of 2.25 V was nickel plated at 30 to 40 ° C. for 3 hours. Nickel plating was continued until a topcoat having a thickness of 10 μm or more was formed on the foam.

Gegebenenfalls ist es möglich, nach 11/2 Std, Vernickeln den Polyurethan-Schaumstoff zu veraschen, indem man dasOptionally, it is possible to ash after 11/2 hrs, nickel plating the polyurethane foam by the

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Netzwerk in eine Flamme oder einen Ofen hält« bis der Schaumstoff ausgebrannt ist« Nach dem Waschen kann das Vernickeln dann fortgesetzt werden·Keep the network in a flame or oven "until the foam has burnt out" After washing, nickel plating can then continue ·

Beispiel 2 Example 2

Eine netzartige Nickelkathode wurde wie in Beispiel 1 angegeben« hergestellt, außer daß nach dem Abschluß des stromlosen Vernickeins die Kathode in eine wäßrige Lösung von 250 g/l Nickelchlorid-hexahydrat und 50 g/l Zinkchlorid getaucht wurde« Diese Lösung wurde bei 45 0C gehalten, wobei der pH-Wert durch Zugabe von HCl auf etwa 4,5 eingestellt war· In enger Nachbarschaft zu den Oberflächen der Kathoden-Baugruppe wurden Nickel- und Nickel-Zinik»Anoden angeordnet, und mit einer Spannung von 2,00 V etwa 1 Std, gegenüber der Kathode als Anode geschaltet· Während der elektrolytischen oder galvanischen Metallierung wurde die Lösung gerührt.A reticulated nickel cathode was prepared as described in Example 1, except that after completion of electroless nickel plating, the cathode was immersed in an aqueous solution of 250 g / l nickel chloride hexahydrate and 50 g / l zinc chloride. This solution became 45 ° C The pH was adjusted to about 4.5 by the addition of HCl. Nickel and nickel Zinik anodes were placed in close proximity to the surfaces of the cathode assembly and approximately at a voltage of 2.00V 1 h, connected as an anode with respect to the cathode · During the electrolytic or galvanic metallization, the solution was stirred.

Im Anschluß an die galvanische Metallierung wurde dieFollowing the galvanic metallization was the

Kathoden-Baugruppe 1 Std» bei 75 0C in eine wäßrige Lösung von 200 g/l Natriumhydroxid getaucht«Cathode assembly immersed for 1 hr at 75 ° C. in an aqueous solution of 200 g / l sodium hydroxide.

Beispiel 3Example 3

Die Herstellungsschritte des Beispiels 1 wurden wiederholt, außer daß das galvanische Metallieren unter Verwendung einer wäßrigen Lösung durchgeführt wurde* die 265 g/l Kobaltchlorid-hexahydrat, 90 g/l Zinkchlorid und 30 g/l Borsäure enthielt, eine Temperatur von 50 0C aufwies undThe preparation steps of Example 1 were repeated except that the electrodeposition was carried out using an aqueous solution containing 265 g / l of cobalt chloride hexahydrate, 90 g / l of zinc chloride and 30 g / l of boric acid, having a temperature of 50 ° C and

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einen durch Zugabe von Salzsaure eingestellten pH-Wert von 4, Zinkanoden, die in einem Abstand von etwa 3,8 cm von der Oberfläche der Kathoden-Baugruppe angeordnet waren, wurden dgzu verwendet, bei einer Spannung von 0,6 V die Kathoden-Baugruppe in einem Zeitraum von 1 Std, zu verzinken«a pH of 4 set by the addition of hydrochloric acid, zinc anodes placed at a distance of about 3.8 cm from the surface of the cathode assembly were used, at a voltage of 0.6 V, the cathode assembly in a period of 1 hour, to galvanize «

Beispiel 4Example 4

Wie in Beispiel 1 beschrieben, wurde eine Kathoden-Baugruppe hergestellt, außer daß an Stelle des Stromverteilungs-Gitters aus Nickel eines aus Kupfer verwendet wurde· Durch stromloses Verkupfern wurde auf dem Polyurethan-Schaumstoff ein Kupferüberzug erzeugt, indem man die Kathoden-Baugruppe 5 Min« bei Raumtemperatur nacheinander in zwei Bäder eintauchte. Das erste Bad enthielt 10 g/l Zinnchlorid und 10 ml/1 Salzsäure (20 Be0)· Das zweite Bad enthielt 0,5 g/l Palladiumchlorid und 10 ml/1 Salzsäure (20 Be°). Nach jedem Bad wurde mit Wasser von Raumtemperatur gewaschen. Die Kathoden-Baugruppe wurde dann 20 Min, bei Raumtemperatur in eine handelsübliche Lösung zum stromlosen Verkupfern getaucht, die durch Vermischen zweier handelsüblicher Lösungen in einem Verhältnis von 1:1:8 mit Wasser bereitet worden war, und danach vorsichtig gewaschen.As described in Example 1, a cathode assembly was prepared except that one of copper was used instead of the current distribution grid. By electroless copper plating, a copper coating was formed on the polyurethane foam by placing the cathode assembly for 5 min «Immersed in two baths successively at room temperature. The first bath contained 10 g / l stannous chloride and 10 ml / 1 hydrochloric acid (20 Be 0 ). The second bath contained 0.5 g / l palladium chloride and 10 ml / 1 hydrochloric acid (20 Be °). After each bath, it was washed with room temperature water. The cathode assembly was then immersed in a commercial electroless copper plating solution at room temperature for 20 minutes, prepared by mixing two commercial solutions in a 1: 1: 8 ratio with water, and then gently washed.

Die Kathoden-Baugruppe wurde dann in ein Galvanisierbad eingetaucht, das eine wäßrige Lösung von 40 g/l Kupfer in Form von Kupfersulfat und 10 g/l Schwefelsäure enthielt, einen pH-Wert von 1 aufwies, der durch die Zugabe von Schwefelsäure aufrechterhalten wurde« und Raumtemperatur aufwies.The cathode assembly was then immersed in a plating bath containing an aqueous solution of 40 g / l copper in the form of copper sulfate and 10 g / l sulfuric acid, having a pH of 1 maintained by the addition of sulfuric acid. and room temperature.

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Die Kupferabscheidung wurde durchgeführt« indem man Kupferanoden 3,8 cm von der Oberfläche der Kathoden»Baugruppe entfernt anordnete und die Kathoden-Baugruppe gegenüber diesen Kupferanoden als Kathode schaltete« wonach man etwa 1 Std, eine Spannung von 1 1/2 V anlegte· Gegebenenfalls kann der Polyurethan-Schaumstoff« wie in Beispiel 1 angegeben« verascht werden« wenn etwa die halbe Galvanisierzeit verstrichen ist*The copper deposition was carried out by placing copper anodes 3,8 cm from the surface of the cathode assembly and switching the cathode assembly as a cathode opposite these copper anodes, followed by applying a voltage of 1 1/2 V for about 1 hour the polyurethane foam «can be ashed« as stated in example 1 if about half the plating time has elapsed *

Oa Kupfer als solches im Kathodenraum einer Chloralkalizelle außerordentlich korrodiert bzw, angegriffen wird, wurde die verkupferte Kathoden-Baugruppe anschließend wie in Beispiel 1 beschrieben, elektrolytisch vernickelt»Oa copper is extremely corroded as such in the cathode compartment of a chloralkali cell or is attacked, the copper-plated cathode assembly was then as described in Example 1, electrolytically nickel-plated »

Beispiel 5Example 5

Indem man eine Stromzuführung an ein Stromverteilung»» gitter, das wie in Beispiel 1 angegeben, aus Nickel war, anfügte, wurde eine Kathoden-Baugruppe hergestellt· Nach dem Erhitzen wurden das Stromverteilungsgitter und die Strom· zuführung wie in Beispiel 1 angegeben, in einen Polyurethan-Schaumstoff eingedrückt, wobei eine Schaumstoff- oder netzartige Kathoden-Baugruppe erhalten wurde·By attaching a power supply to a power distribution grid made of nickel as indicated in Example 1, a cathode assembly was fabricated. After heating, the power distribution grid and power supply were set as shown in Example 1 Pressed polyurethane foam, whereby a foam or mesh-like cathode assembly was obtained

Die Schaumstoff-Kathoden„Baugruppe wurde dann, wie in Beispiel 4 angegeben, stromlos verkupfert und anschließend ebenfalls, wie in Beispiel 4 angegeben, noch galvanisch verkupfert· Anschließend wurde auf die Schaumstoff-Kathoden-Baugruppe wie in Beispiel 1 beschrieben, auf galvanischem Wege ein Nickelüberzug aufgebracht·The foam cathode assembly was then, as stated in Example 4, electroless copper and then also, as indicated in Example 4, still electroplated copper · Subsequently, on the foam-cathode assembly as described in Example 1, by galvanic means Nickel coating applied ·

25β11.1983 - 30 - 62 576/1725 β 11.1983 - 30-62 576/17

» Anschließend wurde, wie in Beispiel 2 beschrieben, auf der netzartigen Kathoden-Baugruppe auf galvanischem Wege ein Überzug aus Nickel und Zink erzeugt«»Subsequently, as described in Example 2, a coating of nickel and zinc was produced by electroplating on the netlike cathode assembly.«

Beispiel 6Example 6

Wie in Beispiel 1 beschrieben, wurde eine Kathoden-Baugruppe hergestellt· Im Anschluß an den galvanisch erzeugten Nickelüberzug wurde auf die Kathode eine Palladiumoxid« Zirconiumoxid-Beschichtung aufgebracht« Das geschah so, daß man zuerst eine Aufschlämmung von 1,5 g Palladiumchlorid· Teilchen und 2 g Zirconylnitrat in 10 ml Wasser und 1 ml Essigsäure 2 Std« vermahlte, um das Palladiumchlorid zu stabilisieren und die Größe aller nicht gelösten Material-Teilchen zu vermindern. Diese Aufschlämmung wurde dann auf die vernickelte netzartige Kathoden-Baugruppe des Beispiels 1 aufgebürstet, die, wie in Beispiel 1 angegeben, verascht worden war« Der aufgebürstete Überzug und die Kathode wurden bei 125 0C 3 Min· erhitzt und dann bei 500 0C 7 Min· an der Luft gehärtet, wodurch das Palladiumchlorid in Palladiumoxid und das Zirconylnitrat in Zirconiumdioxid überführt wurden« Anschließend wurden 4 weitere Überzüge mit der Aufschlämmung aufgebracht und gehärtet. Bei einer alternativen Herstellungstechnik wurde bis zur Hälfte des Palladiumchlorids durch Kobalt und/oder Nickel ersetzt, wenn man die Kathode herstellte»A cathode assembly was fabricated as described in Example 1. Following the electroplated nickel coating, a palladium oxide "zirconia coating was applied to the cathode. This was accomplished by first forming a slurry of 1.5 grams of palladium chloride particles 2 g of zirconyl nitrate in 10 ml of water and 1 ml of acetic acid for 2 hours to stabilize the palladium chloride and reduce the size of all undissolved material particles. This slurry was then brushed onto the nickel plated net-like cathode assembly of Example 1, which had been ashed as indicated in Example 1. The brushed coating and cathode were heated at 125 ° C. for 3 minutes and then at 500 ° C. Cured in air to give the palladium chloride in palladium oxide and the zirconyl nitrate to zirconia. Next, 4 more coats of slurry were applied and cured. In an alternative manufacturing technique, up to half of the palladium chloride was replaced by cobalt and / or nickel when the cathode was manufactured »

Beispiel 7Example 7

Gemäß den Stufen des Beispiels 1 einschließlich der galvanischen Vernickelung wurde eine schaumstoff- oder netzarti-According to the steps of Example 1 including galvanic nickel plating, a foam or mesh

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ge Kathoden-Baugruppen hergestellt» Im Anschluß an die galvanische Vernickelung wurde die Schaumstoff-Kathoden-Baugruppe in ein Galvanisierbad getaucht, das 3,78 1 Wasser, 20 g Sulfaminsäure und 20 g Ruthenium in Form von Ruthenium· sulfamat enthielt« Das Bad wurde auf einer Temperatur zwischen 80 und 100 C gehalten und unter Verwendung von Platinanoden, die etwa 3,8 cm von der Oberfläche der Schaumstoff-Kathoden-Baugruppe angeordnet waren, wurde galvanisch ein Überzug aufgebracht·After cathodic nickel plating, the foam-cathode assembly was immersed in a plating bath containing 3.78 liters of water, 20 grams of sulfamic acid, and 20 grams of ruthenium sulfamate ruthenium a temperature between 80 and 100 C and a platinum coating was galvanically applied using platinum anodes, which were arranged about 3.8 cm from the surface of the foam-cathode assembly.

Bei einer als Kathode geschalteten Schaumstoff-Kathoden« Baugruppe floß zwischen den Platinanoden und der Schaumstoff-Kathoden-Baugruppe ein Strom einer Dichte von 0,15A cathode-connected foam-cathode assembly flowed between the platinum anodes and the foam-cathode assembly with a density of 0.15

2 A/cm bei einer Spannung von 1,75 V,2 A / cm at a voltage of 1.75 V,

Beispiel 8Example 8

Wie in Beispiel 1 einschließlich der galvanischen Vernickelung beschrieben, wurde eine Schaumstoff- oder netzartige Kathoden-Baugruppe hergestellt· Im Anschluß an die galvanische Vernickelung wurde die Schaumstoff-Kathoden-Baugruppe in eine gerührte Beschichtungslösung getaucht, die 5 ml H3Pt(SO3J2OH in 150 ml Wasser enthielt, und die unter Verwendung von IN-NaOH auf einen pH-Wert von 3 eingestellt war, und die ferner etwa 15 ml einer 30%igen Wasserstoffperoxidlösung enthielt« Die Schaurastoff-Kathoden-Baugruppe wurde etwa 1 Std« in diese peroxidhaltige Lösung eingetaucht, wobei der pH-Wert allmählich auf 1 absank« Der pH-Wert wurde dann unter Verwendung einer 1 N-Lauge wieder auf 3 §ingestellt, und die Lösung und die Kathoden-Baugruppe wurde unter Ruhren der peroxidhaltigen LösungAs described in Example 1, including galvanic nickel plating, a foam or net-like cathode assembly was prepared. Following galvanic nickel plating, the foam-cathode assembly was immersed in a stirred coating solution containing 5 ml of H 3 Pt (SO 3 J Containing 2 OH in 150 ml of water and adjusted to pH 3 using IN-NaOH, and also containing about 15 ml of a 30% hydrogen peroxide solution. "The Schaurastoff cathode assembly was about 1 hr." The pH was then returned to 3 ° using a 1N-liquor, and the solution and the cathode assembly were stirred to stir the peroxide-containing solution

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auf 80 0C erhitzt, bis die Blasenbildung durch das Peroxid aufhörte« Nach dem Waschen wurde dl© Schaumstoff»Kathoden-Baugruppe bei 125 bis 150 0C getrocknet,heated to 80 ° C. until the formation of bubbles by the peroxide ceased. After washing, the foam assembly was dried at 125 to 150 ° C.,

Beispiel i 9Example i 9

Wie in Beispiel 1 einschließlich der galvanischen Vernickelung beschrieben« wurde eine Schaumstoff-Kathoden-Baugruppe hergestellt« Wie in Beispiel 1 beschrieben, wurde eine Sinterung oder Veraschung durchgeführt« Im Anschluß an die elektrolytische Abscheidung von Nickel wurde durch Plasmaspritzen auf den Oberflächen der Schaumstoff-Kathoden-Baugruppe ein Aluminiumüberzug erzeugt· Die Baugruppe wurde dann bei 760 0C 8 Std« in einer Stickstoffatmosphäre wärmebehandelt, so daß es zu einer gegenseitigen Diffusion von Nickel und Aluminium kam. Bei der Verwendung einer derartigen Kathode in einer Chloralkali-Zelle würde das Aluminium aus der ineinander diffundierten Oberfläche durch das heiße NaOH, das in der Zelle enthalten ist, herausgelaugt· Durch dieses Laugen wird eine größere Oberfläche auf der Schaumstoff-Kathoden-Baugruppe geschaffen, als sie ohne eine solche Diffusion und Laugung erhalten werden könnte·As described in Example 1, including galvanic nickel plating, "a foam cathode assembly was made." As described in Example 1, sintering or incineration was carried out. "Following electrolytic deposition of nickel, plasma spattering on the surfaces of the foam cathodes The assembly was then heat treated at 760 ° C. for 8 hours in a nitrogen atmosphere so that mutual diffusion of nickel and aluminum occurred. When using such a cathode in a chlor-alkali cell, the aluminum would leach out of the interdigitated surface by the hot NaOH contained in the cell. This leaching creates a larger surface area on the foam-cathode assembly than it could be obtained without such diffusion and leaching

Beijtgiel_10Beijtgiel_10

Wie in Beispiel 1 angegeben, wurde eine schaumstoff~ oder. netzartige Kathoden-Baugruppe hergestellte außer daß das Galvanisieren so durchgeführt wurde, daß man die Schaumstoff-Kathoden-Baugruppe in eine wäßrige Lösung von 240 g/l Eisen(II)-sulfat mit einem pH«Wert von 2,8 bis 3,5 und einerAs indicated in Example 1, a foam or. net-like cathode assembly except that the electroplating was carried out so that the foam-cathode assembly in an aqueous solution of 240 g / l of iron (II) sulfate having a pH of 2.8 to 3.5 and one

25*11.1983 - 33 - 62 576/1725 * 11.1983 - 33 - 62 576/17

Temperatur zwischen 32 0C und 66 0C eintauchte,Die Kathoden* Baugruppe wurde dann gegenüber Eisenanoden, die etwa 3,8 cm von der Oberfläche der Kathoden-Baugruppe angeordnet worden waren« als Kathoden geschaltet* Die Erzeugung einesgalvanischen Überzugs wurde für einen Zeitraum zwischenTemperature between 32 0 C and 66 0 C was immersed, Cathode * assembly was then compared to iron anodes, which had been placed about 3.8 cm from the surface of the cathode assembly connected "as cathodes * The generation of a galvanic coating was for a time period between

2 22 2

1 und 3 Std. bei zwischen 0,04 A/cm und 0,11 A/cm durchgeführt* Während der galvanischen Oberzugsbildung wurde das Eisen(II)-sulfat-Bad gerührt, um die Ausbildung eines gleichförmigen Oberzugs auf der Schaumstoff-Kathoden-Baugruppe zu unterstützen·1 and 3 hrs. At between 0.04 A / cm and 0.11 A / cm. * During galvanic shaper formation, the ferrous sulfate bath was stirred to form a uniform topcoat on the foam cathode. To support the assembly

Beispiel 11Example 11

Wie in Beispiel 4 angegeben, wurde eine schaumstoff* oder netzartige Kathoden-Baugruppe hergestellt und anschließend wie in Beispiel 10 beschrieben, galvanisch mit einem Eisenüberzug versehen,As indicated in Example 4, a foam * or reticulated cathode assembly was prepared and then electroplated with an iron coating as described in Example 10,

Beispiel 12Example 12

Wie in Beispiel 1 beschrieben, wurde eine schaumstoff- oder netzartige Kathoden-Baugruppe hergestellt, einschließlich einer zwischengeschalteten Sinterung oder Veraschung während der galvanischen Abscheidung· Die Kathoden-Baugruppe wurde dann unter Verwendung einer Mischung aus 80 % Nickel, 10 % Molybdän und 10 % Aluminium plasmagespritzt· Das Molybdän und das Aluminium wurden dann in heißem Natriumhydroxid durch Verwendung in einer Chloralkali-Zelle herausgelaugt« Es wurde eine Kathoden-Baugruppe mit einer wesentlich vergrößerten Oberfläche erhalten.As described in Example 1, a foam or reticulated cathode assembly was fabricated, including intervening sintering or ashing during electrodeposition. The cathode assembly was then made using a mixture of 80 % nickel, 10 % molybdenum, and 10 % aluminum plasma sprayed · The molybdenum and aluminum were then leached out in hot sodium hydroxide by use in a chlor-alkali cell. "A cathode assembly having a substantially increased surface area was obtained.

25*11.1983 - 34 - ,62 576/1725 * 11.1983 - 34 -, 62 576/17

Beispiel 13Example 13

Beispiel 1 wurde wiederholt, außer daß als Ausgangsmaterial ein 1,25 cm dicker Polyurethan-Schaurostoff verwendet wurde, der durch Laminieren von 4 Lagen eines O4,32 cm dicken Schaume erzeugt worden war» Es wurde eine Struktur erhalten, die nicht von der des Beispiels 1 unterschieden werden konnte«Example 1 was repeated except that a 1.25 cm thick polyurethane Schaurostoff was used as the starting material, which had been produced by laminating 4 layers of O 4 , 32 cm thick foam »It obtained a structure that was not of the Example 1 could be distinguished «

Beispiel 14Example 14

Parallel zueinander wurden zwei Elektrolysezellen betrieben, Eine Zelle war mit einer Anode ausgerüstet, wie sie in Beispiel 1 hergestellt worden war* Die Kathode dieser ersten Zelle war eine perforierte Nickelplatte· Öle Zelle enthielt eine Scheidewand aus einem Kationenaustausch»^- terial, das für. die Verwendung in Chloralkali-Elektrolysezellen geeignet ist* Oie Zelle wurde mit einem wäßrigen Strom aus Natriumhydrogencarbonat und Natriumcarbonat in einem molaren Verhältnis von 1:1 gespeist«A cell was equipped with an anode as prepared in Example 1. The cathode of this first cell was a perforated plate of nickel. suitable for use in chlor-alkali electrolysis cells The cell was fed with an aqueous stream of sodium bicarbonate and sodium carbonate in a molar ratio of 1: 1

Die zweite Zelle war identisch ausgerüstet, außer daß die Kathode in der zweiten Zelle ein® poröse Schaumstoff« oder netzartige Kathode war, die gemäß Beispiel 1 hergestellt worden war» Diese zweite Zelle wurde mit den gleichen Ausgangsmaterialien betrieben wie die erste Zelle*The second cell was identically equipped except that the cathode in the second cell was a porous foam or reticulated cathode prepared according to Example 1. This second cell was operated with the same starting materials as the first cell.

In beiden Fällen waren die Elektroden im physikalischen Kontakt mit der Scheidewand* Die erste Zelle arbeitete beiIn both cases, the electrodes were in physical contact with the septum. The first cell worked

2 einer Spannung von 2,82 V bei einem Stromfluß von 0,15 A/cm ,2 a voltage of 2.82 V at a current flow of 0.15 A / cm,

25.11*1983 - 35 - 62 576/1725.11 * 1983 - 35 - 62 576/17

2 während die zweite Zelle bei 0,15 A/cm eine Spannung von2,63 V aufwies· Bei 0,31 A/cm betrug die Spannung der ersten Zelle 3,33 V, während die Spannung der zweiten Zelle 3,05 V betrug« Der Strom-Wirkungsgrad beider Zellen war innerhalb der Laboratoriums-Versuchsgenauigkeit gleich« Die zweite Zelle arbeitete infolge der Anwesenheit der netzartigen * oder Schaumstoff-Kathoden-Baugruppe aus Nickel bei einer beträchtlich niedrigeren Spannung, was bei der kommerziellen Verwendung zu einem niedrigeren Energieverbrauch für den Betrieb der Zelle führt» Die erfindungsgemäße netzartige oder Schaumstoff-Kathoden-Baugruppe brachte einen Betriebsvorteil von 200 mV bei 0,15 A/cm und von 280 mV bei 0,31 A/cm2,2, while the second cell had a voltage of 2.63 V at 0.15 A / cm. At 0.31 A / cm, the voltage of the first cell was 3.33 V, while the voltage of the second cell was 3.05 V. " The current efficiency of both cells was equal within laboratory experimental accuracy. The second cell operated at a significantly lower voltage due to the presence of the nickel mesh or foam cathode assembly, resulting in lower energy consumption for commercial use The cell-like or foam-cathode assembly of the present invention provided an operating advantage of 200 mV at 0.15 A / cm and 280 mV at 0.31 A / cm 2 ,

Beispiel 15Example 15

Parallel zueinander wurden zwei Elektrolysezellen betrieben· Eine Zelle enthielt eine aus einem Titari-Maschengeflecht mit rhombusförmigen Öffnungen von etwa 0,64 χ 0,32 cm hergestellte Anode, die mit einem elektrokatalytischen Oberzug für die Herstellung von Chlor überzogen war« der im allgemeinen Rutheniumoxid als Oberflächenüberzug enthielt· Die Kathode in dieser ersten Zelle wurde aus einem Nickel-Maschengeflecht gebildet, das rhombische Öffnungen aufwies, die ebenfalls eine Weite von etwa 0,64 χ 0,32 cm aufwiesen·Two electrolysis cells were operated in parallel with each other. One cell contained an anode made of a Titari mesh with rhombus-shaped openings of about 0.64-0.32 cm coated with an electrocatalytic topcoat for the production of chlorine, which is generally ruthenium oxide The cathode in this first cell was formed from a nickel mesh which had rhombic openings which also had a width of about 0.64 x 0.32 cm.

Die Zelle enthielt eine Scheidewand aus NAFION 295 vonThe cell contained a septum of NAFION 295 of

duPont, und sowohl die Anode als auch die Kathode wiesen einen engen Kontakt zu der Scheidewand auf« Derjenige RaumduPont, and both the anode and the cathode were in close contact with the septum on the room

der Elektrolysezelle, der die Anode enthielt, wurde mit einerthe electrolysis cell containing the anode was with a

25*11«1983 - 36 - 62 576/1725 * 11 «1983 - 36 - 62 576/17

Natriumchlorid-Lauge (170 g/lj, gespeist«Sodium chloride solution (170 g / lj, fed «

Die zweite Zelle des parallel betriebenen Paars war identisch ausgerüstet, außerdaß die verwendete Kathode eine gemäß Beispiel 1 hergestellte schaumstoff- oder netzartige Kathoden-Baugruppe war· Diese Kathode wies genau wie die Anode der zweiten Zelle einen innigen Kontakt zu der Scheidewand auf«The second cell of the parallel-operated pair was identically equipped except that the cathode used was a foam or net-like cathode assembly made according to Example 1. This cathode, like the anode of the second cell, had intimate contact with the septum.

Diese zweite Zelle wurde mit der gleichen Lösung gespeist wie die erste Zelle« Beide Zellen wurden bei einer Stromdichte von 0,31 A/cm Membranoberfläche betrieben, wobei in der ersten Zelle für die Elektrolyse 3,84 V erforderlich waren, während für die zweite Zelle 3,18 V benötigt wurden« Die Stromausbeute beider Zellen war äquivalent« Die Verwendung einer erfindungsgemäßen netzartigen Schaumstoff-Elektrode, die in der zweiten Chlor-Erzeugungszelle verwendet wurde« führte bei 0,31 A/cm zu einem Vorteil bei der Betriebsspannung von 660 mV«This second cell was fed the same solution as the first cell. Both cells were operated at a current density of 0.31 A / cm of membrane surface, with 3.84 V being required for the electrolysis in the first cell, while for the second cell 3.18V were needed. "The current efficiency of both cells was equivalent. Using a reticulated foam electrode of the invention used in the second chlorine generating cell resulted in an operating voltage advantage of 660 mV at 0.31 A / cm "

Beispiel 16Example 16

Parallel zueinander wurden zwei Zellen betrieben« Eine Zelle enthielt eine aus einem Titan-Maschengeflecht hergestellte Anode mit einem elektrokatalytischen Oberzug« der auf das Maschengeflecht aufgebracht war« Die Öffnungen des Geflechts betrugen etwa 0,32 χ 0,32 cm« Die Kathode in dieser ersten Zelle war aus einem Nickelgeflecht mit den gleichen Öffnungsdimensionen hergestellt« Die Anode und die Kathode befanden sich im Kontakt mit einer Kationenaustausch-Membran, die die beiden Elektroden voneinander trennte« Dem Zellraum,Two cells were operated parallel to each other. "One cell contained an anode made of a titanium mesh with an electrocatalytic topcoat attached to the mesh." The openings in the mesh were about 0.32 "0.32 cm." The cathode in this first The cell was made of a nickel mesh with the same opening dimensions. "The anode and cathode were in contact with a cation-exchange membrane that separated the two electrodes."

25.11*1983 .. - 37 - 62 576/1725.11 * 1983 .. - 37 - 62 576/17

der die Anode enthielt, wurde eine Natriumchlorid-Lauge mit einem Gehalt von 170 g/l Natriumchlorid zugeführt»which contained the anode, a sodium chloride solution containing 170 g / l of sodium chloride was added »

Die zweite Zelle dieses parallel betriebenen Zellenpaares enthielt eine identische Anode und eine identische Scheidewand, war jedoch unter Verwendung einer gemäß Beispiel 1 hergestellten Schaumstoff« oder netzartigen Kathoden-Baugruppe aus Nickel hergestellt* Diese zweite Zelle wurde mit einer identischen Lösung wie die erste Zelle gespeist«The second cell of this cell pair operated in parallel contained an identical anode and an identical septum, but was made of nickel using a foam or net-like cathode assembly made according to Example 1. This second cell was fed with an identical solution as the first cell.

Während die erste Zelle bei einer an der Scheidewand ge-While the first cell in a septum at the

messenen Stromdichte von etwa 0,3 A/cm bei der Erzeugung von Chlor eine Spannung von 3,28 V aufwies, wurde in derzweiten ZeUe eine Betriebsspannung von 3,13 V bei einer identischen Stromdichte erreicht« Die Stromausbeute der Zellen waren identisch«measured current density of about 0.3 A / cm in the generation of chlorine had a voltage of 3.28 V, in the second cell an operating voltage of 3.13 V was achieved with an identical current density "The current efficiency of the cells were identical"

Beispiel 17Example 17

Parallel zueinander wurden zwei Zellen betrieben« In einer Zelle war die Anode eine poröse netzartige Schaumstoff-Anode, die analog Beispiel 1 hergestellt worden war« Die erste Zelle enthielt eine Kathode, die aus einer perforierten Nickelplatte hergestellt worden war« Die schaumstoff- oder netzartige Anoden-Baugruppe und die Nickelplatte wiesen einen engen Kontakt zu einer mikroporösen Scheidewand aus Polypropylen auf« Dieser Zelle wurden 300 g/l Natriumcarbonat zugeführt«In a cell, the anode was a porous reticulated foam anode prepared analogously to Example 1. "The first cell contained a cathode made from a perforated nickel plate." The foam or net-like anodes Assembly and the nickel plate were in close contact with a microporous polypropylene septum. "300 g / l sodium carbonate was added to this cell."

Die zweite Zelle enthielt eine identische Anode und eine identische Scheidewand, jedoch eine schaumstoff- oder netz-The second cell contained an identical anode and an identical septum, but a foam or mesh

25.11·1983 - 38 - 62 576/1725.11 · 1983 - 38 - 62 576/17

artige Kathoden-Baugruppe/ die sich in Kontakt mit der Scheidewand befand, wobei die schaumstoff- oder netzartige Kathode gemäß Beispiel 1 hergestellt war* Dieser zweitensimilar cathode assembly / was in contact with the septum, wherein the foam or mesh-like cathode was prepared according to Example 1 * This second

Zelle wurde eine identische Lösung zugeführt« Während dieCell was given an identical solution

erste ZeIb bei einer Stromdichte von 0,15 A/cm bei einerSpannung von 2,72 V arbeitete, wurde in der zweiten Zelle bei einer identischen Stromdichte eine Betriebsspannung von 2,44 V erreicht« Innerhalb der experimentellen Fehlerbreite waren die Stromausbeuten der beiden Zellen gleich« Die Zelle unter Verwendung der netzartigen Kathode lieferte einen Betriebsvorteil von 280 mV gegenüber einer identischen Zelle, die ohne die netzartige Kathode betrieben wurde·the first cell operated at a current density of 0.15 A / cm at a voltage of 2.72 V, an operating voltage of 2.44 V was achieved in the second cell at an identical current density. "Within the experimental error width, the current efficiencies of the two cells were the same The cell using the net-like cathode provided an operating advantage of 280 mV over an identical cell operated without the net-like cathode.

Beispiel 18Example 18

Parallel wurden zwei Zellen betrieben« Die erste Zelle enthielt eine Kathode, die aus einer perforierten Nickelplatte bestand und die einen innigen Kontakt zu einer porösen keramischen Aluminiumoxid-Trennwand aufwies« Die Anode dieser ersten Zelle war ein Blatt aus einem Titanmetall-Maschengeflecht mit Öffnungen einer Weite von etwa 0,64 χ 0,32 cm und mit einem Oberzug, der nützlich ist, wenn gewünscht wird, daß Sauerstoff freigesetzt wird« Diese erste Zelle wurde mit 300 g/l Natriumcarbonat gespeist«Two cells were operated in parallel. "The first cell contained a cathode made of a perforated nickel plate that had intimate contact with a porous ceramic alumina partition." The anode of this first cell was a sheet of titanium metal mesh with openings of a width 0.64 χ 0.32 cm and with a top coat useful when it is desired to release oxygen. "This first cell was fed with 300 g / L sodium carbonate."

Die zweite Zelle wurde in einer identischen Ausrüstung wie die erste Zelle betrieben, außer daß die Anode der zweiten Zelle eine schaumstoff- oder netzartige Anode war, die analog Beispiel 1 hergestellt worden war« Diese zweite ZelleThe second cell was operated in equipment identical to the first cell, except that the anode of the second cell was a foam or reticulated anode prepared analogously to Example 1. This second cell

25.11.1983 - 39 - 62 576/1725.11.1983 - 39 - 62 576/17

wurde mit der gleichen Lösung wie die erste gespeist.was fed with the same solution as the first one.

Während die erste Zelle bei einer Stromdichte vonWhile the first cell at a current density of

2 0,15 A/cm bei einer Betriebsspannung von 3,4 V arbeitete,arbeitete die zweite Zelle, in der die schaumstoff- oder netzartige Anoden-Baugruppe verwendet wurde, bei einer identischen Stromdichte bei einer Spannung von 2,72 V. Die Stromausbeute der beiden Zellen war innerhalb der experimentellen Fehlerbreite identisch. Die zweite Zelle, bei der eine schaumstoff- oder netzartige Anoden-Baugruppe im Kontakt mit der Scheidewand verwendet wurde, lieferte einen Betriebsvorteil von 0,680 V gegenüber einer Anode aus einer perforierten Nickelplatte, die sich ebenfalls in Kontakt mit der Scheidewand befand.2 0.15 A / cm at an operating voltage of 3.4 V, the second cell in which the foam or mesh anode assembly was used operated at an identical current density at a voltage of 2.72 V. The current efficiency the two cells were identical within the experimental error width. The second cell, which used a foam or mesh-like anode assembly in contact with the septum, provided a 0.680 V operating advantage over an anode made of a perforated nickel plate that was also in contact with the septum.

Claims (15)

25#11·1983 - 40 - 62 576/1725 # 11 · 1983 - 40 - 62 576/17 Erfindungsanspruchinvention claim 1« Elektrolysezelle mit durch eine Scheidewand voneinander getrennten Anoden« und Kathodenfäumen, gekennzeichnet dadurch, daß sie mindestens eine Elektroden-Baugruppe aufweist, die umfaßt:1 electrolytic cell with an anode separated by a septum and cathode walls, characterized in that it comprises at least one electrode assembly comprising a) eine offenporige netzartige primäre Elektrode, die einen der Elektrodenräume wenigstens teilweise füllt und einen erheblichen physikalischen Kontakt zu der Scheidewand aufweist*a) an open-pored net-like primary electrode which at least partially fills one of the electrode spaces and has a considerable physical contact with the septum * b) eine Stromzuführung« die intermetallisch so an die Elektrode gebunden ist« daß der elektrische Widerstand zwischen der Stromzuführung und der Elektrode bei der Versorgung der Elektrode mit Strom vernachlässigbar ist, undb) a power supply "which is intermetallically bonded to the electrode" that the electrical resistance between the power supply and the electrode in the supply of the electrode is negligible with power, and c) Umwälzmittel, die eine Zirkulation des Elektrolyten in den Elektrodenraum hinein und aus diesem heraus ermöglichen«c) circulation means which allow a circulation of the electrolyte into and out of the electrode space « 2» Elektrolysezelle nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Elektrode eine Anode ist·2 »electrolytic cell according to item 1, characterized in that the electrode is an anode · 3» Elektrolysezelle mit durch eine Scheidewand getrennten Anoden- und Kathodenräumen, gekennzeichnet dadurch, daß sie eine Kathoden-Baugruppe umfaßt, die umfaßt:3 »An electrolytic cell having a septum-separated anode and cathode spaces, characterized by comprising a cathode assembly comprising: a) eine offenporige netzartige primäre kathode, die den Kathodenraum wenigstens teilweise ausfüllt und einen erheblichen phyeikaliscjnen Kontakt zu der Scheidewand ·.; ' aufweistj ' " ' ' ':y-:\':-r--·/1 ;- - [;',- ..,' -.. ' \ .,:" :.' -;.:; ';:;: : ,-v ' [ ' "' [ a) an open-pore net-like primary cathode, which at least partially fills the cathode space and a substantial phyeikaliscjnen contact with the septum ·. 'hasj '"''' : y- : \' : -r-- · / 1 ; - - [; ', - ..,' - .. '\.,:":.'-;.:;'; :; :: -v '['"'[ 25,11.1983 - 41 - 62 576/1725.11.1983 - 41 - 62 576/17 b) eine kathodische Stromzuführung« die intermetallisch so an die Kathode gebunden ist, daß der elektrische Widerstand zwischen der Stromzuführung und der Kathode bei der Versorgung der Kathode mit Strom vernachlässigbar ist« und lb) a cathodic power supply "which is intermetallically bonded to the cathode so that the electrical resistance between the power supply and the cathode when powering the cathode is negligible" and l c) Umwälzmittel, die eine Zirkulation des Elektrolytenc) circulating means, which is a circulation of the electrolyte in den Kathodenraum hinein und aus diesem heraus er- : möglichen«into and out of the cathode compartment " possible" 4, Elektrolysezelle, bei der die Anoden- und Kathodenräume in der Zelle durch eine Scheidewand getrennt sind, und wobei wenigstens eine Elektrode der Zelle einen erheblichen physikalischen Kontakt zu der Scheidewand aufweist, gekennzeichnet dadurch, daß sie eine Schmalspalt-Elektroden-Baugruppe aufweist, die umfaßt: 4, electrolytic cell, wherein the anode and cathode compartments in the cell are separated by a septum, and wherein at least one electrode of the cell has a substantial physical contact with the septum, characterized in that it comprises a narrow-gap electrode assembly, the comprising: a) wenigstens eine offenporige netzartige primäre Elektrode mit Poren einer Größe im Bereich von 1,27 «a) at least one open-pore reticulated primary electrode with pores of a size in the range of 1.27 " —2 —1-2 -1 10 mm bis 2,54 «10 mm, die einen erheblichenphysikalischen Kontakt zu der Scheidewand aufweist und wenigstens einen der Elektrodenräume der Elektrolysezelle im wesentlichen ausfüllt,10 mm to 2.54 "10 mm, which has considerable physical contact with the septum and substantially fills at least one of the electrode compartments of the electrolysis cell, b) eine Stromzuführung, die die Elektrode intermetallisch so mit einer elektrischen Stromquelle verbindet, daß der elektrische Widerstand zwischen der Stromzuführung und der Elektrode vernachlässigbar ist, undb) a power supply that intermetallically connects the electrode to an electrical power source so that the electrical resistance between the power supply and the electrode is negligible, and c) wenigstens einen Elektrolyt-Einlaß für die Einführung des Elektrolyten in die Elektrode und wenigstens einenc) at least one electrolyte inlet for the introduction of the electrolyte into the electrode and at least one 25,11.1983 - 42 - 62 576/1725.11.1983 - 42 - 62 576/17 Auslaß zur Entfernung des Katholyten aus der Elektrode, Outlet for removing the catholyte from the electrode, 5# Elektrolysezelle nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß» die Elektrode eine Anode ist·5 # electrolytic cell according to item 4, characterized in that »the electrode is an anode 6. Elektrolysezelle, bei der die Anoden- und Kathodenräume in der Zelle durch eine Scheidewand voneinander getrennt sind und bei der die Kathode in der Zelle einen erheblichen physikalischen Kontakt zu der Scheidewand aufweist ι gekennzeichnet dadurch, daß sie eine Schmalspalt-Kathoden-Baugruppe aufweistf die umfaßt:6. electrolysis cell, wherein the anode and cathode spaces in the cell are separated by a septum and in which the cathode in the cell has a significant physical contact with the septum ι characterized in that it has a narrow-gap cathode assembly f which includes: a) eine offenporige netzartige primäre Kathode mit Po- ren einer Größe im Bereich von 1,27 « 10" mm bis 2,54 , 10 mm, die einen erheblichen physikalischen Kontakt zu der Scheidewand aufweist und den Kathodenraum der Elektrolysezelle im wesentlichen ausfüllt,a) an open-pored reticulated primary cathode with polyvinyl ren a size in the range of 1.27 "10" mm to 2.54, 10 mm, which has a significant physical contact with the septum, and the cathode compartment of the electrolytic cell substantially fills, b) eine kathodische Stromzuführung, die die Kathode intermetallisch so mit einer Quelle für den elektrischen Strom verbindet, daß der elektrische Widerstand zwischen der Stromzuführung und de.r Elektrode vernachlässigbar ist, undb) a cathodic power supply interconnecting said cathode intermetallically with a source of electrical current such that the electrical resistance between said power supply and said electrode is negligible, and c) wenigstens einen Katholyt-Einlaß für die Einführung des Katholyten in die Kathode und wenigstens einen Katholyt-Auslaß zur Entfernung des Katholyten aus der Kathode,c) at least one catholyte inlet for introducing the catholyte into the cathode and at least one catholyte outlet for removing the catholyte from the cathode, 7, Verfahren zur Herstellung einer Elektroden-Baugruppe für eine Elektrolysezelle gemäß der Punkte 1 bis 6 mit durch7, a method for producing an electrode assembly for an electrolytic cell according to the items 1 to 6 with 25.11.1983 - 43 - 62 576/1725.11.1983 - 43 - 62 576/17 eine Scheidewand voneinander getrennten Anoden- und Kathodenräumen und mit wenigstens einem Einlaß und Auslaß für den Elektrolyten in bzw. aus den Elektrodenräumen, gekennzeichnet dadurch, daß es umfaßt: a septum of separate anode and cathode spaces and having at least one inlet and outlet for the electrolyte into and out of the electrode spaces, characterized in that it comprises: a) im wesentlichen vollständige Füllung wenigstens eines Elektrodenraumes mit einem offenporigen Kunststoff schaumstoff , wobei der Schaumstoff einen erheblichen physikalischen Kontakt zu der Scheidewand-Membran af weist,a) substantially complete filling of at least one electrode space with an open-cell plastic foam, wherein the foam has a considerable physical contact with the septum membrane af, b) Anordnung einer Stromzuführung aus einem elektrisch leitfähigen Metall an jedem schaumstoffgefüllten Elektrodenraum, wobei die Stromzuführung wenigstens teilweise in den Kunststoff-Schaumstoff eintaucht,b) arranging a power supply of an electrically conductive metal at each foam-filled electrode space, wherein the power supply is at least partially immersed in the plastic foam, c) Behandeln des offenporigen Kunststoff-Schaumstoffs mit einer Lösung für das stromlose Metallieren, bis sich auf dem Schaumstoff ein elektrisch leitfähiger überzug einer gewünschten Dicke ausgebildet hat,c) treating the open-celled plastic foam with a solution for electroless metallization until an electrically conductive coating of a desired thickness has formed on the foam, d) Schalten des Schaums als Kathode, undd) switching the foam as a cathode, and e) Durchleiten einer Galvanisierlösung durch die Schaumstoff-Elektrode, bis sich auf dem Schaum ein galvanisch abgeschiedener Überzug der gewünschten Dicke gebildet hat»e) passing a plating solution through the foam electrode until a galvanically deposited coating of the desired thickness has formed on the foam » 8, Verfahren nach Punkt 7, gekennzeichnet dadurch, daß der Schaumstoff während des Galvanisierens thermisch entfernt wird. 8, method according to item 7, characterized in that the foam is removed thermally during the galvanizing. 25.11.1983 - 44 - 62 576/1725.11.1983 - 44 - 62 576/17 9. Verfahren nach Punkt 7, gekennzeichnet dadurch, daß der Schaumstoff eine offene Porosität zwischen 1,27 , IG*" mm bis 2,54 , ΙΟ""1 mm aufweist,9. The method according to item 7, characterized in that the foam has an open porosity between 1.27, IG * "mm to 2.54, ΙΟ"" 1 mm, 10» Verfahren nach Punkt 7, gekennzeichnet dadurch, daß die Metallier-Lösungen auf der Schaumstoff-Kathode einen Überzug aus metallischem Nickel erzeugen.10 »method according to item 7, characterized in that the metallizing solutions on the foam cathode produce a coating of metallic nickel. 11. Verfahren zur Herstellung einer Elektroden-Baugruppe für eine Elektrolysezelle gemäß der Punkte 1 bis 6 mit durch eine Scheidewand voneinander getrennten Anoden- und Kathodenräumen und wenigstens einem Elektrolyt-Einlaß und Elektrolyt-Auslaß in jedem Elektrodenraum, gekennzeichnet dadurch, daß es umfaßt:11. A method for producing an electrode assembly for an electrolytic cell according to the items 1 to 6 with separated by a septum anode and cathode spaces and at least one electrolyte inlet and electrolyte outlet in each electrode space, characterized in that it comprises: a) im wesentlichen vollständige Füllung wenigstens eines Elektrodenraums mit einem offenporigen leitfähigen Kunststoff-Schaumstoff, wobei dieser Schaumstoff einen erheblichen physikalischen Kontakt zu der Scheidewand-Membran aufweist,a) substantially complete filling of at least one electrode space with an open-pored conductive plastic foam, said foam having a considerable physical contact with the septum membrane, b) Anordnung einer Stromzuführung aus einem leitfähigen Metall an jedem mit Schaumstoff gefüllten Elektrodenraum, wobei die Stromzuführung wenigstens teilweise in den Kunststoff-Schaumstoff eintaucht,b) arranging a current supply of a conductive metal at each foam-filled electrode space, wherein the power supply is at least partially immersed in the plastic foam, c) Schalten des Schaumstoffs als Kathode, undc) switching the foam as a cathode, and d) Behandlung der Schaumetoff-Elektrode mit einer Galvanisierlösung, bis sich auf dem Schaumstoff eind) Treatment of the foam electrode with a plating solution until it settles on the foam 25.11.1983 - 45 - 62 576/1725.11.1983 - 45 - 62 576/17 galvanisch erzeugter Überzug der gewünschten Dicke gebildet hat.formed galvanically coated coating of the desired thickness. 12. Verfahren nach Punkt 11, gekennzeichnet dadurch, daß der Schaumstoff zum Typ eines mit einer elektrisch leitfähigen Substanz imprägnierten Schaumstoffs gehört« 12. The method according to item 11, characterized in that the foam belongs to the type of a foam impregnated with an electrically conductive substance « 13. Verfahren nach Punkt 11, gekennzeichnet dadurch, daß die Schaumstoff-Kathode zur Abscheidung eines gewünschten Metallüberzugs auf der Schaumstoff-Kathode mit einer Lösung für das stromlose Metallieren behandelt wird, bevor sie als Kathode geschaltet wird.13. The method according to item 11, characterized in that the foam cathode is treated to deposit a desired metal coating on the foam cathode with a solution for electroless plating before being switched as a cathode. 14# Verfahren nach Punkt 7 oder 11, gekennzeichnet dadurch, daß die Galvanisierlösung einen wesentlichen Gehalt an Nickelionen zur galvanischen Nickelabscheidung auf der Schaumstoff-Kathode enthält. # 14 The method of item 7 or 11, characterized in that the plating solution contains a substantial amount of nickel ions for the electrolytic deposition of nickel on the foam cathode. 15. Verfahren nach Punkt 7 oder 11, gekennzeichnet dadurch, daß die Scheidewand eine Membran ist, die im Hinblick auf eine Flüssigkeitsbewegung zwischen den Elektrodenräumen hydraulisch undurchlässig ist, die jedoch einen leichten Durchtritt von Kationen aus einem Elektrodenraum in den anderen gestattet.15. The method according to item 7 or 11, characterized in that the septum is a membrane which is hydraulically impermeable to fluid movement between the electrode compartments but which permits easy passage of cations from one electrode compartment to the other. 16. Verfahren nach Punkt 15, gekennzeichnet dadurch, daß die Membran einen wesentlichen Anteil eines Perfluorkohlenstoff-Copolymeren mit Kationen-Austauschgruppen auf Sulfonyl- oder Carbonyl-Basis enthält.16. The method according to item 15, characterized in that the membrane contains a substantial proportion of a perfluorocarbon copolymer with sulfonyl or carbonyl cation exchange groups. 25.11.1983 - 46 - 62 576/1725.11.1983 - 46 - 62 576/17 ί ;.ί; 17. Elektrolysezelle nach einem äer Punkte 1, 2, 3,.4, 5 und 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Scheidewand eine Membran ist, die im Hinblick auf eine Flüssigkeitsbewegung zwischen den Elektrodenräumen hydraulisch undurchlässig ist, die jedoch den freien Durchtritt von Kationen aus einem Elektrodenraum in den anderen gestattet. 17. electrolytic cell according to a äer points 1, 2, 3, .4, 5 and 6, characterized in that the septum is a membrane which is hydraulically impermeable to fluid movement between the electrode spaces, but the free passage of cations allowed from one electrode space to the other. 18* Elektrolysezelle nach Punkt 17, gekennzeichnet dadurch, daß die Membran einen wesentlichen Anteil eines Pe.rfluorkohlenstoff-Copolymeren mit Kationenaustauschgruppen auf Sulfonyl- oder Carbonyl-Basis enthält,18 * electrolysis cell according to item 17, characterized in that the membrane contains a substantial proportion of a sulfonyl or carbonyl-based copolymer of perfluorocarbon with cation exchange groups, 19. Verfahren nach Punkt 7 oder 11, gekennzeichnet dadurch, daß die Stromzuführung dadurch in den Schaumstoff eingeführt wird, daß man sie erhitzt und in den Schaumstoff eintaucht.19. The method according to item 7 or 11, characterized in that the power supply is introduced into the foam by being heated and immersed in the foam. 20. Verfahren zur Herstellung einer Kathoden-Baugruppe für eine elektro-chemische Zelle gemäß der Punkte 1 bis 6 mit durch eine Scheidewand voneinander getrennten Anoden- und Kathodenräumen und wenigstens einem Einlaß sowie wenigstens einem Auslaß für den Katholyten, gekennzeichnet dadurch, daß es umfaßt:20. A method for producing a cathode assembly for an electrochemical cell according to the items 1 to 6 with separated by a septum anode and cathode spaces and at least one inlet and at least one outlet for the catholyte, characterized in that it comprises: a) Auswahl eines porösen retikulierten Schaumstoff-Materials als Kathodenmaterial und Einpassen des Schaumstoffs in den Kathodenraum der Elektrolysezelle, so daß der Schaumstoff den Kathodenraum im wesentlichen ausfüllt und sich in einem erheblichen physikalischen Kontakt mit der Scheidewand befindet,a) selecting a porous reticulated foam material as the cathode material and fitting the foam into the cathode compartment of the electrolytic cell such that the foam substantially fills the cathode compartment and is in substantial physical contact with the septum, 25.11.1983 - 47 - 62 576/1725.11.1983 - 47 - 62 576/17 b) Leitfähigmachen des Schaumstoffs,b) rendering the foam conductive c) Anordnung einer Kathodenstrom-Zuführung und Herstellen eines elektrischen Kontakts dieser Zuführung mit der Schaumstoff-Kathode, undc) arranging a cathode current supply and establishing an electrical contact of this supply with the foam cathode, and d) galvanische Abscheidung eines Kathodenmotalls auf der Schaumstoff-Kathode.d) electrodeposition of a Kathodenmotalls on the S c haumstoff cathode. Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing
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