DD285122B5 - Elektrolysezelle fuer gasentwickelnde elektrolytische Prozesse - Google Patents

Description

Dio DE-OS 3625506 offenbart βίηο Elektrode mit einer Anzahl im wesentlichen waagerechter, rechteckiger Öffnungen, donon Brücken- odor Fahnenteile zugeordnet sind. Auch diese Elektrode kann die Ausbildung eines relativ großen Gasblasenanteils im Raum zwischen der Elektrode und der Membran nicht verhindern.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Entwicklung einer Elektrolysezelle mit Gasbildung an Anode und Kathode., die bei konstruktiv einfachem Aufbau eine erhöhte Effektivität des elektronischen Prozesses gewährleistet.

Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, eine Elektrolysezelle mit Gasbildung an Anode und Kathode, vorzugsweise im gemeinsamen Elektrolyten, zu entwickeln, die wesentlich verringerte Ohm'sche Leistungsverluste aufweist, und hinreichende gastrennenda Eigenschaften aufweist, durch die für bestimmte Anwendungsfälle auf die Vorwendung von trennenden Membranen, Diaphragmen oder dgl. zwischen Anode und Kathode verzichtet werden kann. Gleichzeitig soll die Gasblascnbelastung des Elektrolyten im Reaktionsraum, d.h. im Raum zwischen Anode und Kathode, auch bei gesteigerter Stromdichtebelastung erheblich verringert werden.

Diese Aufgabe wird orfindungsgemäß entsprechend den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Vorzugsweise sind dio Elektrodenelomente dünne Lamellen, Bänder oder Folien mit einer Dicke bis zum 3fachen eines mittleren Gasblasen-Ablösedurchmessors.

Als Blasenablösedurchmesser gilt der Durchmesser einer sich von ihrem Bildungskeim entfernenden Blase unter den gegebenen realen Prozeßbedingungen in einer Elektrolysezelle der erfindungsgomäßen Bauart. Als eino sich von ihrem Bildungskeim entfernende Gasblase soll auch diejenige angesehen werden, die sich infolge der Adhäsion auf der Elektrodenoberflächo bewegt. Auch der Abstand der einander zugewandten Stirnflächen von Anode und Kathode entspricht mindestens dem 3fachen dos mittleren Blasenablösedurchmessors. Die die Elektroden seitlich begrenzenden Elemente sowie der untere Abschluß der Elektroden weisen zur inneren Wandung des Zellengf !läuses höchstens einen den Kapillareffekt hervorrufenden Spalt auf. Im oberen Zellenbereich sind die Elektroden gasdicht abgedichtet, so daß eine Vermischung der in den Entgasungsräumen der Elektrolysezelle aufsteigenden Gase verhindort wird.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird gewährleistet, daß die Kapillarwirkung der Elektroden, ausgehend von dem Bereich zwischen den Elektrodenelementen, auch die auf den (zumeist abgerundeten) Stirnflächen gebildeten Gasblasen beeinflußt und selbst dann in den Kapillarspalt hineinsaugt, wenn zwischen der Elektrode und einer Membran ein Abstand belassen wurde. Die Breite der Elektrodenelemente ist vorzugsweise wesentlich größer als deren Dicke und beträgt bevorzugt mindestens das TOfache der Breite des Kapillarspaltes. Dadurch wird in der Elektrode ein zweidimensional wirkendes kapillares System geschaffen, das das Eintragen von Turbulenzen aus dem Entgasungsraum des Elektrolyten in den Reaktionsraum zwischen den Elektroden bzw. zwischen Elektrode und Membran verhindert. Eine Beeinflussung bzw. Störung des Blasenbildungsprozesses und des Blasentransportes in den Kapillarspalt ist damit ausgeschlossen. Der Gastransport durch die Elektrode erfolgt gerichtet, bevorzugt quer zur Elektrodenebene, über die nur sehr geringe Strecke entsprechender Breite der Elektrodenelemente. Ursache hierfür ist die erhebliche relative Volumenvergrößerung im Reaktionsraum infolge des Blasenbildungsprozcsses. Dies führt dort zu einer Druckerhöhung und Verdrängungsreaktion. In gleichem Maße, wie das Gas aus dem Reaktionsraum und der Elektrode gedrängt wird, strömt Elektrolyt durch den Kapillarspalt turbulenzfrei zu -Jen reaktiven Flächen der Elektrode nach. Der hohe Elektrolytaustausch verhindert die Verarmung des Elektrolyten auch in seiner Grenzschicht, da der Flüssigkeitstransport aufgrund der Kapillarkräfte unmittelbar auf der Elektrodenoberfläche erfolgt. Die charakteristischen Strömungsbedingungen im Kapillarspalt verhindern weitestg6hend oine vertikale Bewegung der Gasblasen.

Um ein Koagulieren von Gasblasen zu verhindern, die an entgegengesetzt gepolten Elektroden entstehen, wird zwischen den Elektroden vorzugsweise mindestens ein dem 3fachen Blasenablösedurchmesser entsprechender Abstand vorgesehen. Diese Maßnahme wirkt einer Verunreinigung der in den Entgasungsräumen aufsteigenden Gasbiasen sowie der Mischgasbildung im Reaktionsraum entgegen. Die Koagulation von Gasblasen stellt die Hauptursache für die Bildung von Mischgas dar.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung verwendet zwischen Anode und Kathode ein dielektrisches, elektrolytbeständiges Distanzelement, das insbesondere die Struktur eines Netzes, von Waben oder großmaschigem Gewebe aufweisen kann. Das Distanzelement garantiert entsprechend seiner Dicke die kurzschlußsichere Fixierung von Anode und Kathode in geringem Abstand. Die hoho Flexibilität der an sich mechanisch stark belastbaren Elektrodenstruktur gewährleistet einen allseitig gleichmäßigen Elektrodenabstand.

Darüber hinaus wird der Reaktionsraum vom Distanzelement in eine Vielzahl von kleinen Reaktionszellen unterteilt.

Strömungsbedingte Störungen und die Bildung von Mischgas können praktisch nicht mehr auftreten.

Durch die Erfindung wird ein Zellenaufbau geschaffen, der die Elektrolysezelle hydraulisch durch entsprechend aktiv wirkende Elektroden (Kapillarspaltelektroden) in einen gemeinsamen Reaktionsraum und getrennte Entgasungsräume unterteilt. Die Verbindung zwischen dem Reaktionsraum zwischen Anode und Kathode und den Entgasungsräumen ist ausschließlich durch Kapillarspalte gebildet, so daß durch den Elektrolyttransport keine strömungsbedingten Störungen auftreten können, die möglicherweise zum Ablösen von Gasblasen von der Elektrodenreaktionsfläche und zur Wanderung der Gasblasen in den Reaktionsraum hineinführen könnten.

Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgagenstandes sind in den übrigen Unteransprüchen dargelegt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles sowie der Figuren näher erläutert. Es stellen dar

Fig. 1: Anode und Kathode einer Elektrolysezelle mit zwischenliegendem Distanzelement (M: ca. 1:1) Fig. 2: einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Elektrolysezelle mit Kapillarspaltelektroden Fig. 3: einen vergrößerten Ausschnitt A einer Kapillarspaltelektrode nach Fig. 1.

In Fig. 2 ist der prinzipielle Aufbau eines Ausführungsbeispieles einer Elektrolysezelle dargestellt. Sie besitzt in dieser Ausführungsform kein Distanzelement zwischen Anode und Kathode, jedoch zur Verdeutlichung des Weges der Gasblasen 6 und der Gasblasenverteilung einen verhältnismäßig großen Elektrodenabstand und breite Entgasungsräume 10,11. Eine der wesentlichsten Voraussetzungen für die Wirkung und das Funktionieren der Elektrolysezelle sind die Anordnung und der Aufbau von Anode und Kathode als Kapillarspaltelektroden 8.

Unter Ausbildung von Kathode und Anode als Elektroden, deren Elektrodenelernente 1,2,3,4,5 voneinander unter Bildung eines die Kapillarwirkung hervorrufenden Kapillarspaltes 4 angeordnet sind, verwirklicht die Elektrolysezelle einen Zellenaufbau, der

die Elektrolysezelle hydraulisch durch entsprechend aktiv wirkende Kapillarspaltelektroden 8 in einen gemeinsamen Reaktionsraum 9 und getrennte Entgasungsräume 10,11 unterteilt. Die Verbindungen zwischen dom Reaktionsraum 9 und den Entgasungsraumen 10,11 werden ι usschließlich durch Kapillarspalte 4 gebildot, so daß durch den Elektrolyttransport koine strömungsbedingten Störungen auftreten können, die möglicherweise ansonsten zum Ablösen von Gasblasen von dor Elektrodenreaktionsfläche und deren Wanderung in den Reaktionsraum ö zwischen den Kapillarspaltelektroden 8 hineinführen konnte.

Jede Kapillarspaltolektrodo 8 ist aus zueinander parallel angeordneten Eloktrodenelementen 1 aufgebaut, deren Dicke 3 und Abstand 4 zueinander um ein bis zwei Größenordnungen geringer sind als bei bekannten Elektroden. Die Dicke 3 der Elemente 1, die Bänder, Folien, Lamellen ode,- dgl. sein können, beträgt höchstens das 3fache des mittleren Blasenablösedurchmessers. Zwischen den Elementen 1 ist ein den Kapillareffekt hervorrufender Kapillarspalt belassen. Die Fixierung der Elemente I zueinander kann beispielsweise durch mehrere die Elemente 1 durchdringende Drähte erfolgen. Zwischen den Elementen 1 können auf den Drähten Abstandshalter zur Gewährleistung des Kapillarspaltes 4 angeordnet sein. Diese Maßnahmen erlauben die einfache Bereitstellung einer in ihrer Breite festgelegten transportierbaren und montierbaron Kapillarspaltelektrode 8.

Besonders wirtschaftlich ist die Herstellung von Elementen 1 aus glasmetallischen Folienbändern, die nach dem Schmelzspinnverfahren erzeugt wurden. Sie besitzen glatte Oberflächen und Kanten und weisen meistens eine Dicke 3 von 20(Jm bis 100μιη auf. Der bevorzugte Bereich der Elementendicke liegt um 40pm; die Breita 5 der Bänder beträgt ca. 5mm. Bei Verwendung von ca. 40 Elementen 1 je Zentimeter stellt sich ein durchschnittlicher Kapillarspalt 4 von 0,2 mm Breite ein. Eine Elektrode 8 aus einer Vielzahl an sich sehr flexibler (Einzel-)Elemente 1 stellt in der beschriebenen dichten Packung ein mechanisch hochbelastbares und dennoch an eine ebene Fläche vollständig anschmiegbaros Gebilde dar. An diese Flächen müssen keine hohen Anforderungen hinsichtlich Ebenheit, Verwerfung u.a. gestellt werden.

Fig. 1 zeigt eine Anode und eine Kathode mit zwischenliegondem Distanzelement 7. Die Kapillarspaltelektrodenstruktur erlaubt großflächig einen konstanten und geringen Elektrodenabstand, welcher der Dicke des Distanzelementes 7 entspricht. Außerdem gewährleistet die Anschmiegsamkeit dieser Elektrodenstruktur, daß eine Beschädigung dos Distanzelementes 7 verhindert wird. Fig. 3 zeigt einen maßstäblich vergrößerten Ausschnitt der Kapillarspaltelektrode 8. Die verwendeten Elemente 1 besitzen eine Dicke 3 vonca.30pm und eine Breite 5 von ca. 5mm. Der Spalt 4 zwischen den Elementen 1 entspricht etwa 200μιη. Die hervorgehobenen Flächen 2 der Elemente 1 (s. Fig.3) stellen die Breite mit hoher elektrolytischer Reaktivität dar. Ihr f lächonspezifischer Umsatz entspricht ungefähr dem auf den Stirnflächen der Elemente 1. Diese reaktionsstarken, am Umsat« wesentlich beteiligten Flächen 2 erstrecken sich quer zur Elektrodenebene auf einer Tiefe, die etwa der Breite des Spaltes 4 entspricht. Zur besseren Darstellbarkeit wurde die Breite des Spaltes 4 im Vergleich zur Dicke 3 und Breite 5 der Elemente 1 auf das 3fache gestreckt.

Die hohe Anzahl der Elemente 1 der Elektrode 8 (ca. 40 bis 50 Elemente 1 je cm) stellt eine im Vergleich zum bekannten Stand der Technik hochgradige Vergleichmäßigung der Eiektrodonoberfläche dar. Verbunden damit ist eine adäquate Vergleichmäßigung des elektrischen Feldes sowie der Stromdichtebelastung. Folglich wird eine Überlastung (und damit frühzeitiger Verschleiß) der elektrokatalytischen Beschichtung vermieden. Darübor hinaus ist es gelungen, die an der Reaktion beteiligte Fläche auf einen Wert größer der Konstruktionsfläche zu steigern. Unter günstigen Bedingungen kann das Verhältnis von aktiver Reaktionsfläche zu Konstruktionsfläche um den Wert 2 liegen.

Die an den Stirnflächen und den reaktiven Flächen 2 der Elemente 1 gebildeten Gasblasen 6 (s. Fig.3) befinden sich im Einflußbereich des Kapillarspaltes 4. Infolge der Gasblasenbildung kommt es im Reaktionsraum 9 zu einem Druckaufbau, welcher die Ursache für den Gastransport bevorzugt quer zur Elektrodenebene darstellt und gleichzeitig eine Erhöhung des Eloktrolytpegeis im Entgasungsraum 11 bewirkt. In Fig.3 wird der Weg einer Gasblase 6 durch die Kapillarspaltelektrode 8 gezeigt. In gleichem Maße wird der Elektrolyt zwischen den Entgasungsräumen 11 und dem Reaktionsraum 9 ausgetauscht. Hieraus folgt, daß der Elektrolytaustausch umso intensiver ist, je kleiner (schmaler) der Reaktionsraum 9 (der Elektrodenabstand) ist.

Die aus den Entgasungsraumen 10,11 der Elektrolysezelle abgezogenen Gase besitzen einen sehr hohen Reinheitsgrad; er ist mit dem von in Membranzellen gewonnenen Gasen vergleichbar. Gasblasen, die sich dennoch von der Kapillarspaltelektrode 8 entfernen und in den Reaktionsraum 9 nineinwandern, führen zu einer unbedeutenden Mischgasbildung. Diese Blasen können nicht nur zur Verunreinigung des Roingases führen, da sie noch vor dem Erreichen der Gegenelektrode mit den dort gebildeten Blasen koagulieren würden. Ihr Blasendurchmesser wäre dann für den Transport durch einen Kapillarspalt 4 der Kapillarspaltelektrode 8 oder im Abdichtungsbereich zur Gehäusewand zu groß. Die Trennung der Reingase im oberen Zellenbereich erfolgt durch eine oder mehrere Abschottungen 12,13, die unter den Flüssigkeitsspiegel abgetaucht sind. Bei Vorwendung eines Distanzelementes 7 ist es zweckmäßig, den zur gasdichten Abschottung vorgesehenen Bereich zu versiegeln. Die netz-, gewebe- oder wabenartig strukturierten Distanzelemente 7 erlauben keine Mischgasbildung mehr. Die besonders gleichmäßige Strukturierung der Kapillarspaltelektroden 8 führt zu einem hohen Reinheitsgrad der entstehenden Gase.

Claims (17)

1. Elektrolysezelle für gasentwickelnde elektrolytische Prozesse mit Anode und Kathode als Elektroden, bestehend aus einer Vielzahl zueinander im wesentlichen parallel angeordneter Elemente, insbesondere zur Wasserelektrolyse, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden Kapillarspaltelektroden (8) sind, deren Elemente (1) zueinander unter Belassung eines den Kapillareffekt hervorrufenden und einen Gastransport gestattenden Kapillarspaltes (4) angeordnet sinci.

2. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Kapillarspaltelektrode (8) ausgebildete Anode und Kathode durch zumindest ein Trennelement (7), beabstandet sind.

3. Elektrolysezelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an die Kapillarspaltelektroden (8) ein Entgasungsraum (10,11) für den Elektrolyten vorgesehen ist.

4. Elektrolysezelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillarspaltelektroden (8) direkt spaltfrei (Null-Abstand) an dem Trennelement (7) anliegen.

5. Elektrolysezelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein Zellengehäuse mit Medienleitungen für Elektrolyt und Gas, wobei ein Reaktionsraum (9) zwischen Kathode und Anode zumindest an einer Oberseite zum Zellengehäuse abgedichtet ist.

6. Elektrolysezelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennelement zwischen Anode und Kathode eine Membran zumindest ein elektrolytbeständiges, dielektrisches Trennelement (7) ist, das als Netz oder grobmaschiges Gewebe ausgebildet ist oder eine Wabenstruktur aufweist.

7. Elektrolysezelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (1) dünne Lamellen, dünne Bänder oder dünne Folien sind.

8. Elektrolysezelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (1) eine Dicke bis zum Dreifachen eines mittleren Gasblasendurchmessers einer Gasblase (6) aufweisen, die sich unter den gegebenen Elektrolysebedingungen von einer Kapillarspaltelektrode (8) ablöst oder sich entlang der Elektrodenoberfläche bewegt.

9. Elektrolysezelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Anode und Kathode ein Kapillarspalt ist, dessen Weite mindestens dem Dreifachen eines mittleren Gasblasendurchmessers einer Gasblase (6) entspricht, die sich unter den gegebenen Elektrolysebedingungen von einer Kapillarspaltelektrode (8) ablöst oder sich entlang der Elektrodenoberfläche bewegt.

10. Elektrolysezelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Seiten- und/oder Bodenabstand der Kapillarspaltelektroden (8) zu den Seitenwänden oder dem Boden des Zellengehäuses ein den Kapillareffekt hervorrufender Kapillarspalt ist.

11. Elektrolysezelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Abstandshalter zur Gewährleistung des Kapillarspaltes (4) zwischen den Elementen (1) der Kapillarspaltelektroden (8) angeordnet sind.

12. Elektrolysezelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (1) aus glasmetallischen Folienbändern bestehen.

13. Elektrolysezelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Elemente (1) ca. 20 bis 100 pm, vorzugsweise 40 pm, beträgt.

14. Elektrolysezelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Kapillarspalt (4) zwischen den Elementen (1) der Kapillarspaltelektroden (8) ca. 200pm beträgt.

15. Elektrolysezelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (1) der Kapillarspaltelektroden (8) eine Breite (5) von ca. 5mm aufweisen.

16. Elektrolysezelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (1) jeweils einen hochreaktiven Randbereich (2) mit hoher elektrolytischer Reaktivität aufweisen, dessen Breite im wesentlichen der Breite des Kapillarspaltes (4) entspricht.

17. Elektrolysezelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Gastransport innerhalb der Kapülarspaltelektroden gerichtet erfolgt.

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Die Erfindung betrifft eine Elektrolysezelle mit Gasbildung an Anode und Kathode für elektrolytisch·} Prozesse, bei denen sich Anolyt und Katholyt vermischen dürfen. Sie ist geeigne·, eine Gastrennung ohne Membran zu gewährleisten und kann zur Elektrolyse von Wasser oder Salzsäure verwendet werden.

Es ist seit langem bekannt, zur Trennung der an den Elektroden gebildeten Gase Diaphragmen oder Membranen zu verwenden. Diese Trennelemente besitzen einen verhältnismäßig großen Ohrn'schen Widerstand, so daß die Gastrennung durch einen hohen energetischen Aufwand erkauft wird.

Es wird weiterhin angestrebt, eine möglichst gleichmäßig und fein strukturierte Elektrodenoborfläche zu realisieren, damit die Voraussetzungen für sin homogenes elektrisches Feld gegeben sind. Unstetigkeiten, wie z. B. Kanten, führen zu Fuldstärkeerhöhungon und damit zu einer ungleichmäßigen Elektrodenbelastung, die nicht nur energetische Verluste, sondern auch einen vorzeitigen Verschleiß des Elektrodenmaterials bzw. der elektrokatalytischen Beschichtung (sogenannte Coating) verursacht.

Wesentlich für die Gewährleistung eines optimalen Prozesses ist auch die Realisierung eines gleichmäßigen, geringen Elektrodenabstandes, ohne bei Verwendung von Membranen diese mechanisch stark zu beanspruchen oder gar zu beschädigen. Es sollte auch vermieden werden, daß Elektrodenelernento mit großer Dicke einen hohen Berührungsdruck auf die Membran ausübon und somit den Elektrolytfluß, bzw. den lonentransport durch das Porensystem der Membran merklich behindern. Zwei wichtige Grundtypen gasentwickelnder metallischer Elektroden sind bekannt: Zum einen verwendet man von Stromverteilern getragene, parallel angeordnete Profilstäbe, deren Querschnitt kreisförmig, elliptisch, tropfenförmig oder rechteckig ist (DE-OS 3008116, DE-OS 3325187, DE-PS 3519272, DE-OS 3519573). Aber auch U-förmige, in Abständen aneinandergereihte Schienen sind gemäß der DE-AS 1 271093 sowie der DE-OS 2445579, die Elektrodenelemetiie mit einem Abstand von z.B. 4mm aufweisen, bekannt.

Zum anderen sind perforierte Bieche mit vertikal und horizontal verlaufenden Schlitzen, mit bezüglich der Elektrodenobone abgewinkelten oder tiefgezogenen Segmenten, Lochblecholektroden und Gittorstreckmetallelektroden bekannt (DDPS 250026, DE-OS 3625506, DE-OS 2735238).

Vertreter des erstgenannten Grundtyps verwenden parallel angeordnete Elemente, die mit Stromverteilerschienen fest verbunden sind und einen tropfenförmigen Querschnitt (DE-OS 3325187) bzw. einen annähernd kreisförmigen Querschnitt (DE-OS 3008116) aufweisen. Der kreisförmige Querschnitt wurde durch Abtrennen von Segmenten, die in der Elektrodenebene liegen, modifiziert. Beide Elektroden sollen vorzugsweise für die Chloralkalielektrolyse in Amalgamzellen Anwendung finden. Nachteilig ist, daß die Elektroden keinen wesentlich verringerten Gasblasenbedeckungsgrad aufweisen. Der Abtransport des Gases erfolgt ausschließlich durch die Fluidströmung und den Auftrieb. Die besonderen Querschnittsgeometrien sind nicht geeignet, eine aktive Rolle beim Gastransport durch die Elektrode zu übernehmen. Zwar verhindern sie durch Vermeidung von Unstetigkeilsstellen eine Oberbeanspruchung der katalytischen Beschichtung, jedoch geschieht dies durch Inkaufnahme der Nachteile infolge der radiusbedingten ungleichmäßigen Abstände der Elektrodenflächen.

Die DE-OS 3519272 offenbart eine Elektrodenstruktur, die eine Vielzahl parallel angeordneter Elemente mit rechteckigem Querschnitt verwendet. Ein plattenförmiger Träger mit beidseitigen Ausbuchtungen dient der Befestigung der Elektrodenelemente und als Stromverteiler. Der Querschnitt der rechteckigen Elektrodenelemente soll ein Verhältnis von 1:5 aufweisen. Dcmit die Gasabzugsfahnen im Bereich des Spaltes nicht miteinander in Berührung kommen und verwirbeln, ist ein relativ großer Spalt zwischen benachbarten Elementen vorgesehen. Dies führt zu einer relativ geringen Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Konstruktionsfläche und zu einer ungleichmäßigen Elektrodenbelastung, insbesondere im Bereich der Kanten der rechteckigen Profile, wo mit einem erhöhten Verschleiß der katalytischen Beschichtung zu rechnen ist. Hie gewählte Form des Trägers der Elektrodenelemente, der gleichzeitig Stromverteiler ist, verhindert die Konzentration des Gases im Raum jenseits der reaktiven Elektrodenfläche. Infolgedessen kommt es zu einem hohen Gasanteil im Bereich der Reaktionsfläche, verbunden mit erhöhten elektrischen Verlusten.

Eine der voran beschriebenen Elektrodenstruktur sehr ähnliche ist die in der DE-OS 3519573 offenbarte Elektrode. Sie besteht gleichfalls aus parallel auf einem Stromverteiler angeordneten Elementen rechteckigen Querschnitts, deren Abstand zueinander einige Millimeter beträgt. Außerdem weisen die der Membran zugewandten Stirnseiten der Elemente eine Vielzahl von Ausnehmungen auf. Die dazwischen befindlichen Stege sind nicht elektrokatalytisch beschichtet und liegen auf der Membran auf. Somit beträgt die zur Verfügung stehende reaktive Fläche nur noch etwa 10% der Membranfläche. Die Stege können, bedingt durch Relativbewegungen zwischen Elektrode und Membran, lokale Beschädigungen der Membran verursachen. Eine Elektrodenanordnung mit einer Vielzahl dünner, blattartiger Elektrodenelemente, die eng benachbart zueinander angeordnet und an ihrer Rückseite zur Befestigung an Trag- und Stromführungselementen gefalzt sind, ist aus der GB-PS128436 bekannt. Bei einer solchen Elektrode bereitet allerdings die hinreichende Gasabfuhr und ein erwünschter Elektrolytaustausch Schwierigkeiten.

Als Vortreter des zweiten Grundtyps gasentwickelnder metallischer Elektroden ist in der DE-OS 2 735 238 eine Elektrode mit vertikalen jalousieartigen Elementen, die durch Herauspressen aus einem Blech erzeugt werden, beschrieben. Diese Elektrodenstruktur verursacht erheblich Feldstärkeunterschiede und damit stark unterschiedliche Belastungen der Elektrodenfläche. An dem der Membran zugewandten Kanten der jalousieartigen Elemente ist ein erhöhter Verschleiß der elektrolytischen Schicht zu erwarten.

Jalousieartige Elemente in überwiegend horizontaler Anordnung sind in DD-PS 250026 beschrieben worden. Das sehr scharfkantig ausgebildete Jalousieende verursacht eine starke Feldstärkeüberhöhung sowie eine erhebliche mechanische und thermische Belastung der Membran.