DE102007042171A1 - Elektrolysezelle mit hoher Stromkapazität zur Herstellung eines Ozon-Sauerstoffgemisches - Google Patents

Abstract

Elektrolysezelle mit hoher Stromkapazität zur Herstellung eines Ozon-Sauerstoffgemisches, bestehend aus je zwei Elektrodenrandplatten mit Stromzuführung und mindestens einer bipolaren Elektrodenplatte, die durch Festelektrolyt-Membranen miteinander kontaktiert sind und mittels eines Spannrahmens zusammengepresst werden, gekennzeichnet dadurch, dass
• Elektrodengrundkörper (1) aus imprägnierten Graphit verwendet werden, in die sämtliche Zu- und Abführungsleitungen für die Elektrolysemedien (13, 15, 17, 18), dazu kathodenseitig die Strömungskanäle für die Katholytmedien (2) und anodenseitig hydraulische oder pneumatische Andruckmechanismen (10, 11, 12) eingearbeitet sind,
• anodenseitig durchbrochen strukturierte Anodenplatten (6) aus einem mit einer Aktivschicht versehenen selbstpassivierenden Metall angeordnet sind, eingefasst in Anodenrahmen aus Kunststoff (7), welche mit Strömungskanälen (14, 16) für den Transport der Anolytmedien zu bzw. von den durchbrochen strukturierten Anodenplatten ausgestattet sind,
• die Andruckmechanismen aus pneumatisch oder hydraulisch aufblasbaren Andruckschläuchen 12) gebildet werden, die mittels beweglich angeordneter Andruckplatten (10, 11) die Anodenplatten gegen die Festelektrolytmembranen (5) anpressen,
• die Anodenrahmen und...

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrolytischen Herstellung von hochkonzentriertem Ozon, die es insbesondere ermöglicht, bipolare Elektrolysezellen mit hohen Stromkapazitäten zu realisieren. Solche Elektrolysezellen sind für unterschiedliche Anwendungsgebiete wie die Abwasseraufbereitung, die Trinkwasserdesinfektion und die Reinstwasserproduktion von Interesse.
• Um eine solche elektrochemische Behandlung auch von Wasser oder wässrigen Lösungen mit niedriger Ionenkonzentration trotz deren geringer elektrischer Leitfähigkeit zu ermöglichen, werden üblicherweise Festelektrolyte verwendet, die in direktem Kontakt mit den Elektroden stehen. Solche erstmals in der EP 068 522 beschriebenen Elektrolysezellen sind als sogenannte Membrel-Zellen bekannt (s. S. Stucki: „Reaktions- und Prozesstechnik der Membrel-Wasser-Elektrolyse", DECHEMA-Monographien, Verlag Chemie 94 (1983) 211).
• Der Stand der Technik bei elektrochemischen Ozongeneratoren auf Basis von Elektrolysezellen mit Festelektrolyten ist gekennzeichnet durch monopolare Elektrolysezellen mit relativ geringer Ozon-Kapazität von 1 bis 5 g/h. Dabei sind Zellen mit Anoden vorherrschend, die mit β-Bleidioxid beschichtet sind, da diese in wässriger Lösung eine ausreichend hohe Sauerstoffüberspannung aufweisen. Außerdem ist es mit den hersteilbaren porösen Oberflächenstrukturen möglich, optimale Bedingungen für die Ausbildung von Dreiphasengrenzflächen zwischen Elektrode, Anolyt und Festelektrolyt zur realisieren. Hohe Dreiphasengrenzflächen sind aber eine wichtige Voraussetzung sowohl für die Erreichung hoher Ozon-Stromausbeuten, als auch niedriger Zellspannungen.
• Allerdings sind mit den bleidioxidbeschichteten Anoden auch einige Nachteile verbunden. So ist das β-Bleidioxid gegenüber verschiedenen im Leitungswasser gelösten Stoffen chemisch nicht stabil, was die Verwendung solcher Anoden außerhalb der Behandlung von Reinstwasser stark beeinträchtigt. Aber auch im Reinstwasser zersetzen sich β-Bleidioxid-Beschichtungen bei abgeschaltetem Elektrolysestrom, weshalb es bei Stillstand der Elektrolysezellen erforderlich ist, ein Schutzpotential aufrecht zu erhalten. Zudem macht es die hohe Giftigkeit von Bleiverbindungen unmöglich, Trinkwasser direkt unter Verwendung bleihaltiger Anoden zu behandeln.
• Als günstigere Alternative zur Verwendung von mit β-Bleidioxid beschichteten Anoden werden in letzter Zeit zunehmend Anoden aus mit dotiertem Diamant beschichtetem Niob ( DE 198 42 396 ) oder Silizium ( EP 103 16 45 ) eingesetzt, die eine vergleichbar hohe Sauerstoffüberspannung aufweisen. Diese Anoden sind über einen sehr großen Potentialbereich in wässrigen Medien stabil, nicht giftig und ermöglichen ebenfalls hohe Ausbeuten von Ozon. Von Nachteil ist allerdings, dass für diamantbeschichtete Elektroden keine den bleidioxidbeschichteten Elektroden vergleichbare poröse Oberflächenstrukturen zur Ausbildung großer Dreiphasen-Grenzflächen verfügbar sind. Ersatzweise werden bevorzugt diamantbeschichtete Streckmetallelektroden (z. B. DE 10 2004 015 680 ) oder speziell strukturierte durchbrochene diamantbeschichtete Silizium-Elektroden (z. B. DE 100 25 167 ) eingesetzt.
• Um einen ausreichenden Kontakt zwischen den Elektroden und dem Festelektrolyten zu erreichen, ist es bei den Membrel-Ozonzellen notwendig, diese Elektroden an die Festelektrolytmembran stark anzupressen. Hauptverantwortlich dafür, dass bisher nur monopolare Zellen mit geringer Ozon-Kapazität verfügbar sind, ist der erforderliche gleichmäßige Anpressdruck dieser Bleidioxid-Anodenoberfläche an den Festelektrolyten, wofür spezielle mechanische Andruckvorrichtungen entwickelt wurden. Einige Schutzrechte befassen sich mit deren konstruktiver Gestaltung, so dass sie unabhängig vom Andrucksystem für die Abdichtung der Zelle und für die Kontaktierung der Elektroden optimal wirksam sind. Elektrolysezellen mit einer solchen aufwändigen Anpressmechanik zum Anpressen der Elektroden an eine Festelektrolytmembran werden beispielsweise in den Patentschriften DE 42 27 732 , DE 295 04 323 , DE 196 06 606 und DE 296 13 308 beschrieben.
• Da bei diesen mechanischen Andrucksystemen die Einstellung des Anpressdruckes von Hand erfolgen muss und nach einiger Betriebszeit vielfach eine Korrektur erforderlich wird, konnten bisher bipolare Reihenschaltungen von Einzelzellen geringer Ozonkapazität nicht für eine Kapazitätserhöhung ausgenutzt werden. Auch eine Kapazitätserhöhung durch eine Erhöhung der Fläche der eingesetzten Elektroden bereitete Schwierigkeiten, da eine gleichmäßige Druckverteilung mittels solcher mechanischer Andrucksysteme schwer realisierbar ist.
• Die Aufgabe für vorliegende Erfindung bestand deshalb in der Entwicklung einer Elektrolysezelle, deren integrierte Andruckvorrichtung eine Reihenschaltung mehrerer bipolarer Einzelzellen mit vergrößerter Anodenoberfläche ermöglicht.
• Der Aufbau der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle mit hoher Stromkapazität wird in den Ansprüchen 1 bis 12 dargelegt. Die 1 zeigt beispielhaft eine Aufbauvariante der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle, mit der nachfolgend das ihr zugrunde liegende Konstruktionsprinzip verdeutlicht werden soll. Dargestellt sind Längsschnitte durch eine aus drei Elektrodenplatten bestehende bipolare Elektrolysezelle.
• Dabei stellt A die Anodenrandplatte dar mit der Kontaktplatte zur Stromzuführung und den in diese Randplatte integrierten bzw. auf der Anodenseite angeordneten anodischen Baugruppen. Die Elektrodenplatte C ist die Kathodenrandplatte mit der Kontaktplatte zur Stromzuführung und den in diese Randplatte integrierten bzw. auf der Kathodenseite angeordneten kathodischen Baugruppen. Die Elektrodenplatte B stellt eine bipolare Elektrodenplatte dar mit sämtlichen anodischen und kathodischen Baugruppen. Zwischen den Elektrodenplatten sind die Festelektrolytmembranen angeordnet. Alle drei Elektrodenplatten werden mittels eines im Bild nicht dargestellten Spannrahmens so gegeneinander gepresst, dass sowohl die Abdichtung der einzelnen Baugruppen untereinander als auch nach außen erreicht wird und dabei auch der elektrische Kontakt gewährleistet wird.
• Die Elektrolysezelle besteht aus den Elektrodengrundkörpern (1) aus imprägniertem Graphit. Auf deren Kathodenseiten sind die Kathodenräume in Form von senkrechten Kathodenkänälen (2) eingearbeitet, die oben und unten durch je einen Querkanal zur Verteilung der Katholytmedien miteinander verbunden sind. In der dargestellten Variante werden die Kathodenkänäle durch Luft von oben nach unten durchströmt. Die Rippen zwischen den Kathodenkanälen vermitteln gleichzeitig den Stromkontakt zu den dort aufgepressten Gas-Diffusions-Lagen (3) (GDL). Bei entsprechender Aktivierung der GDL erfolgt kathodisch eine Sauerstoffreduktion. Der seitlichen Abdichtung der GDL dienen Dichtrahmen (4) aus einem flexiblen Kunststoff, z. B. aus Viton. Diese ragen seitlich über die Elektrodengrundplatten hinaus, um Kurzschlüsse zu vermeiden. Der Trennung zwischen Anoden- und Kathodenräumen dienen die Festelektrolyt-Kationenaustauschermembranen (5). Diese sind entweder direkt mit den GDL (3) lami niert oder werden an diese angepresst. Auf den Anodenseiten werden an die Festelektrolytmembranen (5) die durchbrochen strukturierten Anodenplatten (6) angepresst. Im Bild dargestellt sind beispielsweise einsetzbare Streckmetall-Anodenplatten aus diamantbeschichtetem Niob. Es können jedoch auch andere durchbrochen strukturierte Anodenplatten gemäß der Ansprüche 3 und 4 in diese erfindungsgemäße Zellenkonstruktion eingebunden werden, die auch aus alternativen Anodenmaterialien bzw. Aktivschichten gemäß der Ansprüche 5 und 6 bestehen können. Die Anodenplatten (6) sind in Hartrahmen (7), z. B. aus PVC-C, eingebunden, die sowohl der Abdichtung nach außen, als auch der Zu- und Abführung des Anolyten zu den Anodenplatten dienen. Der Kontaktierung der Anodenplatten (6) mit dem Elektrodengrundkörpern (1) dienen flexible Kontaktelemente (8), z. B. in Form von Platinfolien. Diese werden seitlich unter den Dichtrahmen 4 mit den Elektrodengrundkörpern kontaktiert (im Bild nicht sichtbar). Zum Schutz der Elektrodengrundkörper vor der Korrosionswirkung des gebildeten Ozons sind Isolierfolien (9) aus einem flexiblen, ozonbeständigen Material, z. B. aus PTFE zwischen den Elektrodengrundkörpern und den darauf positionierten Anodenplatten (6) einschließlich der Kontakt-Platinfolien (8) angeordnet. Die Andruckmechanismen für die Anodenplatten sind in die Elektrodengrundkörper auf deren Anodenseiten integriert. Sie bestehen aus flexiblen Zwischenlagen (10), z. B. aus weichem Teflon, den starren Andruckplatten (11) aus einem harten Kunststoff, z. B. PVC-C und den Andruckschläuchen (12), z. B. aus Silikonkautschuk. Die Andruckschläuche aller Einzelzellen sind mit einem Hydraulik- oder Pneumatiksystem verbunden, womit sie in einem für den Andruck erforderlichen Maße „aufgeblasen" werden. Damit wird erreicht, dass die Andruckplatten (11) mit den flexiblen Zwischenlagen (10) gegen die Anodenplatten angedrückt werden. Dabei dienen die flexiblen Zwischenlagen dazu, den Druck möglichst gleichmäßig auf die gesamte Fläche der Anodenplatten (6) zu verteilen und dabei mögliche Stärketoleranzen auszugleichen.
• Die Zu- und Abführung der Elektrolysemedien erfolgt durch Bohrungen und Kanäle innerhalb der Elektrodengrundkörper. Für den Deionateintritt sind in die Elektrodengrundkörper (1) unterhalb der elektrochemisch wirksamen Bereiche Eintrittssegmente (13) aus einem ozonbeständigen Kunststoff, z. B. PVC-C, eingelassen, innerhalb derer die Zuführungsbohrungen für den Anolyten verlaufen. Durch Öffnungen in den flexiblen Dichtrahmen (4) gelangt der Anolyt über Eintrittskanäle (14) innerhalb der Hart-Rahmen (7) in die Anodenräume. Gleichermaßen sind oberhalb der elektrochemisch wirksamen Bereiche Austrittsegemente (15) aus dem gleichen Material eingelassen, ausgestattet mit den Abführungsbohrungen für das Deionat und das gebildete Ozon-Sauerstoff-Gasgemisch. Diese Anolytmedien gelangen durch Austrittskanäle (16) innerhalb der Hartrahmen (7) und Öffnungen in den flexiblen Dichtrahmen (4) in diese Austrittssegmente. Die Zu- und Abführungsleitungen (17, 18) für die Kathodengase, im dargestellten Fall beispielsweise in Form von Luft, sind dagegen direkt in die Elektrodengrundkörper (1) eingebracht und mit den oberen und unteren Querkanälen zur Aufteilung auf die einzelnen Kathodenkanäle (2) verbunden.
• Die Stromzuführung zu den Elektrodenrandplatten erfolgt durch die Kathoden- und Anodenkontaktplatten (19, 20), die beispielsweise aus Kupfer bestehen.
• Bei den erfindungsgemäß einzusetzenden durchbrochen strukturierten Anodenplatten kommt es darauf an, dass ein ausreichender Durchfluss des Anolyten ermöglicht wird, um die Stromwärme und die gebildeten Gase gut abzuführen. Es muss aber auch eine möglichst große Kontaktfläche zwischen der Anode, der Festelektrolytmembran und dem Anolyten gebildet werden, da Ozon nur an dieser sogenannten Dreiphasengrenze gebildet wird. Außer den in 1 dargestellten Streckmetallanoden können auch an dere durchbrochen strukturierte Anodenplatten eingesetzt werden, wie z. B. Schlitzanoden nach Anspruch 3.
• Eine bevorzugte Ausführungsvariante ist schematisch in der 2 dargestellt. Die Durchbrechungen bestehen aus in Strömungsrichtung angeordneten Schlitzen (22), die gleichzeitig als Strömungskanäle zum An- und Abtransport der Elektrolysemedien dienen. Die mit der Katalysatorschicht ausgestattete Oberseite der Elektrode, an der die Festelektrolytmembran anliegt, ist durch Querrillen (23) strukturiert, was sich vorteilhaft auf die Ausbildung der Dreiphasengrenze auswirkt. Um die Verbindung von den Ein- und Austrittskanälen zu den Schlitzen zu ermöglichen, sind oben und unten entsprechende Einfräsungen (21) angeordnet, durch die im Betriebszustand Querkanäle ausgebildet werden.
• Als besonders vorteilhaft erwiesen sich durchbrochen strukturierte Anodenplatten nach Anspruch 4, die mit Längs- oder Querwellen ausgestattet sind, in die zusätzlich in Strömungsrichtung Schlitze und in die an die Festelektrolytmembranen angrenzenden Wellenoberseiten feine Durchbrechungen eingearbeitet sind. In der 3 ist eine solche Anodenplatte mit Querwellen beispielhaft und schematisch dargestellt. Solche speziell strukturierten durchbrochenen Anodenplatten ermöglichen sowohl eine optimale Durchströmung durch die in Strömungsrichtung angebrachten Schlitze (22), als auch die Ausbildung einer großen Dreiphasengrenzfläche in den mit feinen Durchbrechungen ausgestatteten Oberflächenbereichen (24), die im Betriebszustand an der Membran anliegen.
• Die Flächen der Anodenplatten und die Anzahl der bipolaren Einzelzellen können beliebig gewählt werden. Vorzugsweise werden jedoch 4 bis 10 bipolare Einzelzellen eingesetzt, in die Anodenplatten mit Grundflächen zwischen 100 und 1000 cm² eingebunden sind. Bei üblichen Stromdichten im Bereich zwischen 0,3 und 0,5 A/cm² ergeben sich damit Stromkapazitäten zwischen 200 und 4.000 A je Elektrolyseur. Damit lassen sich Ozon-Durchsatzmengen im Bereich 10 bis 250 g/h realisieren. Insbesondere bei den größeren Abmessungen der Anodenplatten können diese nach einem weiteren Erfindungsmerkmal in mehrere Teilabschnitte unterteilt werden, die in Strömungsrichtung nacheinander angeordnet und durchströmt werden. Damit gelingt es besser, einen gleichmäßigen Anpressdruck mittels der erfindungsgemäßen Andruckmechanismen zu erreichen.
• Mit der vorliegenden Erfindung gelingt es nicht nur, die dargestellten Nachteile der bisherigen Membrel-Zellenkonstruktionen zu überwinden, es ist auch möglich, relativ große Ozonmengen zu generieren, die frei von jeglicher Kontamination durch Blei sind und die deshalb auch im Trinkwasserbereich eingesetzt werden können.
• Gegenüber den vielfach zur Wasserdesinfektion eingesetzten ungeteilten Ozonzellen, z. B. nach DE 10 2004 015 680 besteht bei den geteilten Zellen der Vorteil, dass das gebildete Ozon-Sauerstoffgemisch nicht durch kathodisch gebildeten Wasserstoff verdünnt wird. Dadurch wird der Ozon-Partialdruck herabgesetzt, was zur Verringerung der Löslichkeit von Ozon im Wasser führt.
• In an sich bekannter Weise kann aber auch die kathodische Wasserstoffentwicklung durch eine Sauerstoffreduktion ersetzt werden, wobei die Reaktion je nach dem eingesetzten Katalysator sowohl als 4-Elektronen-Mechanismus bis zum Wasser, als auch als 2-Elektronen-Mechanismus nur bis zum Wasserstoffperoxid geführt werden kann.
• Anwendungsbeispiel:
• Eine nach dem in 1 dargestellten Konstruktionsprinzip aufgebaute Pilotzelle bestand aus 3 bipolaren Elektrodenplatten und den beiden Randplatten mit Stromzuführungen, zusammengespannt mit einem Spannrahmen aus Edelstahl mit je einer Isolierplatte aus EPDM zwischen Rahmen und Kontaktplatte. Die aus diamantbeschichtetem Niob-Streckmetall bestehenden vier Anodenplatten hatten die Abmessungen 300 × 60 mm. Diese aus insgesamt 4 in Reihe geschalteten Einzelzellen bestehende Ozonzelle wurde mit einem Strom von maximal 90 A betrieben, einer Stromdichte von 0,5 A/cm² entsprechend. Als Festelektrolyt-Membranen wurden Nafion N450-Kationenaustauschermembranen eingesetzt, die auf der Kathodenseite mit den durch Platin aktivierten Gasdiffusionselektroden laminiert waren. Der Anpressdruck im Pneumatiksystem wurde auf 4 Bar eingestellt. Dadurch konnte bei allen vier Einzelzellen ein gleichmäßiger Andruck der Elektroden an die Membranen erreicht und während des Betriebes aufrecht erhalten werden.
• Die Kathodenräume wurden mit Luft beschickt. Über die Anodenräume wurde Deionat mittels einer Umlaufpumpe über einen Gasabscheider und Wärmeaustauscher im Kreislauf gefördert. Mittels des Wärmeaustauschers wurde die Anolyttemperatur auf etwa 20°C eingestellt. Das im Gasabscheider abgetrennte Ozon-Sauerstoff-Gemisch wurde analysiert. Es wurde eine gebildete Ozonmenge von 22,5 g/h erhalten, einer Stromausbeute von 20,9% entsprechend.
• Eine der Anodenplatten wurde ersetzt eine durchbrochen strukturierte Anodenplatte aus Titan nach Anspruch 4 (3), galvanisch beschichtet mit ca. 5 μm Platin. Das separat nach außen geführte Ozon-Luftgemisch wurde analysiert. Bei einer Stromdichte von 0,3 A/cm² (54 A) wurde eine Stromausbeute der Ozonbildung von 16,5% erreicht.
• 1

A

Anodenrandplatte mit Stromzuführung

B

bipolare Elektrodenplatte

C

Kathodenrandplatte mit Stromzuführung

1

Elektrodengrundkörper aus imprägniertem Graphit

2

Kathodenkanäle für den Luftdurchtritt mit Stegen für die Kontaktierung der GDL

3

Gas-Diffusions-Lagen (GDL)

4

Dichtrahmen aus flexiblem Kunststoff (z. B. Viton)

5

Festelektrolyt-Kationenaustauschermembran

6

Durchbrochen strukturierte Anodenplatte (z. B. Niob-Streckmetall, diamantbeschichtet)

7

Hart-Rahmen zur Einbindung der Anoden

8

Flexible Kontaktelemente zur Anodenkontaktierung (z. B. aus Platinfolien)

9

Isolierfolie (z. B. aus PTFE)

10

Flexible Zwischenlage (z. B. aus weichem Teflon)

11

starre Andruckplatte (z. B. aus PVC-C)

12

Andruck-Schäuche (pneumatisch oder hydraulisch)

13

Eintrittssegment für Deionat (z. B. aus PVC-C)

14

Eintrittskanäle für Deionat

15

Austrittssegment für das Deionat-Ozon-Sauerstoff-Gemisch (z. B. aus PVC-C)

16

Austrittskanäle für das Deionat-Ozon-Sauerstoff-Gemisch

17

Zuführungsleitung für die Kathodengase (z. B. Luft)

18

Abführungsleitung für die Kathodengase

19

Kathodenkontaktplatte mit Stromzuführung

20

Anoden-Kontaktplatte mit Stromzuführung.

• 2 und 3

21

Einfräsungen zur Ausbildung von Querkanlälen

22

Durchbrechungen in Form von Schlitzen in Strömungsrichtung (Strömungskanäle)

23

Oberflächenstrukturierung durch Querrillen

24

Oberflächenbereiche mit feinen Durchbrechungen

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• - EP 068522 [0002]
• - DE 19842396 [0005]
• - EP 1031645 [0005]
• - DE 102004015680 [0005, 0019]
• - DE 10025167 [0005]
• - DE 4227732 [0006]
• - DE 29504323 [0006]
• - DE 19606606 [0006]
• - DE 29613308 [0006]
• Zitierte Nicht-Patentliteratur
• - S. Stucki: „Reaktions- und Prozesstechnik der Membrel-Wasser-Elektrolyse", DECHEMA-Monographien, Verlag Chemie 94 (1983) 211 [0002]

Claims (12)

1. Elektrolysezelle mit hoher Stromkapazität zur Herstellung eines Ozon-Sauerstoffgemisches, bestehend aus je zwei Elektrodenrandplatten mit Stromzuführung und mindestens einer bipolaren Elektrodenplatte, die durch Festelektrolyt-Membranen miteinander kontaktiert sind und mittels eines Spannrahmens zusammengepresst werden, gekennzeichnet dadurch, dass • Elektrodengrundkörper (1) aus imprägnierten Graphit verwendet werden, in die sämtliche Zu- und Abführungsleitungen für die Elektrolysemedien (13, 15, 17, 18), dazu kathodenseitig die Strömungskanäle für die Katholytmedien (2) und anodenseitig hydraulische oder pneumatische Andruckmechanismen (10, 11, 12) eingearbeitet sind, • anodenseitig durchbrochen strukturierte Anodenplatten (6) aus einem mit einer Aktivschicht versehenen selbstpassivierenden Metall angeordnet sind, eingefasst in Anodenrahmen aus Kunststoff (7), welche mit Strömungskanälen (14, 16) für den Transport der Anolytmedien zu bzw. von den durchbrochen strukturierten Anodenplatten ausgestattet sind, • die Andruckmechanismen aus pneumatisch oder hydraulisch aufblasbaren Andruckschläuchen 12) gebildet werden, die mittels beweglich angeordneter Andruckplatten (10, 11) die Anodenplatten gegen die Festelektrolytmembranen (5) anpressen, • die Anodenrahmen und Anodenplatten durch isolierende, flexible Kunststofffolien (9) von den Elektrodengrundplatten (1) mit den eingearbeiteten Andruckmechanismen 10, 11, 12) getrennt sind, • die Kontaktierung der Anodenplatten (6) mittels Kontaktfolien (8) erfolgt, die seitlich an den isolierenden Kunststofffolien (9) vorbei oder unterhalb der Anodenrahmen (7) durch diese hindurch mit den Elektrodengrundkörpern (1) verbunden sind,
2. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die durchbrochen strukturierten Anodenplatten (6) aus Streckmetallen bestehen.
3. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die durchbrochen strukturierten Anoden (6) aus Blechen bestehen, in die in Strömungsrichtung Schlitze (22) eingearbeitet sind (Schlitzanoden).
4. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die durchbrochen strukturierten Anodenplatten (6) mit Längs- oder Querwellen ausgestattet sind, in die zusätzlich in Strömungsrichtung Schlitze (22) und in die an die Festelektrolytmembranen angrenzenden Wellenoberseiten feine Durchbrechungen (24) eingearbeitet sind.
5. Elektrolysezelle nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, dass die Aktivschichten der Anodenplatten (6) aus dotiertem Diamant, aus einem Edelmetall oder einem Edelmetalle enthaltendem Oxid bestehen.
6. Elektrolysezelle nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, dass als selbstpassivierende Metalle für die Anodenplatten (6) Niob, Tantal, Titan oder Zirkonium eingesetzt werden.
7. Elektrolysezelle nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, dass die Anodenplatten aus mehreren in Strömungsrichtung nacheinander durchströmten Teilabschnitten gebildet werden.
8. Elektrolysezelle nach den Ansprüchen 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, dass als Festelektrolytmembranen Kationenaustauschermembranen mit einer perfluorierten Kunstharzmatrix bestehen.
9. Elektrolysezelle nach den Ansprüchen 1 bis 8, gekennzeichnet dadurch, dass zwischen den Kathodenkanälen und der Festelektrolytmembran eine Gas-Diffusions-Lage (GDL) angeordnet ist, die mittels der Anpressmechanismen einerseits an die Stege zwischen den Kathodenkanälen, andererseits an die Festelektrolytmembranen angepresst und mit diesen kontaktiert werden.
10. Elektrolysezelle nach den Ansprüchen 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch, dass in die Elektrodengrundkörper Ein- und Austrittssegmente aus einem Kunststoff eingearbeitet sind, die eine gegenüber dem Graphitgrundkörper isolierte Zu- und Abführung der Anolytmedien ermöglichen.
11. Elektrolysezelle nach den Ansprüchen 1 bis 10, gekennzeichnet dadurch, dass die beweglich angeordneten Andruckplatten der Andruckmechanismen aus starren Platten 10 bestehen, die in Richtung der Anode mit flexiblen Zwischenlagen 11 ausstattet sind.
12. Elektrolysezelle nach den Ansprüchen 1 bis 11, gekennzeichnet dadurch, dass 4 bis 10 bipolare Einzelzellen mit einer Fläche der einzelnen Anodenplatten von 100 bis 1000 cm².