DE19622427A1

DE19622427A1 - Elektrolysezelle

Info

Publication number: DE19622427A1
Application number: DE19622427A
Authority: DE
Inventors: Takayuki Shimamune; Yoshinori Nishiki; Takahiro Ashida; Yasuo Nakajima
Original assignee: Permelec Electrode Ltd
Current assignee: De Nora Permelec Ltd
Priority date: 1995-06-05
Filing date: 1996-06-04
Publication date: 1996-12-12
Also published as: ITRM960385A0; US5766429A; ITRM960385A1; IT1284656B1; JPH08333693A

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrolysezelle, in der eine Gasdiffusionselektrode verwendet wird, sie betrifft insbesondere eine Elektrolysezelle beispielsweise eine Chloralkali-Elektrolysezelle, in der eine Gasdiffusionselektrode verwendet wird.

Die industrielle Elektrolyse, beispielsweise die Alkalilaugen-Elektrolyse, spielt eine wichtige Rolle in der Rohstoffindustrie. Die für eine solche Elektrolyse erforderliche Energie ist jedoch hoch. Da die Energiekosten für eine solche Elektrolyse hoch sind, ist die Energieerhaltung (Energieeinsparung) ein wichti ges Ziel. Bei der Alkalilaugen-Elektrolyse kann das Elektrolyseverfahren überführt werden von einem Quecksilberverfahren über ein Diaphragmaverfah ren in ein Ionenaustausch-Membranverfahren und durch die Umwandlung können Energieeinsparungen von etwa 40% erreicht werden. Aber auch sol che Energieeinsparungen sind unzureichend, da die elektrische Energie etwa 50% der gesamten Produktionskosten ausmacht.

Mit den derzeitigen Elektrolyseverfahren ist es unmöglich, mehr Energie ein zusparen.

Zur Erzielung weiterer Energieeinsparungen wurde eine Gasdiffusionselektro lyse entwickelt, die auf dem Gebiet der Elektrolysezellen, z. B. der Brennstoff zellen, erforscht und entwickelt worden ist. Wenn eine Gasdiffusionselektrode auf eine Natriumchlorid-Elektrolyse vom Ionenaustauschmembran-Typ ange wendet wird, bei der die Energieeinsparungen derzeit am höchsten sind, sind Energieeinsparungen von mehr als 50% möglich, wie die nachstehende Glei chung zeigt. Es wurden daher viele Versuche unternommen, eine Gasdiffusi onselektrode für Elektrolysen einzusetzen.

2 NaCl + 2 H₂O → Cl₂ + 2 NaOH + H₂ E₀ = 2,21 V

2 NaCl + 1/2 O₂ + H₂O → Cl₂ + 2 NaOH E₀ = 0,96 V

Der Aufbau (die Struktur) der für die Alkalilaugen-Elektrolyse verwendeten Gasdiffusionselektrode ist derjenige (diejenige) vom semihydrophoben (Wasser abstoßenden) Typ und sie hat einen solchen Aufbau (eine solche Struktur), bei der eine hydrophile Reaktionsschicht an einer Wasser abwei senden Gasdiffusionsschicht haftet. Die Energieeinsparungen aufgrund der Materialien dieser Gasdiffusionselektroden sind erhöht und führen zu einer Abnahme der Zellenspannung.

Andererseits wurden auch die Energieeinsparungen durch den Aufbau (die Struktur) der obengenannten Gasdiffusionselektrode untersucht und eine Verminderung der Badspannung wurde ebenfalls erzielt durch enges Kontak tieren oder in Berührungbringen der Ionenaustauschmembran mit der Gasdif fusionselektrode. Bei diesem Aufbau (Struktur) wird die an einer Gasdiffusi onskathode gebildete Natronlauge (Natriumhydroxid) durch die Reaktions schicht und die Gasdiffusionsschicht hindurch in eine Kathodenkammer (Gaskammer) abgezogen. Damit das Natriumhydroxid die Gasdiffusionsschicht durchdringen kann, ist es erforderlich, die Größe und Verteilung der Perfora tionen (Löcher) der Gasdiffusionsschicht zu steuern (zu kontrollieren). Bei ei nem solchen Aufbau (Struktur) ist es nicht erforderlich, die Druckverteilung zu berücksichtigen, selbst wenn die Elektrolysezelle hoch ist, da die Druckdiffe renz durch die Höhe der Gaskammer-Seite nicht beeinflußt wird. Außerdem wird der elektrische Widerstand der Natriumhydroxidlösung (Katholyt) mini miert, wodurch die Zellenspannung niedrig gehalten werden kann. Der Aufbau (die Struktur) hat jedoch den Nachteil, daß das Natriumhydroxid, das auf die Gaskammer-Seite permeiert ist, an der Oberfläche der Gasdiffusionselektrode verbleiben und die Perforationen der Gasdiffusionsschicht verstopfen kann. Dieser Nachteil ist besonders ausgeprägt in einer großen praktischen Elektro lysezelle. Das heißt, die Zuführung des Ausgangsmaterial-Gases und die Entfernung des dadurch gebildeten Gases werden gestört. Als Ergebnis davon kann die elektrische Stromverteilung ungleichmäßig werden und die Zellen spannung kann ansteigen. Dies ist ein Hauptproblem bei der Herstellung gro ßer Elektrolysezellen.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben gefunden, daß dann, wenn die Elektrolyse unter Verwendung einer kleinen experimentellen Elektrolysezelle mit einem Durchmesser von etwa 5 cm durchgeführt wird, die Stromdichte 30 A/dm² und die Badspannung 2 bis 2,2 Volt betragen. Wenn die Höhe der Elektrolysezelle jedoch um etwa 25 cm gesteigert wird, um die Elektrolyse- Fläche zu vergrößern, wird die Zellenspannung höher als 2,5 Volt. Außerdem wird dann, wenn die Größe der Elektrolysezelle weiter gesteigert wird, es un möglich, eine Elektrolyse bei einer Stromdichte von 30 A/dm² durchzuführen. Der Grund dafür ist der, daß das dadurch gebildete Natriumhydroxid und dgl. die Oberfläche der Gasdiffusionselektrode bedeckt und die Poren verstopft. Als Folge davon wird die Gaszufuhr behindert. Dieses Problem kann auch nicht gelöst werden durch Regelung (Kontrolle) der Benetzbarkeit der Gaszu führungsoberfläche.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Elektrolysezelle, insbe sondere eine Chloralkali-Elektrolysezelle, zu entwickeln, in der eine Gasdiffu sionselektrode verwendet wird, welche die bei konventionellen Verfahren auf tretenden Probleme löst. Das heißt, Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, zu verhindern, daß ein Elektrolyt wie Natriumhydroxid und dgl. die Oberfläche der Gasdiffusionselektrode bedeckt, wodurch die Zuführung des Ausgangsmateri al-Gases und die Abführung des gebildeten Gases nicht glatt durchgeführt werden können.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Elektrolysezelle, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie durch eine Ionenaustauschmembran in eine An odenkammer und in eine Kathodenkammer unterteilt ist, wobei mindestens die Anode und/oder die Kathode in engem Kontakt mit der Ionenaustauschmem bran steht unter Bildung einer Gasdiffusionselektrode, und daß eine Stromzu führungseinrichtung mit einer oder mehr Leitungen (Führungen) zur Entfer nung des gebildeten, die Oberfläche der Gasdiffusionselektrode bedeckenden Elektrolyten in einem solchen Zustand angeordnet ist, daß sie mit der Gasdif fusionselektrode in engem Kontakt stehen, so daß mindestens ein Teil des gebildeten Elektrolyten unter Verwendung von Abzugsleitung(en)(-führungen) von der Gasdiffusionselektrode abgetrennt (entfernt) wird.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht eines Beispiels der erfindungs gemäßen Elektrolysezelle;

Fig. 2 eine partielle Seitenansicht der Stromzuführungseinrichtung, die in der in Fig. 1 dargestellten Elektrolysezelle angeordnet ist, und

Fig. 3 eine Seitenansicht eines Beispiels einer anderen Stromzuführungsein richtung.

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend näher beschrieben.

Erfindungsgemäß ist eine Stromzuführungseinrichtung, die dazu dient, den gebildeten Elektrolyten zu entfernen, beispielsweise eine Jalousie, nahe bei der Oberfläche einer Gasdiffusionselektrode auf der gegenüberliegenden Seite einer Ionenaustauschmembran angeordnet. Die Oberfläche der Gasdif fusionselektrode wird von einem Elektrolyten bedeckt, der die Gasdiffusions schicht durchdringt. Der die Oberfläche der Gasdiffusionselektrode erreichen de Elektrolyt wird mit der Jalousie und dgl. in Kontakt gebracht, unter Ausnut zung der Neigung der Jalousie und dgl. nach unten gelenkt und von der Ober fläche der Gasdiffusionselektrode abgetrennt. Dadurch werden eine Bedec kung der Oberfläche der Gasdiffusionselektrode und eine Verstopfung der Perforationen der Gasdiffusionselektrode durch den Elektrolyten verhindert. Auf diese Weise werden die Zuführung des Ausgangsmaterial-Gases und die Abführung (Entfernung) des dadurch gebildeten Gases glatt durchgeführt. Eine Ungleichmäßigkeit der elektrischen Stromverteilung und ein Anstieg der Zel lenspannung, die in großen Elektrolysezellen auftreten können, werden ver hindert.

Es besteht keine spezielle Beschränkung in bezug auf die für die erfindungs gemäße Elektrolysezelle verwendete Gasdiffusionselektrode. So kann bei spielsweise eine Gasdiffusionselektrode, die eine Reaktionsschicht und eine Gasdiffusionsschicht umfaßt, verwendet werden. Es ist zweckmäßig, daß in der Gasdiffusionsschicht der Gasdiffusionselektrode zur Beibehaltung der Wasserabstoßung die Menge an fluoriertem Kohlenwasserstoff, wie PTFE- Harz, auf etwa 60 bis 70% erhöht wird. Andererseits beträgt in der Reaktions schicht der Gehalt an Fluorkohlenstoffverbindung vorzugsweise etwa 35 bis 45%, um eine ausreichende Wasserabstoßung und ausreichende hydrophile Ei genschaften beizubehalten.

Die vorstehend beschriebene Reaktionsschicht kann hergestellt werden mit Kohlenstoff, beispielsweise Ruß, und einem Bindemittel, um ihr auf übliche Weise wasserabstoßende Eigenschaften zu verleihen, oder sie kann herge stellt sein aus einer verkneteten Mischung aus Silber und einer Fluorkohlen stoffverbindung, beispielsweise einem PTFE-Harz. Der Grund für die Zugabe der Fluorkohlenstoffverbindung ist der, daß, obgleich das PTFE-Harz wasser abstoßend ist, das Harz in hochkonzentriertem Alkali hydrophil werden kann. Das PTFE-Harz wird jedoch nicht hydrophil, wenn die Fluorkohlenstoffverbin dung vorhanden ist.

Andererseits kann die Gasdiffusionsschicht hergestellt werden aus einer ver kneteten Mischung aus Kohlenstoff und einem PTFE-Harz auf übliche Weise, ohne Berücksichtigung der Korrosion der Schicht. Selbstverständlich kann aber auch Silber als die vorstehend beschriebene Reaktionsschicht verwendet werden. Zur Erzielung einer höheren Wasserabstoßung kann ein wasserab stoßend machendes Material an der Gasdiffusionselektrode befestigt oder mit dieser gemischt werden durch Anwendung eines Suspensionsplattierungsver fahrens, eines thermischen Zersetzungsverfahrens oder eines Verfahrens zur Einmischung und Sinterung von Silber. Außerdem kann auf der Oberfläche der Gasdiffusionsschicht eine Schutzschicht erzeugt werden, um wirksamer zu verhindern, daß die Gasdiffusionsschicht hydrophil wird.

Es besteht keine spezielle Beschränkung in bezug auf die Verfahren zur Er zeugung der Reaktionsschicht und der Gasdiffusionsschicht. Es ist nicht erfor derlich, ein kompliziertes Verfahren zur Sinterung von metallischem Silber al lein anzuwenden. Die Schicht kann nach dem gleichen Verfahren hergestellt werden wie das Verfahren zur Härtung von Kohlenstoff mit einem Bindemittel wie bei einer konventionellen Gasdiffusionselektrode und die Schicht kann durch Warmpressen und dgl. gesintert werden.

Erfindungsgemäß ist eine Stromzuführungseinrichtung, die dazu dient, einen elektrischen Strom zuzuführen und einen gebildeten Elektrolyten abzuführen (zu entfernen), nahe an der Oberfläche der gegenüberliegenden Seite der Gasdiffusionselektrode auf der Seite, mit der die Ionenaustauschmembran in engen Kontakt kommt, in der Regel die Gasdiffusionsschicht-Seite, angeord net. Da die Stromzuführungseinrichtung dazu dient, ein flüssiges Produkt von der Oberfläche der Gasdiffusionselektrode schnell zu entfernen (abzuziehen), um eine glatte Zuführung des Ausgangsmaterial-Gases und eine glatte Entfer nung des dadurch gebildeten Gases zu ermöglichen, reicht es aus, wenn die Stromzuführungseinrichtung nur auf das Gaskammer-Seite angeordnet ist, auf der die Flüssigkeit gebildet wird. Das heißt, wenn die erfindungsgemäße Elek trolysezelle als Chloralkali-Elektrolysezelle verwendet wird, ist es nahezu be deutungslos, die Stromzuführungseinrichtung auf der Anodenkammer-Seite anzuordnen, da auf dieser Seite nur ein Chlorgas gebildet wird und keine ge bildete Flüssigkeit vorliegt. Andererseits wird in der Kathodenkammer Natri umhydroxid als Flüssigkeit erhalten und da das Natriumhydroxid die Oberflä che der Gasdiffusionselektrode bedeckt unter Behinderung der Zufuhr eines Sauerstoff enthaltenden Gases, kann durch Anordnung der Stromzuführungs einrichtung auf dieser Seite das flüssige Natriumhydroxid mit der Jalousie und dgl. der Stromzuführungseinrichtung in Kontakt gebracht und entfernt werden unter Verbesserung des Elektrolyse-Wirkungsgrades (der Elektrolyse- Ausbeute).

Vorzugsweise hat die Stromzuführungseinrichtung eine solche Form, daß sie nur mit einem Teil der Oberfläche der Gasdiffusionselektrode in Kontakt kommt, so daß die Zuführung des Ausgangsmaterial-Gases glatt durchgeführt werden kann. So können beispielsweise poröse Materialien, z. B. expandierte Gitter und dgl., oder eine Vielzahl von schmalen Platten oder eine Vielzahl von Stäben mit einem geeigneten Abstand dazwischen angeordnet sein. Außer dem kann eine Vielzahl von Einschnitten (Schlitzen) in ein tafelförmiges Mate rial vorgenommen werden und die Einschnitte (Schlitze) können in der glei chen Richtung in Form einer Jalousie vorstehen.

Die Stromzuführungseinrichtungen benötigen eine oder mehr Führungen (Leitungen) zur Entfernung des von der Ionenaustauschmembran-Seite her durch die Gasdiffusionselektrode hindurch eindringenden Elektrolyten. Die Führung(en) (Leitung(en) arbeitet in der Weise, daß sie den Elektrolyten damit in Kontakt bringt, nach unten lenkt und den Elektrolyten von der Oberfläche der Gasdiffusionselektrode entfernt. Die Führungen (Leitungen) müssen daher schräg nach unten gerichtet (abgeschrägt) sein. Im Falle einer Vielzahl von schmalen Platten oder einer Vielzahl von Stäben, wie vorstehend beschrieben, können sie in Kontakt mit der Gasdiffusionselektrode in einer schrägen Positi on angeordnet sein. Wenn die in dem tafelförmigen Material erzeugten Ein schnitte (Schlitze) vorstehen, können die nach unten gerichteten Einschnitte (Schlitze) so vorstehen, daß jede Spitze derselben schräg nach unten zeigt. Im Falle der Verwendung eines expandierten Gitters kann eine Vielzahl von Stä ben und dgl., wie vorstehend beschrieben, auf der Oberfläche desselben an geordnet sein, oder es können Jalousien getrennt hergestellt und können an der Oberfläche derselben befestigt werden.

Wenn eine Vielzahl von Entfernungsleitungen(-führungen) gebildet wird, bleibt der gebildete Elektrolyt zwischen jeweils zwei Leitungen (Führungen) zurück, wenn der Zwischenraum zwischen den benachbarten Leitungen (Führungen) zu gering ist. Es ist daher bevorzugt, daß der Zwischenraum 5 bis 100 mm be trägt.

Es ist zweckmäßig, daß die Stromzuführungseinrichtung aus einem Material hergestellt ist, die Kupfer, Nickel, Silber oder eine Legierung umfaßt. Wenn die Stromzuführungseinrichtung aus einem anderen Material als Silber hergestellt ist, ist es bevorzugt, die Oberfläche derselben mit Silber zu beschichten.

Da der gebildete Elektrolyt sich nach unten bewegen kann, während er mit der Leitung (Führung) in Kontakt steht, muß außerdem die Leitung (Führung) nicht nur schräg sein, sondern auch nach unten hängen. Es ist erwünscht, daß das untere Ende der Leitung (Führung) einen spitzen Winkel bildet, so daß der gebildete Elektrolyt, der das untere Ende der Leitung (Führung) erreicht, von dem unteren Ende herabtropfen oder nach unten fließen kann.

In einer Elektrolysezelle, insbesondere einer großen industriellen Elektrolyse zelle, in der eine Gasdiffusionselektrode verwendet wird, die eine Stromzufüh rungseinrichtung aufweist, die mit solchen Entfernungsleitungen ausgestattet ist, passiert das an der Reaktionsschicht der Gasdiffusionselektrode gebildete flüssige Produkt die Gasdiffusionsschicht und bleibt an der Oberfläche der Gasdiffusionselektrode. Dadurch können eine ungleichmäßige Stromverteilung und ein Anstieg der Badspannung auftreten. Das flüssige Produkt kann jedoch durch die Entfernungsleitung(en) von der Oberfläche der Gasdiffusionselek trode in einen unteren Abschnitt eingeführt werden. Dadurch kann das flüssige Produkt von der Oberfläche der Gasdiffusionselektrode entfernt werden. Da das Ausgangsmaterial-Gas glatt zugeführt werden kann, ohne daß das flüssi ge Produkt an der Oberfläche der Gasdiffusionselektrode zurückgehalten wird, können daher die Nachteile der Ungleichmäßigkeit der Stromverteilung und des Anstiegs der Zellenspannung, die im Falle der Verwendung einer konven tionellen Gasdiffusionselektrode auftreten, vermieden werden.

Fig. 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Beispiels für die Elektrolysezelle, Fig. 2 zeigt eine partielle Seitenansicht der in der in Fig. 1 dargestellten Elektrolysezelle verwendeten Stromzuführungseinrichtung und Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht eines Beispiels für eine andere Stromzufüh rungseinrichtung, wie sie erfindungsgemäß verwendet wird.

Wie in der Fig. 1 dargestellt, wird eine Elektrolysezelle 1 durch eine Ionenaus tauschmembran 2 in eine Anodenkammer 3 und in eine Kathodenkammer 4 unterteilt. In der Anodenkammer 4 ist eine dimensionsbeständige Anode 5 an geordnet, die besteht aus einem expandierten Gitter, das in engem Kontakt mit der Ionenaustauschmembran 2 steht, und in der Kathodenkammer 4 ist eine Gasdiffusionskathode 6 angeordnet, die umfaßt eine Reaktionsschicht und eine Gasdiffusionsschicht, die in engem Kontakt steht mit der Ionenaus tauschmembran 2.

An der Gasdiffusionskathode 6 ist eine rohrförmige Stromzuführungseinrich tung 9 installiert, an der in Längsrichtung eine Vielzahl von Jalousien 8 er zeugt worden ist, die durch nach außen vorstehende Einschnitte (Schlitze) 7 gebildet werden und in Querrichtung einen Abstand voneinander haben, die in engem Kontakt mit der Gasdiffusionskathode 6 steht.

An der Seitenwand des unteren Abschnitts und an der Seitenwand des oberen Abschnitts der Anodenkammer 3 befindet sich ein Anolyt-Einlaß 10 bzw. ein Anolyt-Auslaß 11 und an der Seitenwand des oberen Abschnitts und am Bo den der Kathodenkammer 4 befinden sich ein Einlaß 12 für ein Sauerstoffgas enthaltendes Gas und ein Natriumhydroxid-Auslaß 13.

Wenn ein elektrischer Strom durch beide Elektroden fließt, während eine wäß rige Lösung von Natriumchlorid der Anodenkammer 3 der Elektrolysezelle 1 und ein Sauerstoff enthaltendes Gas der Kathodenkammer 4 zugeführt wer den, wird in der Anodenkammer Wasserstoffgas gebildet und in der Nähe der Ionenaustauschmembran 2 der Gasdiffusionskathode 6 wird Natriumhydroxid gebildet. Das Natriumhydroxid passiert die Gasdiffusionskathode 6 und er reicht die Stromzuführungseinrichtungsseite 9 der Gasdiffusionskathode 6. Das Natriumhydroxid wird mit der Jalousie 8 in Kontakt gebracht, fließt entlang der Oberfläche jeder Jalousie entsprechend der Neigung der Jalousien 8 nach unten, tropft von dem unteren Ende jeder Jalousie 8 herunter und wird am Bo den der Elektrolysezelle 1 abgezogen. Die Oberfläche der Gasdiffusionska thode 6 ist daher nicht mit dem gebildeten Natriumhydroxid bedeckt und selbst bei einer großen Elektrolysezelle treten die Probleme der Ungleichmäßigkeit der Stromverteilung und der Verringerung der Zellenspannung nicht auf.

Die in Fig. 2 dargestellten Jalousien können durch eine Vielzahl von Stäben 14 ersetzt werden, die als Stromzuführungseinrichtungen fungieren, die direkt auf der Oberfläche der Gasdiffusionskathode 6 angeordnet sind, wie in Fig. 3 dargestellt. Auch in diesem Falle wird das Natriumhydroxid, das die Gasdiffu sionskathode 6 erreicht, mit den Stäben 14 in Kontakt gebracht, fließt entlang der Stäbe 14 nach unten und wird von der Oberfläche der Gasdiffusionskatho de 6 entfernt.

Beispiele für die Elektrolyse, bei der die erfindungsgemäße Elektrolysezelle verwendet wird, werden nachstehend beschrieben, die Erfindung ist auf diese Beispiele jedoch nicht beschränkt. Alle darin angegebenen Teile, Prozentsät ze, Verhältnisse und dgl. sind, wenn nichts anderes angegeben ist, auf das Gewicht bezogen.

Beispiel 1

Ein Silberschaum mit einer Dicke von 1 mm, der Perforationen mit einer Porosität von 90% und einen Poren-Durchmesser von 0,2 bis 1 mm aufwies, wurde als Substrat verwendet. Eine durch Verkneten einer Suspension eines Silber-Pulvers mit einer Teilchengröße von 1 bis 5 um und eines PTFE-Harzes hergestellt Silberpaste wurde in Form einer Schicht auf eine Oberfläche des Substrats aufgebracht und anschließend 10 min lang bei 350°C gebrannt.

Dann wurde eine wäßrige Lösung von Chlorplatin(IV)säure in Form einer Schicht auf die Oberfläche aufgebracht und anschließend auf 250°C erhitzt, während ein Gasgemisch aus Wasserstoff und Argon (Verhältnis 1 : 1) floß unter Bildung einer Gasdiffusionselektrode mit darauf befindlichem Platin.

Die Gasdiffusionselektrode wurde in einer Kathodenkammer einer Natrium chlorid-Elektrolysezelle (Höhe 25 cm, Breite 5 cm), die durch eine Kationen austauschmembran (Nafion 90209, hergestellt von der Firma E. I. du Pont de Nemours and Company) in eine Anodenkammer und eine Kathodenkammer in der Weise unterteilt war, daß eine Reaktionsschicht-Seite, die das vorstehend beschriebene Silber aufwies, der Kationenaustauschmembran gegenüberlie gend angeordnet war. Als Anode wurde eine dimensionsbeständige stabile Anode, bestehend aus einem expandierten Titan-Gitter mit einer Dicke von 0,5 mm, auf dem sich Rutheniumoxid befand, verwendet.

Einschnitte (Schlitze) in Form einer Jalousie, die jeweils eine Breite von 5 mm, einen Abstand von 10 mm und eine Länge von 10 mm hatten, wurden in einer Silberplatte mit einer Dicke von 1 mm erzeugt und als Stromzuführungseinrich tung verwendet. Die Jalousie-Einschnitte (Schlitze) wurden in Richtung der Höhe der Silberplatte mit einem Abstand von 25 mm erzeugt und jede Spitze des Jalousieeinschnitts war unter einem Winkel von 60° zur Oberfläche der Elektrode nach unten abgeschrägt.

Dann wurde die Elektrolyse bei einer Stromdichte von 30 A/dm² durchgeführt, während ein mit Wasser gesättigtes Sauerstoffgas der Kathodenkammer der Elektrolysezelle und 200 g/l einer wäßrigen Natriumchloridlösung der Anoden kammer zugeführt wurden. Die beobachtete Zellenspannung betrug 2,1 Volt, es wurde 35%ies Natriumhydroxid erhalten und die Stromausbeute betrug 93 bis 95%.

Vergleichsbeispiel 1

Wenn die Elektrolyse unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 durchgeführt wurde, wobei diesmal jedoch ein mit Silber plattiertes expandier tes Nickelgitter mit einer Dicke von 0,5 mm und einer Porosität von 70% als Stromzuführungseinrichtung auf der Kathodenseite anstelle einer Vielzahl von Silberplatten verwendet wurde, betrug die Zellenspannung über 2,7 Volt, es konnte keine Elektrolyse auf stabile Weise durchgeführt werden und die Elek trolyse konnte nicht fortgesetzt werden, ohne die Stromdichte herabzusetzen. Dies wurde durch einen dünnen Natriumhydroxidfilm hervorgerufen, der an der gegenüberliegenden Oberfläche der Gasdiffusionselektrode auf der Ionenaus tauschmembran-Seite haftete, wodurch eine glatte Zufuhr von Sauerstoffgas verhindert wurde.

Beispiel 2

Die Elektrolyse wurde unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 durchgeführt, wobei diesmal jedoch der Abstand zwischen den Silberplatten geändert wurde. Wenn der Abstand 5 mm betrug, betrug die Zellenspannung 2,5 Volt und ein Teil des gebildeten Natriumhydroxids blieb zwischen den be nachbarten Silberplatten zurück. Wenn der Abstand der Silberplatten auf 10 bis 50 mm geändert wurde, wurde die Zellenspannung in dem Bereich von 2,05 bis 2,1 Volt gehalten. Wenn der Abstand zwischen den Silberplatten auf 50 bis 100 mm geändert wurde, stieg die Zellenspannung an mit zunehmen dem Abstand und wenn der Abstand 100 mm betrug, wurde auf der Rückseite der Elektrode eine geringfügige Retention des gebildeten Natriumhydroxids beobachtet. Wenn der Abstand mehr als 100 mm betrug, stieg die Menge an erhaltenen Natriumhydroxid weiter an, ebenso die Zellenspannung.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit eine Elektrolysezelle, die durch eine Ionenaustauschmembran in eine Anodenkammer und eine Katho denkammer unterteilt ist, wobei mindestens eine Kathode und/oder eine Anode in engem Kontakt steht mit der Ionenaustauschmembran unter Bildung einer Gasdiffusionselektrode und in der eine Stromzuführungseinrichtung mit einer oder mehreren Leitungen zur Entfernung eines gebildeten Elektrolyts, welcher die Oberfläche der Gasdiffusionselektrode bedeckt, so vorgesehen ist, daß sie mit der Gasdiffusionselektrode in engem Kontakt steht, so daß mindestens ein Teil des gebildeten Elektrolyts durch Verwendung der Entfernungsleitung(en) von der Gasdiffusionselektrode abgetrennt und abgeführt wird.

In der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle wird der gebildete Elektrolyt, bei spielsweise Natriumhydroxid, der die Gasdiffusionselektrode passiert und die Oberfläche derselben erreicht, durch die Entfernungsleitung(en) in Richtung auf den unteren Abschnitt in der Elektrolysezelle entfernt, ohne daß er an der Oberfläche der Gasdiffusionselektrode verbleibt. Dadurch wird die Retention des gebildeten Elektrolyten, der an der Oberfläche der Gasdiffusionselektrode verbleibt und die Perforationen der Gasdiffusionselektrode verstopft unter Verhinderung der Zufuhr des Ausgangsmaterial-Gases und der Entfernung des gebildeten Gases im Falle des Fehlens der Entfernungsleitung(en) durch Anordnung der Entfernungsleitung(en) verhindert. Dadurch können eine ein heitliche Stromverteilung und eine niedrigere Zellenspannung erzielt werden.

Als vorstehend beschriebene Entfernungsleitung(en) kann eine Platte mit dar aus vorstehenden Jalousien oder eine Platte mit einer darauf angeordneten Vielzahl von schmalen Platten oder Vielzahl von Stäben, die parallel zueinan der angeordnet sind, verwendet werden. In jedem Fall wird die Retention des gebildeten Elektrolyten an der Oberfläche der Gasdiffusionselektrode verhin dert.

Wenn der Abstand zwischen den benachbarten Entfernungsleitungen zu ge ring ist, bleibt der gebildete Elektrolyt zwischen den Leitungen aufgrund seiner Oberflächenspannung zurück, während dann, wenn der Abstand zu groß ist, der Effekt der Bildung der Leitungen vermindert ist. Es ist daher bevorzugt, daß der Abstand zwischen den Entfernungsleitungen 5 bis 100 mm beträgt.

Die Erfindung wurde zwar vorstehend unter Bezugnahme auf spezifische be vorzugte Ausführungsformen näher erläutert, es ist jedoch selbstverständlich, daß sie darauf keineswegs beschränkt ist, sondern daß verschiedene Ände rungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne daß dadurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.

Claims

1. Elektrolysezelle, gekennzeichnet durch
eine Ionenaustausch-Membran (2), welche die Zelle (1) in eine Anodenkam mer (3) und in eine Kathodenkammer (4) aufteilt,
in der mindestens eine Anode und/oder eine Kathode in engem Kontakt steht mit der Ionenaustausch-Membran unter Bildung einer Gasdiffusionselektrode (6) und
eine Stromzuführungseinrichtung (9) mit mindestens einer Führung (Leitung) zur Entfernung eines Elektrolyten, der die Oberfläche der darin angeordneten Gasdiffusionselektrode bedeckt und in engem Kontakt steht mit der Gasdiffu sionselektrode, so daß mindestens ein Teil des Elektrolyts durch die Entfer nungsleitungen(-führungen) von der Gasdiffusionselektrode abgetrennt wird.

2. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernungsleitungen(-führungen) Jalousien (8) sind, die durch Vorsprünge auf einer tafelförmigen Stromzuführungseinrichtung (9) gebildet werden.

3. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernungsleitungen(-führungen) eine Vielzahl von schmalen Platten oder eine Vielzahl von Stäben darstellen, die auf der Oberfläche der Gasdiffusion selektrode (6) im Kontakt mit der Oberfläche angeordnet sind.

4. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Entfernungsleitungen(-führungen), bei denen der Abstand zwischen be nachbarten Entfernungsleitungen(-führungen) 5 bis 100 mm beträgt.