DE2262141B2 - Bipolare Elektrode - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine bipolare Elektrode, deren anodisch aktiver Teil und kathodisch aktiver Teil räum lieh getrennt und elektrisch leitend miteinander verbunden sind, deren anodisch aktiver Teil aus Titan oder einem Metall oder einer Legierung mit analogen anodischen Eigenschaften besteht und mit einer leitenden, von dem Elektrolyten nicht angreifbaren Schicht bedeckt :St. deren kathodisch aktiver Teil aus einem kathodisch verwendbaren Metall besteht und durchbrochen ausgebildet ist und deren Anodenraum vom Kathodenraum durch eine dichte Trennwand getrennt ist.

Der große Vorteil bipolarer Elektroden liegt vor allem darin, daß sie einen kompakten Aufbau der Elektrolysezellen sowie eine einfache Stromversorgung infolge der elektrischen Reihenschaltung der aufeinanderfolgenden, einzelnen Elektrolysezellen ermöglichen und nur wenig verschleißen.

Es wurden bereits zahlreiche bipolare Elektroden beschrieben, deren Bau und Verwendung jedoch vor allem wegen der begrenzten Auswahl geeigneter Werkstoffe nicht einfach ist. Beispielsweise waren für die Alkalichloridelektrolyse, deren Produkte bekanntlich besonders aggressiv sind, lange Zeit als brauchbare Anodenwerkstoffe nur die Edelmetalle der Platingruppe, Graphit sowie einige Oxide, wie Magnesit, bekannt.

Die Edelmetalle können wegen ihres hohen Preises nur in dünner Schicht zur Anwendung kommen; aus Graphit lassen sich infolge seines schnellen Verschleißes und der ihm eigenen mechanischen Eigenschaften die normalerweise kompliziert ausgebildeten Anoden nur schwer herstellen. Der komplizierte Aufbau der Anoden ist notwendig, um eine optimale Ausbeute bei der Elektrolyse und einen einwandfreien Umlauf der verschiedenen fließfähigen Medien sicherzustellen. Magnesit schließlich besitzt noch weniger die für seine Verwendung, insbesondere in Filterpressen-Elektrolysezellen, erforderlichen Eigenschaften. Metalle, die ähnliche anodische Eigenschaften besitzen, wie Titan, Zirkonium, Niob, Wolfram, Tantel und deren Legierungen, ermöglichen infolge ihrer mechanischen Eigenschaften die Herstellung komplizierter, starrer Anodenstrukturen. Die Abmessungen solcher Anoden bleiben im Betrieb gleich; die Anoden verschleißen also nicht, vorausgesetzt, daß die anodisch aktiven Flächen mit einer leitfähigen, nicht angreifbaren Schicht aus beispielsweise einem Edelmetall der Platingruppe oder einem Oxid dieser Metalle, gegebenenfallls vermischt mit anderen Oxiden, beschichtet ist.

Titan sowie die Metalle und Legierungen mit analo-

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U anodischen Eigenschaften sind jedoch keine guten elektrischen Leiter, und sie sind weiter ziemlich teuer und lassen sich nur schwer mit anderen Metallen verschweißen, die als Leiter oder Für die kathodisch aktiven Teile von bipolaren Elektroden in Frage kommen.

Die meisten der bisher bekannten Elektroden, für die Titan oder ähnliche Metalle verwendet werden, weisen daher getrennte Anoden auf. Zusätzlich wird häufig fine relativ große Menge an Titan verwendet, so daß jiohe Kosten entstehen.

in jjünf!«er Zeit sind Verbundmetal!- bzw. Bimetallwerkstücke bekanntgeworden, die aus einem für die Kathodenteile geeigneten unedlen Metall, wie Flußstahl und Nickel, bestehen, das mit Titan oder Metallen oder Legierungen mit analogen anodischen Eigenschaften plattiert, insbesondere sprengplattiert ist Bekannt sind auch andere stranggepreßte oder gezogene Bimetallwerkstücke mit unterschiedlichem Profil, deren Außenschicht aus Titan oder einem Metall oder einer Legierung mit analogen anodischen Eigenschaften und v* deren Kern aus einem anderen Metall, beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium, besteht. In diesen verschiedenen Bimetallwerkstoffen ist die Bindung zwischen den Metallen unterschiedlicher Beschaffenheit derart, daß das ganze Teil elektrisch durchverbunden ist.

Eine bekannte Elektrode der eingangs beschriebenen Gattung (FR-PS 15 70 279) besteht aus zwei ebenen aktiven Teilen, nämlich einer Anodenplatte und einer gitterförmigen Kathode, die beide an einer an einem Rahmen angebrachten Platte gefestigt sind. Bei solchen bekannten Elektroden sind dem Betrieb mit hohen Stromstärken relativ enge Grenzen gesetzt, weil die relativ langen Stromleitungswege von der Kathode zur Anode Spannungsabfälle verursachen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bipolare Elektrode der eingangs beschriebenen Gattung derart weiterzubilden, daß sie zur Elektrolyse, insbesondere von Alkalihalogenide^ mit hoher Stromstärke und bestmöglicher Ausbeute geeignet ist.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß auch der anodisch aktive Teil durchbrochen ist und daß die elektrische Verbindung zwischen dem anodisch aktiven Teil und lern kathodisch aktiven Teil über einen Kontakt erfolgt, der im Inneren einer Vielzahl von Bimetallgliedern gebildet 1st. welche durch Plattieren eines kathodisch brauchbaren Metalls mit Titan oder einem Metall oder einer Legierung mit analogen anodischen Eigenschaften erhalten wird, wobei die Bimetallglieder Teil der dichten Trennwand sind.

Über die elektrische Verbindung der beiden aktiven Teile mittels einer Vielzahl von Bimetallgiiedern wird ein sicherer und η derohmiger elektrischer Anschluß der gesamten Anoi en- und Kathodenfläche erreicht, so daß ein wirtschaftliches Arbeiten mit hohen Stromstärken möglich ist.

Dadurch, daß neben dem kathodisch aktivem Teil auch der anodisch al· iive Teil durchbrochen ist, wird gewährleistet, daß de·' Elektrolyt die aktiven Flächen umströmen kann und auch bei starker Gasentwicklung den aktiven Flächen genügend Elektrolyt zugeführt wird. Der elektrische Anschluß der aktiven Flächen über die Vielzahl Bimetallglieder ist hier besonders vorteilhaft, weil eine durchbrochene Ausbildung der aktiven Flächen zu einer Erhöhung von deren Widerstand und damit zur Notwendigkeit einer »verteilten« Stromzuführung führt.

Vorteilhafterweise sind die Bimetallglieder länglich ausgebildet und parallel zueinander angeordnet

Wenn die beiden elektroiytisch aktiven Teile rechteckig sind, sind die länglich ausgebildeten Bimetallglieder vorzugsweise entlang der Höhe der Elektrode angeordnet und haben etwa die gleiche Höhe.

Die dichte Trennwand selbst besteht in einer bevorzugten Ausführungsform der Elektrode aus Bimetallgliedern, welche untereinander durch Metallplatten verbunden sind, wobei die eine Metallplatte aus Titan oder einem Metall oder einer Legierung mit analogem anodischem Verhalten und die andere Platte aus einem kathodisch brauchbaren Metall besteht Damit ist gewährleistet daß die Trennwand weder vom Katholyten noch vom Anolythen angegriffen wird und sich eventuelle Spannungsunterschiede längs der Trennwand ausgleichen können.

In einer abgeänderten Ausführungsform besteht die dichte Trennwand aus Bimetallgliedern, die untereinander durch einen isolierenden und korrosionsgeschützten oder korrosionsfesten Werkstoff verbunden sind.

Die elektrolytisch aktiven Teile sind mit den Bimetallgiiedern vorteilhafterweise verschweißt wobei für zumindest eines von ihnen Stützglieder verwendet werden.

Die Stützglieder sind zwischen der Kathode und den Bimuallgüedern angeordnet und bestehen aus einem kathodisch brauchbaren Metall.

Die Stützglieder können auch zwischen der Anode und den Bimetallgiiedern angeordnet sein und bestehen dann aus Titan oder einem Metall oder einer Legierung mit analogem anodischem Verhalten.

In einer abgeänderten Ausführungsform sind die Stüwglieder zwischen der Anode und den Bimetallgiiedern ungeordnet und bestehen aus einem Metallkern, beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium, und einer HuI¹Ie aus Titan oder einem Metall oder einer Legierung mit analogem anodischem Verhaltea

Vorteilhafterweise weist zumindest einer der elektrolytisch aktiven Teile eine Oberfläche auf, welche größer ist als die projizierte Oberfläche der gesamten Elektrode. Damit wird der Wirkungsgrad der Elektrolysezelle erhöht. Die Leiter für die Stromverteilung, die aus gut leitenden Metallen bestehen, sind vorteilhafterweise mit Titan oder anodisch analogen Metallen oder Legierungen umhüllt und über ihre Umhüllung mit den anodisch aktiven Teilen verschweißt.

Die erfindungsgemäßen bipolaren Elektroden können ohne oder mit Diaphragma für verschiedene Elektrolysen verwendet werden. Besonders gut eignen sie sich für Zellen für die Chloralkalielektrolyse, in denen Alkalichlorate oder Alkalilaugen und Chlor hergestellt wird. Die Herstellungskosten der Elektrode sind wegen des relativ geringen Gewichtes der titan-plattierten Bimetallglieder wirtschaftlich vertretbar.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen zweier Ausführungsbeispiele mit weiteren Einzelheiten erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen waagerechten Schnitt durch einen Teil einer ersten Ausführungüform der bipolaren Elektrode,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch einen Teil einer zweiten Ausführungsform der bipolaren Elektrode.

In F i g. 1 ist ein Bimetallglied insgesamt mit 1 bezeichnet. Das Bimetallglied 1 steht senkrecht und hat die gleiche Höhe wie die bipolare Elektrode. Es besteht aus einer 2 mm starken Titanplatte 4, die durch Sprengplattieren mit einem Bauteil 5 aus Flußstahl verbunden ist; die Gesamtstärke des Bimetallgliedes beträgt 12 mm. Das Bimetallglied 1 wird seitlich durch aufein-

anderliegende und miteinander verbundene Metallplatten 2, 3 aus Titan bzw. Flußstahl verlängert, an die sich wiederum weitere, nicht dargestellte Bimetallgüeder und weitere Metallplatten anschließen, so daß eine durchgehende Trennwand entsteht. Die Titanplatte 4 des Bimetallgliedes ist dabei mit der Metallplatte 2 aus Titan verschweißt, und das Bauteil aus Flußstahl 5 des Bimetallgliedes I ist mit der Metallplatte 3 aus Flußstahl oder einem anderen, kathodisch brauchbaren Metall verschweißt

Auf die zum Bimetallglied 1 gehörende Titanplatte 4 ist ein Stützglied 6 «us Titan verschweißt, das als Verstrebung dient und seinerseits wiederum mit dem anodisch aktiven Teil 7 der Elektrode verschweißt ist, der eine gestreckte Platte aus Titan ist, welche mit einer leitenden, von dem Elektrolyten nicht angreifbaren Schicht bedeckt ist

Ähnlich ist auf das Bauteil S aus Flußstahl des Bimetallgliedes 1 ein Stützglied 8 aus Flußstahl geschweißt, das seinerseits mit dem kathodisch aktiven Teil 9 verschweißt ist der als Gitter aus Flußstahl ausgebildet ist. Auf dem anodisch aktiven Teil 7 wird elektrolytisch eine Legierung aus Platin und Iridium abgeschieden. Auf diese Weise wird eine bipolare Elektrode mit einem Anodenraum 10 und einem davon getrennter Kathodenraum i 1 erhalten.

In F i g. 2 sind die analog F ig. 1 ausgebildeten Birne faltglieder 12 der Trennwand senkrechte Stäbe, die au;

S mit Titan plattiertem Flußstahl bestehen. Diese Stäbe sind Ober mit ihnen verschweißte und untereinandei verbundene Metallplatten 13 gegenseitig verbunden Der anodisch aktive Teil 14 ist als wellenförmige, gestreckte Titanplatte ausgebildet und mit einer von derr

ίο Elektrolyten nicht angreifbaren Schicht bedeckt und mit den Bimetallgliedern 12 über Stützglieder 15 au; mit Titan beschichtetem Kupfer verschweißt. Der kathodisch aktive Teil 16 der Elektrode ist ein Gitter aus Flußstahl und unmittelbar auf die Baueile aus Flußstahl der Bimetallgüeder 12 entlang der Linien 17 verschweißt Wenn die wellenförmigen Flächen der Elektroden wie im Bild gezeigt angeordnet sind, entsprechen den vorspringenden Teilen der wellenförmiger Kathode einer ersten bipolaren Elektrode die zurück

tretenden Teile der wellenförmigen Anode einer zweiten bipolaren Elektrode, die der ersten benachbart ist durch diese Anordnung wird die elektrolytisch wirksame Oberfläche der Elektrode vergrößert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Bipolare Elektrode, deren anodisch aktiver Teil und kathodisch aktiver Teil räumlich getrennt und elektrisch leitend miteinander verbunden sind, deren anodisch aktiver Teil aus Titan oder einem Metall oder einer Legierung mit analogen anodischen Eigenschaften besteht und mit einer leitenden, von dem Elektrolyten nicht angreifbaren Schicht be- ίο deckt ist deren kathodisch aktiver Teil aus einem kathodisch verwendbaren Metall besteht und durchbiochen ausgebildet ist, und deren Anodenraum vom Kathodenraum durch eine dichte Trennwand getrennt ist, dadurch gekennzeich- net, daß auch der anodisch aktive Teil (7; 14) durchbrochen ist und die elektrische Verbindung zwischen dem anodisch aktiven Teil (7; 14) und dem kathodisch aktiven Teil (9; 16) über einen Kontakt erfolgt, der durch eine im Innern der Elektrode angeordnete Vielzahl von Bimetallgliedern (1. 12) gebildet ist. welche durch Plattieren eines kathodisch brauchbaren Metalls mit Titan oder einem Metall oder einer Legierung mit analogen anodischen Eigenschaften erhalten wird, wobei die Bimetallglieder (1. 12) Teil der dichten Trennwand (1. 2, ϊ· 12. 13) sind.

2. Elektrode nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß die Bimetallglieder (1,12) länglich ausgebildet und parallel zueinander angeordnet sind.

3. Elektrode nach <\nspruch 2, bei der beide elektrolytisch aktiven Teile rechteckig sind, dadurch gekennzeichnet, daß die länglich ausgebildeten Bimetallglieder (I. 12) entlang der Höhe der Elektrode angeordnet sind und etwa die gleiche Höhe haben.

4. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet. daG die dichte Trennwand aus Bimetallgliedern (1, 12) besteht, welche untereinander durch Metallplatten (2, 3; 13) verbunden sind, wobei die eine Metallplatte (2) aus Titan oder einem Metall oder einer Legierung mit analogem anodischem Verhalten und die andere Platte (3) aus einem kathodisch brauchbaren Metall besteht.

5. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dichte Trennwand aus Bimetallgliedern besteht, die untereinander durch einen isolierenden und korrosionsgeschiitzten oder korrosionsfesten Werkstoff verbunden sind.

6. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrolytisch aktiven Teile (7, 9; 16, 14) mit den Bimetallgliedern (1, 12) verschweißt sind und daß für zumindest eines von ihnen Stützglieder (6,8,15) verwendet werden.

7. Elektrode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützglieder (8) zwischen der Ka- κι -de (9) und den Pimetaligliedern (I) angeordnet sind und aus einem kathodisch brauchbaren Metall bestehen.

8. Elektrode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützglieder (6, 15) zwischen der Anode (7, 14) und den Bimetallgliedern (1; 12) angeordnet sind und aus Titan oder einem Metall oder einer Legierung mit analogem anodischem Verhalten bestehen.

9. Elektrode nach Anspruch 6, dadurch gekenn- ⁶S zeichnet, daß die Stützglieder zwischen der Anode und den Bimetallen angeordnet sind und aus einer Metallseele, beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium, und einer Hülle aus Titan oder einem Metall oder einer Legierung mit analogem anodischen Verhalten bestehen. _

10 Hektrode nach einera der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der elektrolytisch aktiven Teile (14. 16) eine aktive Oberfläche aufweist, welche größer isi als die projezierte Oberfläche der gesamten Elektrode.

11 Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 10. dadurch gekennzeichnet, daß Leiter für die Stromverteilung, bestehend aus gut leitenden Metallen, umhüllt mit Titan oder anodisch analogen Metallen oder Legierungen, mit ihrer Umhüllung mit den durchbrochenen a-odisch aktiven Teilen verschweißt sind