DD285126B5 - Electrode for gas-developing electrolytic processes - Google Patents
Electrode for gas-developing electrolytic processes Download PDFInfo
- Publication number
- DD285126B5 DD285126B5 DD32990389A DD32990389A DD285126B5 DD 285126 B5 DD285126 B5 DD 285126B5 DD 32990389 A DD32990389 A DD 32990389A DD 32990389 A DD32990389 A DD 32990389A DD 285126 B5 DD285126 B5 DD 285126B5
- Authority
- DD
- German Democratic Republic
- Prior art keywords
- electrode
- elements
- electrode according
- width
- gas
- Prior art date
Links
Landscapes
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Description
Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings
Die Erfindung betrifft eine Elektrode für gasentwickelnde elektrolytische Prozesse mit Elektrodenelementen, die im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.The invention relates to an electrode for gas-developing electrolytic processes with electrode elements which are arranged substantially parallel to each other.
Fur die Produktion verschiedener, wichtiger chemischer Grundstoffe, wie Natronlauge, Chlor, Wasserstoff oder Wasserstoffperoxid, sind gasentwickelnde elektrolytische Prozesse von herausragender Bedeutung. Die bei der Elektrolyse von alkalischen Losungen, Wasser, Salz- bzw. Schwefelsaure zu verwendenden Elektroden müssen einer Vielzahl von zum Teil gegensatzlich wirkenden Gebrauchsparametern entsprechen. Ein sehr wesentliches Erfordernis besteht in der schnellen Abfuhr des entwickelten Gases aus dem Raum zwischen Anode und Kathode jenseits dieser Elektroden, um einen großen, den elektrischen Widerstand des Elektrolyten erhöhenden Gasanteil zu vermeiden. Dies steht aber dem Bestreben entgegen, die zur Verfugung stehende Konstruktionsflache maximal fur eine elektrochemisch wirkende Elektrodenflache wirksam zu nutzen.For the production of various important chemical raw materials, such as sodium hydroxide, chlorine, hydrogen or hydrogen peroxide, gas-producing electrolytic processes are of paramount importance. The electrodes to be used in the electrolysis of alkaline solutions, water, hydrochloric acid or sulfuric acid must correspond to a large number of partly conflicting use parameters. A very important requirement is the rapid removal of the evolved gas from the space between the anode and cathode beyond these electrodes in order to avoid a large proportion of gas which increases the electrical resistance of the electrolyte. However, this is contrary to the endeavor to make the most efficient use of the available construction surface for an electrochemically acting electrode surface.
Es wird weiterhin angestrebt, eine möglichst gleichmaßig und fein strukturierte Elektrodenoberflache zu realisieren, damit die Voraussetzungen fur ein homogenes elektrisches Feld gegeben sind. Unstetigkeiten, wie z. B. Kanten, fuhren zu Feldstarkeerhohungen und damit zu einer ungleichmäßigen Etektrodenbelastung, die nicht nur energetische Verluste, sondern auch einen vorzeitigen Verschleiß des Elektrodenmaterials bzw. der elektrokatalytischen Beschichtung (Coating) verursacht.In addition, the aim is to realize an electrode surface which is as uniform and finely structured as possible in order to create the conditions for a homogeneous electric field. Discontinuities, such. As edges, lead to Feldstarkeerhohungen and thus to a non-uniform Etektrodenbelastung, which causes not only energy losses, but also premature wear of the electrode material or the electro-catalytic coating (coating).
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 Elektrodenelemente mit großer Dicke einen hohen Berührungsdruck auf die Membran ausüben und somit den Elektrolytfluß bzw. den lonentransport durch das Porensystem der Membran merklich behindern.Essential for ensuring an optimal process is also the realization of a uniform, small electrode gap, without the use of membranes this mechanically strong stress or even damage. It should also be avoided that electrode elements of large thickness exert a high contact pressure on the membrane and thus hinder the flow of electrolyte or the ion transport through the pore system of the membrane noticeably.
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 3 008 116, DE-OS 3 325 187, DE-PS 3 519 272, DE-OS 3 519 573). Aber auch U-förmige in Abständen aneinandergereihte Schienen sind gemäß der DE-AS 1 271 093 sowie der DE-OS 2 445 579, die Elektrodenelemente mit einem Abstand von z. B. 4 mm aufweist, bekannt.Two important basic types of gas-generating metallic electrodes are known: On the one hand, use is made of current distributors, parallel arranged profile bars whose cross-section is circular, elliptical, teardrop or rectangular (DE-OS 3,008,116, DE-OS 3 325 187, DE-PS 3rd 519,272, DE-OS 3,519,573). But also U-shaped spaced-apart rails are according to DE-AS 1 271 093 and DE-OS 2 445 579, the electrode elements at a distance of z. B. 4 mm, known.
Zum anderen sind perforierte Bleche mit vertikal und horizontal verlaufenden Schlitzen, mit bezüglich der Elektrodenebene abgewinkelten oder tiefgezogenen Segmenten, Lochblechelektroden und Gitterstreckmetallelektroden bekannt (DD-PS 250 026, DE-OS 3 625 506, DE-OS 2 735 238).On the other hand perforated plates with vertical and horizontal slots, with respect to the electrode plane angled or deep-drawn segments, perforated plate electrodes and grid metal electrodes are known (DD-PS 250 026, DE-OS 3,625,506, DE-OS 2,735,238).
Vertreter des erstgenannten Grundtyps verwenden parallel angeordnete Elemente, die mit Stromverteilerschienen fest verbunden sind und einen tropfenförmigen Querschnitt (DE-OS 3 325 187) bzw. einen annähernd kreisförmigen Querschnitt (DE-OS 3 008 116) 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.Representatives of the former basic type use parallel elements that are firmly connected to power distribution rails and a teardrop-shaped cross-section (DE-OS 325 325) or an approximately circular cross-section (DE-OS 3 008 116). The circular cross section was modified by separating segments lying in the electrode plane. Both electrodes should preferably be used for the chloralkali electrolysis in amalgam cells. The disadvantage is that the electrodes have no significantly reduced Gasblasenbedeckungsgrad.
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 Unstetigkeitsstellen eine Überbeanspruchung der katalytischen Beschichtung, jedoch geschieht dies durch Inkaufnahme der Nachteile infolge der radiusbedingten ungleichmäßigen Abstände der Elektrodenflächen.The removal of the gas takes place exclusively by the fluid flow and the buoyancy. The particular cross-sectional geometries are not suitable for assuming an active role in gas transport through the electrode. Although they prevent overstressing the catalytic coating by avoiding points of discontinuity, this is done by accepting the disadvantages due to the radius-related non-uniform distances of the electrode surfaces.
Die DE-OS 3 519 272 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. Damit 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. Die 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.DE-OS 3,519,272 discloses an electrode structure using a plurality of parallel elements of rectangular cross-section. A plate-shaped support with bulges on both sides serves to fasten the electrode elements and as a current distributor. The cross section of the rectangular electrode elements should have a ratio of 1: 5. Thus, the gas exhaust tabs in the region of the gap do not come into contact and swirl, a relatively large gap between adjacent elements is provided. This leads to a relatively low utilization of the available construction surface and to an uneven electrode load, in particular in the region of the edges of the rectangular profiles, where increased wear of the catalytic coating is to be expected. The selected shape of the carrier of the electrode elements, which is at the same time current distributor, prevents the concentration of the gas in the space beyond the reactive electrode surface. As a result, there is a high proportion of gas in the reaction area associated with increased electrical losses.
Eine der voran beschriebenen Elektrodenstruktur sehr ähnliche ist die in der DE-OS 3 519 573 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.One of the above-described electrode structure is very similar to the electrode disclosed in DE-OS 3,519,573. It also consists of parallel arranged on a power distribution elements rectangular cross-section whose distance from each other is a few millimeters. In addition, the membrane facing the end faces of the elements on a plurality of recesses. The webs between them are not electrocatalytically coated and lie on the membrane. Thus, the available reactive area is only about 10% of the membrane area. Due to relative movements between the electrode and the membrane, the webs can cause local damage to the membrane.
Aus der DE-OS 2 148 337 ist eine bipolare Mehrfach-Elektrolyse-Zelle bekannt, die in Reihenanordnung eine Vielzahl von profilierten Elektroden aufweist, die sich an dem jeweils zwischen zwei benachbarten Elektroden angeordneten Diphragma abstützen. Eine solche Lösung mit integralen Metallelektroden, die profiliert sind, führt allerdings nicht zu dem gewünschten, geringen Elektrodenabstand und führt zu einem verhältnismäßig niedrigen Flächenumsatz, der den Forderungen nach hoher elektrolytischer Effizienz bei hoher Packungsdichte nicht gerecht wird.From DE-OS 2,148,337 a bipolar multiple electrolysis cell is known, which has a plurality of profiled electrodes in series, which are supported on the respectively arranged between two adjacent electrodes Diphragma. However, such a solution with integral metal electrodes which are profiled does not lead to the desired, small electrode spacing and leads to a relatively low areal turnover, which does not meet the requirements for high electrolytic efficiency with high packing density.
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-PS 128 436 bekannt. Bei einer solchen Elektrode bereitet allerdings die hinreichende Gasabfuhr und ein erwünschter Elektrolytaustausch Schwierigkeiten.An electrode assembly having a plurality of thin, sheet-like electrode elements, which are arranged closely adjacent to each other and folded at its back for attachment to support and current-carrying elements, is known from GB-PS 128 436. In such an electrode, however, prepares the sufficient gas removal and a desired electrolyte exchange difficulties.
Als Vertreter 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 erhebliche Feldstärkeunterschiede und damit stark unterschiedliche Belastungen der Elektrodenfläche. An den der Membran zugewandten Kanten der jalousieartigen Elemente ist ein erhöhter Verschleiß der elektrolytischen Schicht zu erwarten.As a representative of the second basic type of gas-generating metallic electrodes in DE-OS 2,735,238 an electrode with vertical louver-like elements, which are produced by pressing out of a metal sheet, described. This electrode structure causes considerable field strength differences and thus greatly different loads on the electrode surface. At the edges of the louver-like elements facing the membrane, increased wear of the electrolytic layer is to be expected.
Jalousieartige Elemente in überwiegend horizontaler Anordnung sind in DD-PS 250 026 beschrieben worden. Das sehr scharfkantig ausgebildete Jalousieende verursacht eine starke Feldstärkeüberhöhung sowie eine erhebliche mechanische und thermische Belastung der Membran.Venetian-like elements in a predominantly horizontal arrangement have been described in DD-PS 250 026. The very sharp-edged jalousie end causes a strong field strength increase as well as a considerable mechanical and thermal load on the membrane.
Die DE-OS 3 625 506 offenbart eine Elektrode mit einer Anzahl im wesentlichen waagerechter, rechteckiger Öffnungen, denen Brücken- oder Fahnenteile zugeordnet sind. Auch diese Elektrode kann die Ausbildung eines relativ großen Gasblasenanteils im Raum zwischen der Elektrode und der Membran nicht verhindern.DE-OS 3 625 506 discloses an electrode having a number of substantially horizontal, rectangular openings, which bridge or flag parts are assigned. Also, this electrode can not prevent the formation of a relatively large gas bubble portion in the space between the electrode and the membrane.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektrode der eingangs genannten Art anzugeben, die bei kostengünstiger Herstellbarkeit eine gleichmäßige und feingliedrige Struktur aufweisen kann, wobei die Elektrodenstruktur eine wesentliche Herabsetzung der Ohmschen Leistungsverluste und dadurch eine Erhöhung der spezifischen elektrischen Belastung der Elektrode ermöglichen soll. Zugleich soll es die Elektrode vorzugsweise gestatten, den Grad der Gasanreicherung an den Elektrodenflächen gesteigerter Gasproduktion beträchtlich zu verringern.The invention has for its object to provide an electrode of the type mentioned, which may have a uniform and delicate structure with cost manufacturability, the electrode structure is to allow a substantial reduction of the Ohmic power losses and thereby increasing the specific electrical load on the electrode. At the same time, it should preferably allow the electrode to significantly reduce the degree of gas accumulation on the electrode surfaces of increased gas production.
Die vorgenannte Aufgabe wird bei einer Elektrode der eingangs genannten erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Elektrodenelemente Bestandteile eines wechselseitig gefalteten Flächengebildes sind.The above object is achieved in an electrode of the aforementioned invention in that the electrode elements are components of a mutually folded fabric.
Vorzugsweise besteht die Elektrode aus einer wechselseitig gefalteten Folie mit einer Dicke bis zum Dreifachen eines mittleren Gasblasenablösedurchmessers, wobei die Elektrodenelemente vorzugsweise eine Profilierung aufweisen, die den Abstand benachbarter Elektrodenelemente auf einen den Kapillareffekt hervorrufenden Spalt (Kapillarspalt) fixiert. Um einen Gas- und Elektrolyttransport auch quer zur Elektrodenebene zu gewährleisten, sind im Bereich der Faltkanten der Folie vorzugsweise gleichmäßig verteilte Perforationen vorgesehen. Nach einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nehmen diese Perforationen in ihrer Summe etwa 80 % bis 90 % der Länge der Faltkanten ein, wobei die Breite der Perforationen der Breite des Kapillarspaltes zwischen den Elektrodenelementen entsprechen soll.Preferably, the electrode consists of a mutually folded film having a thickness of up to three times a mean gas bubble peel diameter, wherein the electrode elements preferably have a profiling that fixes the spacing of adjacent electrode elements on a capillary gap (capillary gap). In order to ensure gas and electrolyte transport also transversely to the electrode plane, preferably uniformly distributed perforations are provided in the region of the folded edges of the film. According to a further preferred embodiment of the invention, these perforations occupy in their sum about 80% to 90% of the length of the folded edges, wherein the width of the perforations should correspond to the width of the capillary gap between the electrode elements.
Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Elektrode durch wechselseitiges Falten von flächigem Endlosmaterial besonders wirtschaftlich herstellbar. Es ist dabei zweckmäßig, alle vorgesehenen Arbeitsgänge, wie z. B. Profilieren, Perforieren, Beschichten, in einem kontinuierlichen Durchlaufverfahren zu realisieren.Preferably, the electrode according to the invention can be produced particularly economically by mutual folding of flat continuous material. It is expedient to all planned operations, such. As profiling, perforating, coating to realize in a continuous flow method.
Die vorteilhafte Wirkung der erfindungsgemäßen Elektrode besteht insbesondere darin, daß es nicht länger erforderlich ist, eine große Stückzahl von Einzelelementen zu verwenden, dennoch vorzugsweise eine Kapillarspaltelektrode mit sehr hoher Packungsdichte der Elektrodenelemente erhalten werden kann.The advantageous effect of the electrode according to the invention is, in particular, that it is no longer necessary to use a large number of individual elements, but nevertheless a capillary gap electrode with a very high packing density of the electrode elements can be obtained.
Bei einer derartigen Kapillarspaltelektrode beeinflußt die Kapillarwirkung der Elektrode, ausgehend von dem Bereich zwischen den Elektrodenelementen auch die auf den (zumeist abgerundeten) stirnflächengebildeten Gasblasen, so daß diese selbst dann in den Kapillarspalt hineingesaugt werden, wenn zwischen der Elektrode und einem Trennelement (Membran) ein Abstand belassen wurde.In such a capillary gap electrode affects the capillary action of the electrode, starting from the area between the electrode elements and on the (mostly rounded) end face formed gas bubbles so that they are sucked into the capillary even if between the electrode and a separator (membrane) a Distance was left.
Vorzugsweise ist die Elektrode aber in direkter, spaltfreier Anlage an dem Trennelement.Preferably, however, the electrode is in direct, gap-free contact with the separating element.
Die Breite der Elektrodenelemente ist vorzugsweise wesentlich größer als deren Dicke und beträgt zumindest das Zehnfache 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 der Elektrode und der Membran verhindert. Eine Beeinflussung bzw. Störung des Gasblasenbildungsprozesses und des Gasblasentransportes in den Kapillarspalt ist damit im wesentlichen ausgeschlossen. Der Gastransport durch die Elektrode erfolgt gerichtet, bevorzugt quer zur Elektrodenebene über die kurze Strecke entsprechend der Breite der Elektrodenelemente.The width of the electrode elements is preferably substantially greater than their thickness and is at least ten times the width of the capillary gap. As a result, a two-dimensionally acting, capillary system is created in the electrode, which prevents the introduction of turbulence from the degassing space of the electrolyte into the reaction space between the electrode and the membrane. An influence or disturbance of the gas bubble formation process and the gas bubble transport into the capillary gap is thus substantially excluded. The gas transport through the electrode is directional, preferably transversely to the electrode plane over the short distance corresponding to the width of the electrode elements.
Der Grund hierfür liegt in der erheblichen relativen Volumenvergrößerung im Reaktionsraum infolge des Gasblasenbildungsprozesses. Dies führt dort zu einer Druckerhöhung und Verdrängungsreaktion. In gleichem Maße, wie das Reaktionsgas aus dem Reaktionsraum und der Elektrode gedrängt wird, strömt Elektrolyt durch den Kapillarspalt turbulenzfrei zu den reaktiven Flächen der Elektrode nach, die sich benachbart zu dem Trennelement befinden. Der hohe Elektrolytaustausch verhindert die Verarmung des Elektrolyten auch an seiner Grenzschicht, da der Flüssigkeitstransport aufgrund der Kapillarkräfte unmittelbar auf der Elektrodenoberfläche, d. h. auf der Oberfläche der Elektrodenelemente, erfolgt.The reason for this is the considerable relative increase in volume in the reaction space as a result of the gas bubble formation process. This leads there to an increase in pressure and displacement reaction. To the same extent as the reaction gas is forced out of the reaction space and the electrode, electrolyte flows through the capillary gap turbulence-free to the reactive surfaces of the electrode, which are adjacent to the separating element. The high electrolyte exchange prevents the depletion of the electrolyte also at its boundary layer, since the liquid transport due to the capillary forces directly on the electrode surface, d. H. on the surface of the electrode elements occurs.
Die charakteristischen Strömungsbedingungen im Kapillarspalt verhindern weitestgehend eine vertikale Bewegung der Gasblasen, ohne diese auszuschließen.The characteristic flow conditions in the capillary gap largely prevent a vertical movement of the gas bubbles, without excluding them.
Weitere, bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind in den übrigen Unteransprüchen dargestellt.Further, preferred embodiments of the subject invention are shown in the remaining subclaims.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigenThe invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment and associated drawings. In this show
Fig. 1: eine Kathode und eine Anode als Kapillarspaltelektroden mit zwischenliegendem Trennelement Fig. 2: eine maßstabsgetreue Vergrößerung eines Ausschnittes einer Kapillarspaltelektrode mit Darstellung ihrerFig. 1: a cathode and an anode as Kapillarspaltelektroden with intermediate separating element Fig. 2: a true to scale enlargement of a section of a Kapillarspaltelektrode showing their
Herstellungsweise (Maßstab etwa 8:1), und Fig. 3: einen vergrößerten Ausschnitt A der in Fig. 1 linksseitigen Kapillarspaltelektrode.Production method (scale about 8: 1), and Fig. 3: an enlarged section A of the left side in Fig. 1 Kapillarspaltelektrode.
Die Elektrode, wie sie in ihrem Aufbau insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, besteht aus einem Flächengebilde, vorzugsweise einer Folie, und wird durch wechselseitiges Falten erzeugt, wobei die gegeneinander gefalteten Flächen einen Winkel von ca. 180° einschließen und somit im wesentlichen parallel angeordnete Elektrodenelemente 1 bilden. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform werden für die Elektrode Folien mit einer Dicke 3 bis zum Dreifachen eines Gasblasenablösedurchmessers verwendet, wobei zwischen den Faltflächen bzw. Elektrodenelementen 1 ein Spalt 4 (Kapillarspalt) belassen ist, der den Kapillareffekt hervorruft. Die Begrenzung bzw. Fixierung des Spaltes 4 erfolgt durch Profilierungen des Folienmateriales, die jedoch in den Figuren nicht dargestellt sind. Um einen Gastransport bevorzugt quer zur Elektrodenebene zu ermöglichen, sind die Faltkanten gleichmäßig mit Perforationen 11 versehen. Diese erstrecken sich in ihrer Summe über etwa 80 % bis 90 % der Faltkantenlänge und besitzen eine Breite, die etwa der Weite des Spaltes 4 entspricht.The electrode, as can be seen in its construction, in particular from FIG. 2, consists of a sheet, preferably a foil, and is produced by mutual folding, wherein the surfaces folded against one another enclose an angle of approximately 180 ° and thus substantially parallel form arranged electrode elements 1. In a particularly advantageous embodiment, foils with a thickness of 3 to 3 times a Gasblasenablösedurchmessers be used for the electrode, wherein between the folding surfaces or electrode elements 1, a gap 4 (capillary gap) is left, which causes the capillary effect. The limitation or fixation of the gap 4 is effected by profilings of the film material, which are not shown in the figures. In order to allow a gas transport preferably transversely to the electrode plane, the fold edges are evenly provided with perforations 11. These extend in total over about 80% to 90% of the folded edge length and have a width which corresponds approximately to the width of the gap 4.
Solche Elektroden können als hydrodynamisch „aktiv" wirkende, gasentwickelnde Kapillarspaltelektroden bezeichnet werden. Fig. 1 zeigt zwei Kapillarspaltelektroden 8 als Kathode und Anode mit zwischenliegendem Trennelement 7 (z. B. Membran) im sogenannten Null-Abstand, d. h. die Kapillarspaltelektroden 8 liegen spaltfrei an dem Trennelement 7 an. Die erfindungsgemäße Elektrodenstruktur erlaubt großflächig einen konstanten und geringen Elektrodenabstand zwischen Kathode und Anode, welcher der Dicke des Trennelementes 7 entspricht. Die Anschmiegsamkeit der Kapillarspaltelektrode 8 gewährleistet darüber hinaus eine gleichmäßige Druckverteilung über das Trennelement 7, so daß nicht nur dessen Beschädigung vermieden ist, sondern auch der lonenstrom bzw. Elektrolytstrom unbeeinträchtigt bleibt. Der Raum, der sich an die Elektrodenfläche anschließt, welche dem Trennelement 7 abgewandt ist, dient als Entgasungsraum für den Elektrolyten.Such electrodes may be referred to as gas-evolving capillary gap electrodes acting hydrodynamically "Fig. 1 shows two capillary gap electrodes 8 as cathode and anode with intermediate separator 7 (eg membrane) in the so-called zero distance, ie the capillary gap electrodes 8 are gap-free The electrode structure according to the invention permits a constant and small electrode spacing between the cathode and the anode over a large area, which corresponds to the thickness of the separating element 7. The conformability of the capillary gap electrode 8 moreover ensures a uniform pressure distribution over the separating element 7, so that not only its damage The space which adjoins the electrode surface, which faces away from the separating element 7, serves as a degassing space for the electrolyte.
Die Fig. 2 und 3 zeigen vergrößerte, maßstäbliche Ausschnitte der Kapillarspaltelektrode 8 , wobei in Fig. 2 die Herstellungsweise durch Faltung aus einem Endlosband angedeutet ist. Die verwendete Folie besitzt eine Dicke 3 von etwa 30 μίτι. Die durch das Falten der profilierten Folie erzeugten Elemente 1 haben eine Breite von etwa 5 mm und fixieren die Breite des Kapillarspaltes 4 bei etwa 200 μηη. Die in Fig. 3 schraffiert dargestellten Flächen 2 der Elemente 1 stellen Bereiche2 and 3 show enlarged, scaled sections of the Kapillarspaltelektrode 8, wherein in Fig. 2, the manufacturing method is indicated by folding of an endless belt. The film used has a thickness 3 of about 30 μίτι. The elements 1 produced by the folding of the profiled foil have a width of about 5 mm and fix the width of the capillary gap 4 at about 200 μm. The areas 2 of the elements 1 hatched in FIG. 3 represent areas
besonders hoher elektrolytischer Reaktivität dar. Der flächenspezifische Umsatz dieser Bereiche entspricht ungefähr dem auf den Stirnflächen der Elemente 1. Diese reaktionsstarken, am Stoffumsatz wesentlich beteiligten Flächen 2 erstrecken sich quer zur Elektrodenebene mit einer Tiefe, die etwa der Breite des Spaltes 4 zwischen den Elementen 1 entspricht. Zur besseren Darstellbarkeit wurde die Breite des Kapillarspaltes 4 im Vergleich zu Dicke und Breite der Elemente 1 auf das Dreifache gestreckt dargestellt.The surface-specific conversion of these areas corresponds approximately to that on the end faces of the elements 1. These highly reactive, material conversion substantially involved 2 areas extending transversely to the electrode plane with a depth which is about the width of the gap 4 between the elements. 1 equivalent. For better illustration, the width of the capillary gap 4 has been shown to be stretched three times compared to the thickness and width of the elements 1.
Die Wirkungsweise der Kapillarspaltelektrode ist wie folgt:The operation of the capillary gap electrode is as follows:
Die hohe Anzahl der Elemente 1 der Kapillarspaltelektrode 8 (etwa 40 bis 50 Elemente 1 je cm) bewirkt eine im Vergleich zu herkömmlichen Elektroden hochgradige Vergleichmäßigung der Elektrodenoberfläche. Verbunden damit ist eine adäquate Vergleichmäßigung des elektrischen Feldes sowie der Stromdichtebelastung, so daß eine Überlastung und damit ein frühzeitiger Verschleiß der elektrolytischen Beschichtung vermieden wird. Darüber 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 etwa bei dem Wert 2 liegen.The high number of elements 1 of the capillary gap electrode 8 (about 40 to 50 elements 1 per cm) causes a high degree of homogenization of the electrode surface compared to conventional electrodes. Associated with this is an adequate equalization of the electric field and the current density load, so that an overload and thus early wear of the electrolytic coating is avoided. In addition, it has been possible to increase the area involved in the reaction to a value greater than the construction area. Under favorable conditions, the ratio of active reaction area to construction area may be about the value 2.
Die an den Stirnflächen und den hochreaktiven Flächen 2 der Elemente 1 gebildeten Gasblasen befinden sich im Einflußbereich des Kapillarspaltes 4. Infolge der Gasblasenbildung kommt es im, der vom Trennelement 7 (z. B. Membran) und der Kapillarspaltelektrode 8 begrenzt wird, zu einem Druckaufbau, welcher die Ursache für den Gastransport quer zur Elektrodenebene darstellt. In Fig. 3 wird der Weg einer Gasblase 6 durch die Kapillarspaltelektrode 8 gezeigt. Im gleichen Maße wird der Elektrolyt zwischen Entgasungsraum und Reaktionsraum ausgetauscht. Die Gasblasenbelastung im Reaktionsraum zwischen Elektrode 8 und Trennelement 7 (bei Elektrodenabstand vom Trennelement größer 0) ist äußerst gering. Es gibt praktisch kaum noch im Elektrolyten des Reaktionsraumes frei bewegliche Gasblasen. Diese werden überwiegend unter der Wirkung des Kapillareffektes auf der Elektrodenoberfläche bewegt und in den Kapillarspalt „gesaugt".The gas bubbles formed at the end faces and the highly reactive surfaces 2 of the elements 1 are in the area of influence of the capillary gap 4. As a result of gas bubble formation, pressure buildup occurs in the region delimited by the separating element 7 (eg membrane) and the capillary gap electrode 8 , which represents the cause of gas transport across the electrode plane. In Fig. 3, the path of a gas bubble 6 through the capillary gap electrode 8 is shown. To the same extent, the electrolyte is exchanged between the degassing space and the reaction space. The gas bubble load in the reaction space between the electrode 8 and separator 7 (at electrode distance from the separator greater than 0) is extremely low. There are hardly any free bubbles of gas in the electrolyte of the reaction space. These are predominantly moved on the electrode surface under the effect of the capillary effect and "sucked" into the capillary gap.
Hierdurch kann eine wesentliche Reduzierung des elektrischen Widerstandes des Elektrolyten erreicht werden.As a result, a substantial reduction of the electrical resistance of the electrolyte can be achieved.
Bei Verwendung der Kapillarspaltelektroden 8 gemäß Fig. 1 im sogenannten Null-Abstand, wobei also die Stirnflächen der Elemente 1 der Elektroden 8 direkt auf dem Trennelement 7 aufliegen, existiert kein über die gesamte Elektrodenfläche sich erstreckender Reaktionsraum. Dieser wird dann gebildet aus der Summe aller Teilräume der Kapillarspalten 4, in denen elektrochemische Reaktionen ablaufen.When the capillary gap electrodes 8 according to FIG. 1 are used in the so-called zero distance, that is, the end faces of the elements 1 of the electrodes 8 rest directly on the separating element 7, there is no reaction space extending over the entire electrode surface. This is then formed from the sum of all subspaces of the capillary columns 4, in which proceed electrochemical reactions.
Es sei noch darauf hingewiesen, daß die Breite 5 der Elemente 1 den Bedürfnissen bezüglich eines möglichst geringen Ohmschen Spannungsabfalls im Elektrodenwirkstoff angepaßt werden kann. Die neue Elektrodenstruktur ist besonders für den Einsatz in Gas-Lift-Zellen geeignet.It should be noted that the width 5 of the elements 1 can be adapted to the needs for the lowest possible Ohmic voltage drop in the electrode active substance. The new electrode structure is particularly suitable for use in gas-lift cells.
Im einzelnen wird durch die Elektrode der vorgenannten Art eine Verringerung der Gasblasenbelastung des Elektrolyten zwischen den Elektroden sowie des Gasblasenbedeckungsgrades auf den Reaktionsflächen der Elektroden, sowie während des elektrolytischen Prozesses ein gerichteter Gastransport gewährleistet. Überdies wird das Verhältnis von aktiver Elektrodenfläche zu Konstruktionsfläche verbessert und kommt es zur Herabsetzung lokaler Feldstärkeüberhöhungen und damit zur Ausbildung eines annähernd homogenen elektrischen Feldes zur Vergleichmäßigung der Belastung der zur Reaktion zur Verfügung stehenden Elektrodenfläche.In detail, a reduction in the gas bubble loading of the electrolyte between the electrodes and the gas bubble cover level on the reaction surfaces of the electrodes, as well as during the electrolytic process ensures a directed gas transport by the electrode of the aforementioned type. Moreover, the ratio of active electrode area to construction area is improved and it comes to reducing local field strength peaks and thus to form an approximately homogeneous electric field to equalize the load of the electrode surface available for reaction.
Entsprechend bestehen die besonderen Vorteile der vorerläuterten Kapillarspaltelektroden mit dem vorbezeichneten Aufbau in einer sehr geringen Gasblasenbelastung des Elektrolyten im Reaktionsraum durch einen gerichteten Gasblasentransport innerhalb der Kapillarspaltelektrode, einem gleichmäßig und feinstrukturierten Elektrodenaufbau mit der Folge einer gleichmäßigen Strombelastung und Auslastung der zur Verfügung stehenden Reaktionsfläche, so daß keine lokale Erosion der Elektrodenoberfläche, insbesondere deren elektrokatalytischer Beschichtung erfolgt. Überdies wird eine mechanisch belastbare, aber dennoch flexible und somit anschmiegsame Elektrodenstruktur geschaffen.Accordingly, the particular advantages of the aforementioned Kapillarspaltelektroden with the above structure in a very low gas bubble load of the electrolyte in the reaction chamber by a directed gas bubble transport within the Kapillarspaltelektrode, a uniform and finely structured electrode structure with the result of a uniform current load and utilization of the available reaction surface, so that no local erosion of the electrode surface, in particular their electrocatalytic coating takes place. Moreover, a mechanically loadable but nevertheless flexible and therefore conformable electrode structure is created.
Die besondere Konfiguration der Elektrode aus einem gefalteten Band erlaubt eine äußerst rationelle Fertigung der Elektrode, da es nicht erforderlich ist, eine Vielzahl dünner und damit schwierig zu handhabender Elemente ohne Stoffzusammenhang parallel anzuordnen.The special configuration of the electrode from a folded band allows an extremely efficient production of the electrode, since it is not necessary to arrange a plurality of thin and thus difficult-to-handle elements in parallel without substance.
Claims (13)
Priority Applications (13)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD32990389A DD285126B5 (en) | 1989-06-23 | 1989-06-23 | Electrode for gas-developing electrolytic processes |
| CA002062739A CA2062739A1 (en) | 1989-06-23 | 1990-06-20 | Electrolysis cell for gas-producing electrolytic processes |
| BR909007455A BR9007455A (en) | 1989-06-23 | 1990-06-20 | ELECTROLYSIS CELL FOR ELECTRIC PROCESSES GAS GENERATORS |
| AT90909653T ATE127168T1 (en) | 1989-06-23 | 1990-06-20 | ELECTROLYSIS CELL FOR GAS Evolving ELECTROLYTIC PROCESSES. |
| DE59009595T DE59009595D1 (en) | 1989-06-23 | 1990-06-20 | ELECTROLYSIS CELL FOR GAS-DEVELOPING ELECTROLYTIC PROCESSES. |
| AU59201/90A AU5920190A (en) | 1989-06-23 | 1990-06-20 | Electrolytic cell for electrolytic processes in which gas is evolved |
| EP90909653A EP0479840B1 (en) | 1989-06-23 | 1990-06-20 | Electrolytic cell for electrolytic processes in which gas is evolved |
| ES90909653T ES2079476T3 (en) | 1989-06-23 | 1990-06-20 | ELECTROLYSIS CELL FOR ELECTROLYTIC PROCESSES THAT PRODUCE GAS. |
| DK90909653.9T DK0479840T3 (en) | 1989-06-23 | 1990-06-20 | Electrolytic cell for gas generating electrolytic processes |
| PCT/EP1990/000972 WO1991000379A1 (en) | 1989-06-23 | 1990-06-20 | Electrolytic cell for electrolytic processes in which gas is evolved |
| SU905010723A RU2073071C1 (en) | 1989-06-23 | 1990-06-20 | Electrolytic cell |
| NO914748A NO307574B1 (en) | 1989-06-23 | 1991-12-03 | Electrolytic cell for gas generating electrolytic process |
| FI915971A FI915971A0 (en) | 1989-06-23 | 1991-12-18 | ELEKTROLYSCELL FOER GASUTVECKLANDE ELEKTROLYTISKA PROCESSER. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD32990389A DD285126B5 (en) | 1989-06-23 | 1989-06-23 | Electrode for gas-developing electrolytic processes |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DD285126B5 true DD285126B5 (en) | 1995-11-02 |
Family
ID=5610146
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DD32990389A DD285126B5 (en) | 1989-06-23 | 1989-06-23 | Electrode for gas-developing electrolytic processes |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DD (1) | DD285126B5 (en) |
-
1989
- 1989-06-23 DD DD32990389A patent/DD285126B5/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE3051012C2 (en) | ||
| DE112009004658B4 (en) | GAS CHANNEL TRAINING ELEMENT IN FUEL CELL, METHOD FOR ITS MANUFACTURE AND FORMULATION DEVICE THEREFOR | |
| DE4208057C2 (en) | Cell structure for electrolysers and fuel cells | |
| DE2435185A1 (en) | BIPOLAR ELECTROLYTE CELL | |
| EP0204126B1 (en) | Electrode for membrane electrolysis | |
| EP0095039A2 (en) | Membrane-electrolysis cell | |
| EP0479840B1 (en) | Electrolytic cell for electrolytic processes in which gas is evolved | |
| DE10027339A1 (en) | Dimensionally stable gas diffusion electrode | |
| WO1994020649A1 (en) | Electrode arrangement for gas-forming electrolytic processes in membrane cells and its use | |
| DE2059868B2 (en) | Electrode plate to be arranged vertically for gas-forming electrolysis | |
| DE2923818C2 (en) | ||
| DE1671918A1 (en) | Fuel battery | |
| EP1015665B1 (en) | Electrolysis device | |
| DE4119836C2 (en) | ||
| DD285125B5 (en) | Electrode for gas-developing electrolytic processes | |
| DE102008033209A1 (en) | Fuel cell arrangement i.e. polymer-electrolyte-membrane fuel cell arrangement, for vehicle, has rods arranged relative to each other, such that electrode-arrangement arranged between bipolar plates is corrugated in mounted condition | |
| DD285126B5 (en) | Electrode for gas-developing electrolytic processes | |
| DD285126A5 (en) | Electrode for gas-producing electrolytic processes | |
| DE3519272C1 (en) | Electrode structure for electrochemical cells | |
| DE4419683C2 (en) | Bipolar filter press cell for anodic oxidation on platinum | |
| DD285125A5 (en) | Electrode for gas-producing electrolytic processes | |
| DD285127B5 (en) | Electrode element of an electrode for gas-developing electrolytic processes | |
| DD285128B5 (en) | Electrode for gas-developing electrolytic processes | |
| DE4325705A1 (en) | Electrolytic cell (electrolysis cell) arrangement with a filter press design | |
| DD285122B5 (en) | Electrolysis cell for gas-producing electrolytic processes |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EP | Request for examination under paragraph 12(1) filed | ||
| RPI | Change in the person, name or address of the patentee (searches according to art. 11 and 12 extension act) | ||
| AUF | Maintained (sect. 12/3 extension act | ||
| B5 | Patent specification, 2nd publ. accord. to extension act | ||
| ENJ | Ceased due to non-payment of renewal fee |