DE2100214A1 - Elektrode - Google Patents

Description

Elektrode

Prioritäten: 13.1.1970 und 7.7.1970 - Großbritannien

Die Erfindung bezieht sich auf «ine Elektrode und insbesondere auf eine bipolare Elektrode für elektrolytische Zellen.

Es ist bekannt, als elektrolytische Zelle einen Aufbau aus alternierenden Elektroden, beispielsweise bipolaren Elektroden, und Membranen zu verwenden, welche eine Reihe von dünnen Anoden und Kathodenräumen bilden, durch welche der Elektrolyt in Längsrichtung über die Oberfläche der Elektrode fJießen ge-

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lassen werden kann» Im allgemeinen ist die Verwendung von solchen Zellen durch Konstruktionsschwierigkeiten und NachtsΉe beim Betrieb, wie z.B-, Durchoickexzi von flüssigkeit an den Membrane/Elektroden-Verbändungen, beschränkt.

Gemäß der Erfindung wird nun eine Elektrode für elektrolyt!sehe Zellen aus alternierenden Elektroden und Membranen vorgeschlagen, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß sie aus einem leitenden Blechmaterial besteht, welches an ^jsder äußeren Oberfläche folgendes aufweist:

(a) einen zentralen Arbeitsbex'eich, auf welchem eine kontinuierliche dreidimensionale Elektrodenoberfläche vorgesehen ist;

(b) einen Randbersich, der mit öffnungen versehen ist, die Jeweils mit entsprechenden Löchern in einer Membx'ans susammsa.™ arbeiten, derart, daß ein Eintritt und ein Austritt für den Elektrolyt geschaffen wird, und der weiterhin mit Kanälen versehen ist, die von der öffnung auin Arbeitsbereich führen;

(c) ein Dichtungsmaterial, das die öffnungen und den Arbeitsbereich umgibt und eine Grenze bildet, welche einen Elektro-Iyträum, der durch die äußere Oberfläche des Blechs und der benachbarten Membrane gsbildet wird, abdichtet; und

{d*! Kusätaiiohes Dichtungsmaterial, welches so angeordnet ist, daß es mit einer benachbarten Membrane eine Dichtung gegen einen Durchgang von Elektrolyt zwischen einigen öffnungen und dem Arbeitsbereich ergibt, wodurch ein gesonderter Eintritt und Austritt für die Arbeitsbereiche auf jeder Seite der Elektrode geschaffen wird.

Zweckmäßigervreise sind die Dichtungamateri alien c und d durchgehend, so daß eine einzige spesiell geformte Dichtimg gebildet wird, die die gesamten Lichtimgsvorgänge

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Das elektrolytisch Ie5.tende Blechmaterial, aus welchem die Elektrode hergestellt ist, besteht gewöhnlich aus Metall, obwohl auch andere Materialien, wie z.B« Kohlenstoff, oder aetallbeschichtete Kunststoffe ebenfalls verwendet werden köanen*

Innerhalb des zentralen Arbeitsbereichs kann eine dreidimensionale Elektrodenoberfläche dadurch geschaffen werden, daß das Blechmaterial entsprechend geformt wird, z.B. in der Weise, daß gewundene Passagen für die Flüssigkeit auf den äußeren Oberflächen der Elektrode entstehen« ä

33er hler verwendete Ausdruck "kontinuierlich" bedeutet jedoch iiicht tmbedl&gt eine vollständige Kontindbät der Oberfläche in allen Sichtungen über den gesamten Arbeitsbereich, und gexiiJ-sohtenfaUs kaim die genannte Elektrodenoberfläche auch dm-ofc. ein Gitter geschaffen werden, und zwar insbesondere duir.'i ein Streckmetall, welches sieh in elektrischem Kontakt •r.Ir. tlßiH Elochmsterlal befindet« Eine weitere alternative ::·: · ; '.".Urölon kann durch Perforation und Verbiegen des Blech-ι·!··::λ;<: IaI rs im sentralem Arbeitsbere5.ch geschaffen werden.

:■'■ .-;-ic;i? A-asführungsform besteht die Elektrode aus swei elek- in· "Leitend«η Bleche», die sich in Oberflächenkontakt be- | '■·>.!, Vovi.^^-iwjisea besteht sie jedoch aus einem einzigen ■: ftus leitendem Material, wobei eine Arbeitsoberfläche •i -,.-iATi ßeits entweder durch ein Gitter oder durch

BliiChfü vorgesehen ist.

. ί·"ΐΏα'^-·7Λ;Λ;;ΐΐι).ί»βο F^.'.'Skti-ode kann als raonopo.'.are Elektrode v^-dt.-;*!, ¥ην d'i.soen Ziweck ist ess lediglich nötig, Xπ:-:·(r rn/. Asir/iyt; bssw» EathoXyt gieickzeitig au

'if '&:r!ci:<^: Betten der Elektrode gebildeteu Säixme??. durch-

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Die Elektrode kann auch als bipolare Elektrode verwendet werden.

Wenn öecloeh eine Elektrode mit performierten Arbeitsbereichen in dieser Weise verwendet wird« dann ist es nötig, eine Unterlagenplatte zwischen zxvei elektrisch leitenden Flächen vor« ausehen, um den Anolyfc vom Katholyt zu trennen.

Es ist erwünscht, daß zwei Eintritts- und swei Austritt«öffnungen in einer bipolaren Elektrode vorgesehen sind, wobei die Kanäle, welche eine Verbindung zum Arbeitsbereich auf ,jeder Seite schaffen, durch zusätzliches Dichtungsmaterial ά von einer Eintritts- und einer Austrittsöffnung abgedichtet sind „

Die Elektrode kann 1.n einer solchen Weise konstruiert werden, daß ihre Herstellung durch Pressen und Stanzen aus ein oder zwei Blechen sines leitenden Materials möglich ist. So können die zentralen Bereiche mit einer Vielzahl von erhabenen Inseln,, die beispielsweise Sautenform oder eine andere Form aufweisen, versehen sein, welche so angeordnet sind, daß der Flüssigkeitsdurchgang über das Blech unterbrochen wird und für eine», gewundenen Durchgang der Flüssigkeit gesorgt wird-. Wenn sin Gitter verwendet wird, dann können ontsprschcm» de Absenkungen durch Prassen hergestellt werden. In ähnlicher Weis v? kö'mier. Press- und Stanzvorgänge de zu verwendet werden- den zentralen Bereich zu perfor.i evan und zu verbiegen.

Durch Pressen kam?, aoßeraem eine Einbuchtung hergestellt werden,, weicbö die Dichtung aufnimmt;, die die Öffnungen mtd deii i\vh&±t$.he-<-f^ch t-mgibt.

i)ie Erfindung wir'? nun en Hand der beigefügten Zeichnunger-i

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In den Zeichnungen zeigen:

Figux· 1 eine Aufsicht auf eine erste Ausf iihruiigsf orm j Figur 2 einen Querschnitt durch die gleiche Ausführungsform; Figur 3 einen Querschnitt durch eine zweite Ausf ührungsf orm; Figur 4 eine Aufsicht auf eine dritte Ausführungsform; und Fignr 5 einen Querschnitt an der Linie A von Figur 4·.

Me in den Figuren 1 and 2 gezeigte Ausf ührungsform einer Elektrode besteht aus »wei rechteckigen Metallpreßlingen, die Hucken a-i Micken angeordnet und um die Ränder 1 miteinander verschweißt oder anderweitig verbunden sind. Nahezu ήι>τ· spQfsaißte !eil der großen Fläche 2, welche die Form eines Rechtecks mit abgerundeten Ecken aufweist, ist über die Ebene der Ränder 1 erhaben. Ein zentraler Bereich 3 i& einem Jeden Blech iet tief mit einem Muster geprägt, welches aus vielen Bauten 4 mit dazwischenliegenden Kanälen 5 besteht. Außerhalb rlAessss sentralen Bereichs befinden sich vier kreisförmige Öffnungen 6, und zwar Jede in einer Einbuchtung 7· Die Bleche sind um den Umfang einer· Jeden Öffnung bei 8 miteinander verschweißt oder anderweitig verbunden, und zwar zusätzlich au der Verschwe.ißung oder der anderweitigen Verbindung an den Rändern 1° An Jeder Seite der Elektrode ist ein Paar von diagonal! gegenüberliegenden Öffnungen durch Kanäle 9 mit dem zGüäralen Bereich verbunden. Einbuchtungen 10, welche für Dichtungen aus Gummi oder ähnlichem Material vorgesehen sind, umgeben auf Jeder Seite der Elektrode den gesamten zentralen Bereich 3 und die vier Einbuchtungen 7 und erstrecken sich auch bei dem Paar von Öffnungen, die nicht mit dem zentralen Bereich verbunden sind, entlang der Innenseite. Flache Metallteile 11, von denen Jedes die Form eines Dreiecks aufweist, von dessen Scheitel ein sektorförmlger feil weggenommen ist, bedecken die Kanäle 9 und sind mit den Hauptblechen verschweißt. Diese Teile unterstützen eine Membrane gegen die Dichtung einer benachbarten Elektrode.

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Die In Figur 3 gezeigte Aiiaführungsform ist konetmkti onsmäßi g derjenigen dea? Figuren 1 und 2 ähnlich, wobei jedoch ein zentraler Bereich auf federn Blech als flache Absenkung mit einer flachen Basis ausgebildet ist. Diese Fläche 30 nimmt eine Platte aus Streckmetall 31 auf, dessen Dicke der Tiefe der Absenkung entspricht. Schweißungen verbinden das Streckmetall mit der Basis.

Die in den Figuren 4 und 5 gezeigte Ausführungsfona besteht aus einem einzigen Metallblech. Ein zentraler Arbeitsbereich ist tief mit einem Muster aus Hauten 14a und 14b mit dazwischenliegenden Kanälen 15 geprägt» Die Hauten 14a zeigen von der Blechebene nach oben und die Rauten 14b nach unten (besser in Figur 5 ersichtlich) so daß an einer jeden Seite des Blechs die Oberflächenform derart ist, daß ein turbulenter Elektrolytfluß über die Oberfläche erzeugt wird> Außerhalb des zentralen Bereichs befinden sich vier kreisförmige Öffnungen 16, wobei jede ein Verbiiwiungssystem von Kanälen 19 zum Arbeitsbereich aufweist. Die öffnungen 16a sind durch Kanäle 19 a mit dem zentralen Arbeitsbereich in der oberen Oberfläche verbunden, wobei diese Kanäle Hippen in der darunterliegenden Oberfläche bilden. Umgekehrt sind die öffnungen 16b durch Kanals 19b mit dem zentralen Arbeitsbereich in der unteren Oberfläche verbunden, wobei diese Kanäle Rippen in der oberen Oberfläche bilden. Auf jeder Seite ist Dichtungsmaterial 110 in eine Einbuchtung eingesetzt, welche den gesamten zentralen Arbeitsbereich 13 umläuft und sich über die Fläche der Rippen 19a oder 19b erstreckt, um einen Zugang von unerwünschten Elektrolyt von diesen öffnungen zum Arbeitsbereich zsu unterbinden. Zwei flache Metallteile 111 auf jeder Seite, welche den mit Kanälen versehenen Teil und die öffnungen bedecken, sind am Blech angeschweißt. Sie unterstützen eine Membrane gegen die Dichtung einer benachbarten Elektrode. An der anderen Seite wird eine solche Unterstützung durch die Rippen 19a oder 19b und das axe bedeckende Dichtungsmaterial geschaffen.

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Pie in den Zeichnungen gezeigten Elektroden eignen sich für die Verwendung als bivolare Elektroden in der folgenden Weise.

Eins Raine voji Elektroden wird alternierend mit Membranen OTPar/iaeiigebäut, wobei die Membranen Löcher aufweisen, die ndt den genannten Öffnungen übereinstimmen. Der Zusammenbau wird zwischenisolierenden Endplatten zusammengeklammert, wubei dede Endplatte Verbindungen für die Zuführung von Elektrolyt über die unteren Öffnungen und für die Abführung "/on Elektrolyt über die oberen Öffnungen aufweist» Die Zuführung von Katholyt bzw = Anolyt über die unteren öff- λ

mmgan hat zur Folge, daß sich alternierende Räume mit Eathoiyt bzw. Anolyt füllen- Diese werden gesondert über die oberen Öffnungen entleert» Es kann auch ein konstanter Kreislauf durch die Zelle mit Hilfe eines Pumpensystems vorgenommen wenden« Die Enaelektroden werden dann in geeigneter Weise mit einer G-leichstromquel3e verbunden, so daß I5e mittüerei« Elektroden, auf einer Seite als Kathoden und "iivi C'-rs? andere;:» Seite als AnQden wirken_? wodurch eine Elek- -^o :-■ '<-■ zustande kommt* Es kann auch Wechselstrom oder >-i>:r l >-'· e-iⁱei>dri3/ Strom verwendet we

./Πί '^:;. ..·: ?ο3.»ν·--:-ν;·..!;ί(τ p.Ib mowopolare Elektrode wird äie in ei en ■■ ■'■-?■<■-- Ή >·■--':. i ^oseigte Ausfühnxngsform derart modifiziert, I • ;: · or't Ir.zeitung bedeckte Fläche auf jeder Seite der ;■;jι,ι-■:-.-.■-.-U: -'.ö.vnijj«ch xe'c. Dann dienen die Öffnungen 16a a i.s λ-'-r·.-·--· :■ '-■■!; für O*^ F.Uktvo'Xyb zm Jeder Oberfläche, und die f}i"f;.:i?.i^i» 1^'t· r.lnä <U\arj. vom Arbeitsbereich auf ,jeder Seite '■•■"c ·^;. :-kt"?od-- ';.i>gei;!£^x\et, so daß ein Zugang von Elektrolyt ■>:ύΐΆ ^.^eitsboj.·."! -h voi:· diesem öffromgen verh5yjdert wird«

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1J Elektrode für elektrolytisehe Zellen mit einem Aufbau aus alternierenden Elektroden und Membranen, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem leitenden Blechmaterial besteht, welches an jeder äußeren Oberfläche folgendes aufweist:

   (a) einen zentralen Arbeitsbereich, auf welchem eine kontinuierliche dreidimensionale Elektrodenoberfläche vorgesehen ist;

   Cb) einen Handbereich, der mit öffnungen versehen ist, die jeweils mit entsprechenden Löchern in einer Membrane zusammenarbeiten, derart, daß ein Eintritt und ein Austritt für den Elektrolyt geschaffen wird, und der weiterhin mit KanäJen versehen ist, die von der öffnung zum Arbeitsbereich führen;

   (c) ein Dichtungsmaterial, das die öffnungen und den Arbeitsbereich umgibt und eine Grenze bildet, welche einen Elektro-Iyträumj der durch die äußere Oberfläche des Bleche imd der benachbarten Membrane gebildet wird, abdichtet; und

   (d) zusätzliches Dichtungsmaterial, welches so angeordnet ist, daß es mit einer benachbarten Membrane eine Dichtung gegen einen Durchgang von Elektrolyt zwischen einigen öffnungen und dem Arbeitsbereich ergibt, wodurch ein gesonderter Eintritt und Austritt für die Arbeitsbereiche auf jeder Seite der Elektrode geschaffen wird.

   2. Elektrode nach Anspruch Ί, dadurch gekennzeichnet, daß im zentralen Arbeitsbereich eine kontinuierliche dreidimensionale Elektrodenfläche dadurch geschaffen ist, daß das Blechmaterial in der Weise geformt ist, daß gebundene Durchgänge für die Flüssigkeit auf der äußeren Oberfläche der Elektrode vorhanden sind.

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   3- Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   daß iia sentralera Äx'feeitsbersich eine kontinuierliche dreidimencsionala ElsktroclcjaoberfT-äche durch ein Gitbei¹ geschaffen iiit, vielühüB sich in Eoircakt mit dem Bleclamaterial befindet.

   H-. Elektrode aacli Ansprach 3_S dadurch gekennaeichnet,

   dtiß das Gitter -aus Streckmetall besteht.

   5. Eleku^'o.u.! nach Anspruch 1 „ dadurch gekeanaeichnet, daß im »ontrale-ii Arbsitabereich eine kontinuierliche drei-drlüieöüionaie Ob^ffA ächo durch Perforation und Terbiögen des ' f Bieehiriateriale geschaffen 1st.

   6. Slektrouü siach aineui der -vorhergehenden Ansprüche, iiudur Ji gckcmizolehnet, daß sie aus iswei elektrisch leitend?5n B'.'.ocbon b5-iH-«ib.fe_v dio aicli in Oberfiächenbarührung

   ^rj Elskirf/o^c iiacii A.u?_;!;_v--'-acb. 1_} dadurch sekenns & lehnet,

   di^e Bio 'luo -ei^-im einzigen BIeob. aus leibstideai Haterial fci?ste"i.-.r_; >/obai eine g-ssignete Arbeitaobarf Lache an ö^der SaIiK; '.¹UXfMi -^iVM pvi^iiete j?oTmv«:.g; dea Bleche gescliaffen iüt.

   109830/1736 »ad obigimal

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