DE2650825C3 - Bipolare Elektrolysiereinrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine bipolare Elektrolysiereinrichtung mit einer ersten bipolaren Einheit und einer zweiten bipolaren Einheit, die im Abstand von und parallel zueinander angeordnet sind. Zwischen sich bilden sie eine einzelne elektrolytische Zelle, wobei sie jeweils eine Anodenanordnung auf ihrer einen Oberfläche und eine Kathodenanordnung auf ihrer gegenüberliegenden Oberfläche haben, so daß die Kathodenanordnung der ersten bipolaren Einheit der Anodenanordnung der zweiten bipolaren Einheit lugewandt ist.

Eine bipolare Elektrolysiereinrichtung ist eine Elektrölysiereinrichtung mit einer Vielzähl elektrisch und mechanisch in Reihe geschalteter einzelner elektrolyt!* schef Zellen. Bei einer bipolaren Elektrolysiereinrich^ tung bilden die Kathoden einer Zelle und die Anoden der nächsten benachbarten Zelle eine gemeinsame bauliche Einheit der Elektrolysiereinrichtung, wobei die Kathoden der einen Zelle und die Anoden der nächsten benachbarten Zellen gewissermaßen Rücken an Rücken an einem gemeinsamen Bauteil befestigt sind.

Dieses gemeinsame Bauteil, das mit gleicher Bedeutung als Tragplatte, Rückplatte, bipolare Einheit oder als bipolare Elektrode bezeichnet wird, bildet eine elektrolytdichte, für Flüssigkeit undurchdringliche Trennung zwischen benachbarten Zellen, während durch sie hindurch die Leitung des elektrischen Stroms zwischen benachbarten Zellen erfolgt.

Eine Rückplatte hat eine anolytbeständige Seite oder Oberfläche, die in Kontakt mit der Anolytflüssigkeit einer Einzelzelle steht und eine katholytbeständige Seite oder Oberfläche, die in Kontakt mit der Katholytflüssigkeit der nächsten benachbarten einzelnen Elektrolysezelle steht.

Die anolytbeständige Seite oder Oberfläche kann von der Anode selbst gebildet werden. Es können auch Anoden von dieser Rückplatte gehalten werden. Bei einer Diaphragmazelle ist es besonders wichtig daß die anolytbeständige Oberfläche davor geschützt wird, daß sie mit der stark basischen Katholytflüssigkeit in Kontakt kommt

Die gegenüberliegende Seite der Rückplatte oder Halteplatte ist die katholytbeständige Seite. Bei einer Chlorzelle ist die katholytbeständige Seite mit Kathoden versehen, die von der Rückplatte gehalten werden, beispielsweise einer elektrolytdurchlässigen Platte oder einem elektrolytdu'chlässigen Blech, die parallel zur Rückplatte angeordnet sind oder mit parallelen Blechen oder Platten, die sich von der Rückplatte weg erstrecken. Die elektrolytdurchlässige Kathode ist mit einem Diaphragma auf ihrer äußeren Oberfläche versehen, wodurch sich zwischen Diaphragma und katholytbeständiger Oberfläche der Rückplatte ein Katholytraum ergibt Es ist besonders wichtig, daß das katholytbeständige Material davor geschützt wird, daß es mit der stark sauren Anolytflüssigkeit in Berührung kommt, beispielsweise dadurch, daß Anolytflüssigkeit in die Rückplatte einsickert und sie durchdringt.

Die Anodeneinrichtungen einer bipolaren Einheit, d. h. entweder die anolytbeständige Oberfläche der Rückplatte mit einem elektrisch leitenden Material darauf oder die Anodenplatten, die sich von dieser weg erstrecken, sind in einer zusammengebauten elektrolytischen Zelle gegenüber der katholytbeständigen Oberfläche der nächst benachbarten Rückplatte angeordnet, wobei die nächst benachbarte Rückplatte an deren Oberfläche Kathodeneinrichtungen befestigt sind, der ersten Rückplatte gegenüberliegt, so daß zwischen ihnen eine einzelne elektrolytische Zelle gebildet wird.

Beim Betrieb einer elektrolytischen Diaphragmazelle, wie sie zur Elektrolyse von Natriumchlorid, Kaliumchlorid oder Salzsäure verwendet wird, wird das Keagenz in den Anolytraum eingespeist und ein elektrischer Strom durch die Zelle geleitet. An der Anode entwickelt sich Chlorgas, an der Kathode Wasserstoff und im Fall der Zufuhr von Kaliumchlorid oder Natriumchlorid entsteht in der Katholytkammer das entsprechende Hydroxid.

Beim Betrieb handelsüblicher Chlor-Ätznatron-Elektrolysezellen wird eine Lösung mit etwa 280 bis 325 g Natriumchlorid pro Liter der Anolytkammer der Zelle zugeführt Zwischen der Anode und der Kathode wird eine elektrische Spannung angelegt und es entsteht Chlor an der Anode. Die Anolytflüssigkeit, die Natriumchlorid enthält, durchdringt das Diaphragma und gelangt in den Katholytraum. Im Katholytraurri entwickelt sich Wasserstoff an der Kathode, und es wird eine Katholytflüssigkeit gewonnen, die zwischen etwa 7

und etwa 10 Gew.% Natriumchlorid und zwischen etwa |0 und 15 Gew.% Natriumhydroxid enthält

Bei einem anderen Prozeß, bei dem Kaliumchlorid elektrolysiert wird und Chlor und Ätzkali gewonnen werden, wird eine Lösung mit etwa 350 bis etwa 425 g Kaliumchlorid pro Liter in den Anolytraum eingespeist. Zwischen Anode und Kathode wird eine Spannung angelegt. An der Anode bildet sich Chlor, während Anolytflüssigkeit mit darin enthaltenem Kaliumchlorid durch das Diaphragma durchdringt und in die ι ο Katholytkammer gelangt. Dort entwickelt sich an der Kathode Wasserstoff und es wird Katholytflüssigkeit gewonnen, die von etwa 9 bis etwa 20 Gew.% Kaliumchlorid und zwiEchen etwa 14 und etwa 21 Gew.% Kaliumhydroxid enthält.

Bei der Elektrolyse von Salzsäure, wie sie beispielsweise als Nebenprodukt der organischen Synthese chlorierter Kohlenwasserstoffe anfällt, kann die Salzsäure beiden Kammern der Zelle zugeführt werden oder nur dem Anolytraum. An der Anode entwickelt sich Chlor, an der Kathode Wasserstoff.

Als Anodenmaterialien können Graphit, Metalle, die eine Schutzschicht bilden, Sperrmetalle mit einer geeigneten elektrisch leitenden, elektrokatajytischen Oberfläche darauf oder Silicium verwendet werden. Silicium ist besonders gut geeignet, da es von Säuren oder sauren Lösungen nicht angegriffen wird und sich eine entsprechende elektrische Leitfähigkeit durch Zusatz von Dotierungen, beispielsweise aus Bor, Aluminium, Gallium, Indium, Thallium, Suckstoff, Phosphor, Arsen, Antimon oder Bismuth erreichen läßt. Ein besonders gut geeignetes und nützliches Siliciummaterial für Anoden ist eine Siliciumlegierung, die soviel Dotierungsmaterial enthält, daß sich eine höhere Leitfähigkeit als 100 (Ohm-cm)¹ ergibt Der Rest der Legierung ist Silicium, wobei Spuren von Verunreinigungen tolerierbar sind. Eine derartige Legierung enthält typischerweise zwischen etwa 0,1 und etwa 23 Gew.% der oben aufgezählten Dotierungselemente und eine entsprechende Menge Silicium.

Derartige Siliciumanoden, ihr Aufbau und ihre Verwendung in bipolaren Elektrolysezellen sind in DE-OS 23 28 417 beschrieben. Diese bipolaren Einheiten weisen eine elektrisch leitende, elektrolyt-undurchlässige Rückplatte auf, deren eine freiliegende Oberfläehe von einer Stahlplatte und deren gegenüberliegende freiliegende Oberfläche von einer mit dieser in elektrischem Kontakt stehenden Siliciumplatte gebildet wird. Zwischen Siliciumplatte und Stahlplatte befindet sich ein Bindemittel.

Ähnlich aufgebaute Elektrolysezellen sind auch in der DE-OS 20 03 885 beschrieben.

Aus DE-OS 21 25 941 ist eine bipolare elektrolytische Zelle bekannt, bei der die Anode aus einem Anodenmetall mit einer Trägt rplatle aus Stahl elektrisch leitend verbunden ist. Für die Verbindung ist neben einer Lötverbindung auch das Verbinden unter Zuhilfenahme eines elektrisch leitenden Bindemittels als gleichwertige Alternative beschrieben.

Alle diese bekannten Einrichtungen leiden unter dem Mangel, daß Silicium von der stark basischen Katholytflüssigkeit angegriffen wird und deshalb dieser gegen^ über ausreichend abgedichtet Werden muß. Silicium ist aber ein überaus spröder Werkstoff, der bei Zug* oder Druckbelastungen, die über ein gewisses Maß hinausge^ hen, zum Brechen neigt Die bekannten Ausführungsfor^ men von Elektrolysezellen unter Verwendung von Siliciumanoden haben desnalb alle den Nachteil, daß sie schwierig abzudichten sind, weil die dabei zur Verwendung gelangenden Siliciumplatten relativ spröde sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, eine feste elektrisch leitende Verbindung zwischen der Rückenplatte aus Stahl und der als eigentliche Anode fungierenden Siliciumplatte in einer bipolaren Elektrolysiereinrichtung herzustellen. Die erheblich unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der beiden zu verbindenden Materialien stellen für die angestrebte Verbindung das eigentliche Problem dar. Zusätzlich erschwerend kam hinzu, daß Stahl ein relativ elastisches Material Lt, die Siliciumplatte im Gegensatz dazu jedoch relativ spröde ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine bipolare Elektrolysiereinrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruches 1, bei der die zwischen der Stahlplatte und der Siliciumplatte angeordneten Bindemittel elastische Bindemittel sind. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Bindemittel ein elektrisch -^itendes Harzmaterial einschließen.

Die elektrische Leitfähigkeit des Bindematerials sollte groß genug sein, daß eine entsprechende Menge verwendet werden kann, ohne daß sich ein ins Gewicht fallender Spannungsabfall ergibt. Es sollte außerdem hinreichend elastisch sein, daß die Unterschiede im thermischen Ausdehnungskoeffizienten und Young'-schen Elastizitätsmodul von Eisen und Silicium ausgeglichen werden. D. h. es sollte so elastisch sein, daß sich die elastischere Eisen- oder Stahlplatte der Rückplatte verformen kann, ohne daß dabei das Silicium gebrochen oder zersplit'.ert wird.

Das Kennzeichnende einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß zwischen der Stahlplatte und der Siiiciumplatte zusätzlich eine elastische Zwischenlage angeordnet ist und sich die elastische, elektrisch leitende Harz-Bindemasse von der Stahlplatte durch die perforierte Zwischenlage ..u der Siliciumplatte erstreckt.

Anhand der Figuren wird im folgenden die Erfindung nocn näher erläutert.

F i g. 1 zeigt in teilweise auseinandergezogener und aufgeschnittener Darstellung eine bipolare ^lektrolysiereinrichtung.

Fig. 2 ist eine Aufsicht einer bipolaren Einheit einer Elektrolysiereinrichtung nach dieser Erindung.

F i g. 3 ist ein Querschnitt entlang der Ebene 3-3 der Fig. 2.

Fig. 4 ist ein Querschnitt entlang der Ebene 4-4 der Fig. 2.

In Fig. 1 ist eine bipolare Elektrolysiereinrichtung i in auseinandergezogencr Darstellung gezeigt. Die brpoL re Elektrolysiereinrichtung schließt einzelne bipolare Einheiten 11, 12 und 13 ein, die zwischen den bipolaren Einheiten 11 und 12 eine einzelne Diaphragmazelle 21 und zwischen den bipolaren Einheiten 12 und 13 eine einzelne Diaphragmazelle 22 bilden. Die einzelnen bipolaren Einheiten entstehen aus Stahlplatten 31a, 316, 31c auf den dem Katholyt zugewandten Seiten der Einheiten und aus Siliciumscheiben oder -platten 33a, 336, 33c auf den gegenüberliegenden Seiten der bipolaren Einheit Von den Stahlplatten 316, 31c weg und parallel zu diesen erstrecken sich Kathodengitter aus Stahl 35a, 356, auf denen sich permeable Trennschichten 37a, 376 befinden.

Die stählerne, katholytbeständige Oberfläche der einzelnen Rückolatten 12 und 13 und die anolytbeständi-

gen Siliciumoberflächen 33a, 336 der einzelnen bipolaren Einheiten 11 und 12 werden durch Abstandsrahmen oder Abstandsstücke 41a, 416, 41c voneinander getrennt. Zwischen den elastischen Abstandsrahmen 41a, 416 und der Stahlobeffläche der Stahlplatten 316, 31c der einzelnen bipolaren Einheiten 12, 13 befinden sich erste Gummidichtungen 43a', 436', während sich zwischen den Siliciumscheiben 33a, 336 der einzelnen bipolaren Einheiten 11 und 12 und den elastischen Abstandsrahmen 41a, 416 zweite Gummidichtungen 43a", 436" befinden.

Außen an den elastischen Abstandsrahmen 41a, 416, 41c befinden sich Lösungsketten 51, die mit Chlorableitungen 53 und Lösungszuführungsleitungen 55 versehen sind. Aus den Stahlplatten 31a, 316, 31c der einzelnen bipolaren Einheiten 11, 12, 13 kommen Gasauslässe, beispielsweise Wasserstoffgasauslässe 61 heraus.

Um eine Elektrolysiereinrichtung zu bilden, werden

daß die Anodeneinrichtungen einer bipolaren Einheit den Kathodeneinrichtungen in der nächsten benachbarten bipolaren Einheit gegenüberliegen. Die Elektrolysiereinrichtung wird mit Verbindungsstangen 73 zusammengehalten, die sich durch Löcher 71 und hervorragende Teile 31 der Stahlplatte einzelner bipolarer Einheiten, beispielsweise 11, erstrecken. Auf diese Weise können hervorragende oder angeflanschte Teile an jeder 5, 8. oder 10. Einheit benutzt werden, um eine die einzelnen Einheiten der Elektrolysierzelle zusammendrückende Kraft aufrecht zu erhalten. Dazu dient die Verbindungsstange in Verbindung mit der auf dem angeflanschten Teil der Rückplatte 11 befindlichen Mutter 75. Diese Teile sind durch eine nicht leitende, elektrisch isolierende Unterlegscheibe 77 elektrisch voneinander getrennt. Ein elektrischer Kontakt zwischen der Verbindungsstange und der Rückplatte wird durch eine Hülse verhindert, die zwischen der Verbindungsstange und dem Inneren des angeflanschten Teils der Rückplatte angeordnet ist.

F ι g. 3 zeigt eine Querschnittsdarstellung entlang der Linie 3-3 der Fig. 2. Wie hier zu sehen ist. bilden die einzelnen Rückplatten 11, 12 und 13 die einzelne Zellemheit 21 zwischen Rückplatte U und 12 und die einzelne Zelleinheit 22 zwischen Rückplatte 12 und 13. Jede einzelne Rückplatte 11, 12, 13 wird gebildet aus einer Stahlplatte 31a. 316. 31c als katholytbeständige Oberfläche und aus einer Siliciumscheibe oder -platte 33a. 336.33c als anolytbeständige Oberfläche. Zwischen der Stahlplatte 31a. 316. 31c und der Siliciumscheibe 33a. 336. 33c ist ein elastisches Bindemittel 34a. 346. 34c dargestellt. Ais elastisches Bindemittel kann ein elektrisch leitender Klebstoff, beispielsweise ein elektrisch leitendes organisches Harzmaterial, wie der leitende Epoxy-Klebstoff »Eccobond Solder LT-11« von Emerson und Cuming verwendet werden, der eine elektrische Vo'lumenleitfähigkeit von weniger als 0,01 Ohm χ cm und einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von weniger als 10-* pro Grad Celsius hat und dessen Scherfestigkeit bei etwa 65 kp/cm² oder mehr liegt

Das elastische Bindemittel kann von jedem Material gebildet werden, das eine Scherfestigkeit der Bindung von mehr als 33 kp/cm² hat und dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient kleiner ist als I0~⁴ pro Grad Celsius.

Der elektrische Widerstand des Bindemittels sollte so klein sein, daß sich ein ökonomisch vertretbarer Spannungsabfall in einer Schichtstärke des Bindemittels ergibt, die dick genug ist, um die gewünschte Elastizität zu erreichen. Derartige Materialien sind besonders wünschenswert bei der Bildung einer kompakten, elektrisch leitenden Verbindung zwischen der Stahlplat-

te und der Siliciumscheibe, wobei die Stahlplatte einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von etwa 0,114 χ 10-· pro Grad Celsius hat, während die Siliciumscheibe einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von ungefähr 0,023 χ ΙΟ-⁴ pro Grad Celsius

ίο besitzt Auf diese Weise kann das unerwünschte Zerbrechen der Siliciumscheibe verhindert werden.

Zwischen der Stahlplatte 31a, 316, 31c der einzelnen Rückplatten 11, 12, 13 und der Siliciumscheibe 33a, 336, 33c der einzelnen Rückplatten 11, 12, 13 kann eine perforierte, elastische Zwischenlage (shim) 32a, 326.32c angeordnet sein, die mit Einrichtungen versehen ist, die es ermöglichen, daß das elektrisch leitende Bindematerial sich von der Stahlplatte 31a, 316, 31c durch die "eriorieris, elastische Zwischenlage 32s, 326,32c zu der Siliciumscheibe 33a, 336, 33c der bipolaren Einheit 11, 12, 13 erstreckt. Dadurch ergibt sich eine weitere Möglichkeit, die Unterschiede in den thermischen Ausdehnungskoeffizienten und Elastizitätsmodulen aufzunehmen. Die Zwischenlage 32a, 326,32c ist aus einem Material hergestellt, das eine gewisse Elastizität besitzt Und den beim Betrieb der Zelle auftretenden Temperaturen, beispielsweise 110°C, und der Härtetemperatur des elek-isch leitenden Bindematerials, z.B. ungefähr 125 bis 175"C. standhalten kann. Geeignete Materialien sind Polycarbonate und Polypropylen.

Die Siliciumscheibe 33a, 336. 33c dient in der beschriebenen Weise als Anode und besitzt eine Oberfläche aus einem von Silicium verschiedenen Material, das als Elektrokatalysator dient. Typischerweise hat der Elektrokatalysator eine Chlorüberspannung von weniger als 0,25 Volt bei einer Stromdichte von 0,135 Ampere pro cm².

Die vorzugsweise für die Einrichtungen zu verwendenden Materialien sind weiterhin durch ihre chemische

Mi Stabilität und ihre Widerstandsfähigkeit gegen den Angriff von Chlor und anodischen Substanzen während der Elektrolyse gekennzeichnet

Lm den geeigneten Materialien genoren die Metalle der Platingruppe. Platin, Ruthenium. Rhodium, Palladium. Osmium und Iridium. Die Metalle der Platingruppe können als Mischungen oder Legierungen vorliegen, beispielsweise von Palladium mit Platin oder von Platin mit Iridium. Eine besonders befriedigende Palladium-Platin-Kombination enthält ungefähr 15% Platin und die entsprechende Menge Palladium. Ein anderer besonders zufriedenstellender Überzug besteh' aus metallischem Platin mit Iridium, insbesondere wenn es zwischen ungefähr 10% und ungefähr 35% Iridium enthält Zu den weiteren geeigneten Metallkombinationen gehören Ruthenium und Osmium, Ruthenium und Iridium, Ruthenium und Platin. Rhodium und Osmium, Rhodium und Iridium, Rhodium und Platin, Palladium und Osmium und Palladium und Iridium. Die Herstellung oder die Benutzung von vielen dieser Oberzüge auf andere Substrate ist in den US-PS 36 30 768; 34 91 014; 32 42 059:32 36 756 und anderen beschrieben.

Das elektrisch leitende Material kann auch in der Form eines Oxids eines Metalls der Platingruppe, wie beispielsweise Rutheniumoxid, Rhodiumoxid, PaIIadiumoxid, Osmiumoxid, Iridiumoxid und Platinoxid, vorliegen.

An der elektrisch leitenden Oberfläche können auch Oxide vorhanden sein, die selbst nichtleitend sind oder

eine geringe Leitfähigkeit haben. Derartige Materialien haben zwar eine geringe Volumenleitfähigkeit, können aber dennoch mit den oben erwähnten Oxiden der Platingruppe einen gut leitenden Film bilden und eine offene oder poröse Struktur haben, wodurch ein Durchfließen des Elektrolyten und des elektrischen Stromes durch sie hindurch möglich ist, oder sie können dazu Jienen, das Oxid des Platinmetalls mit der Siliciumbasis besser zu verbinden; Beispielsweise können Aluminiumoxid, Siliciumoxid, Titanoxid, Zirconiumoxid, Nioboxid, Hafniumoxid, oder Wolframoxid in der Oberflächenbeschichtung zusammen mit einem besser leitenden Oxid der Platingruppe vorhanden sein. Wenn mehrere Oxidbeschichtungen angewendet werden, ist es von Vorteil, als äußere Beschichtungsschicht eine Mischung des hier beschriebenen Typs zu verwenden. Carbide, Nitride und Silicide dieser Metalle oder der Metalle der Platingruppe können ebenfalls ..Λ·..·, nn^lnf .*>n*>*J»>* um ^fin *»l*»l* t*-.c*L. Initnnrln Γ\1*η — (\η

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ehe zu bilden. Man kann beispielsweise eine Elektrode herstellen, die eine Basis oder ein Substrat aus elementarem Silicium hat und eine Oberfläche besitzt mit einer Beschichtung aus einer Oxidmischung, die Rutheniumdioxid und Titandioxid oder Rutheniumdioxid und Zirconiumdioxid oder Rutheniumdioxid und Tantaldioxid enthält. Zusätzlich kann das Mischoxid auch metallisches Platin, Osmium oder Iridium einschließen. Oxidbeschichtungen, die für den hier betrachteten Zweck geeignet sind, werden in der US-PS 36 32 408 beschrieben.

D ·_· Elektroden mit der Siliciumbasis können eine Oberfläche haben, die mindestens teilweise oder ganz aus einem elektrisch leitenden reaktionsbeständigen Metallsilicid, beispielsweise einem Silicid der Metalle der Platingruppe besteht. Die elektrisch leitende Silicidoberfläche der Elektrode kann von den Siliciden gebildet werden, die eine hinreichende elektrische Leitfähigkeit haben und außerdem dem chemischen Angriff des Anolyts und des sich an der Anode entwickelnden Produkts widerstehen. Auch eine Kombination von zwei oder mehr Siliciden kommt für solche eine Silicide enthaltende Oberfläche infrage, wobei beide durch ihre Widerstandsfähigkeit gegen den chemischen Angriff des Anolyts und des an der Anode entwickelten Produkts beständig sind, aber nur eines der Silicide eine hohe elektrische Leitfähigkeit hat und eine geringe Chlorüberspannung bei der Entwicklung des Chlors bewirkt

Für diesen Zweck besonders gut geeignete elektrisch leitende, elektrolytbeständige Silicide sind unter anderem die Silicide der Metalle der Platingruppe, d.h. Platinsilicid, Palladiumsiücid, Iridiumsilicid, Rhodiumsilicid und Rutheniumsilicid. Viele solcher Silicide haben die Formel M_xSi^, wobei M das Metall bezeichnet und χ und y jeweils die Zahlenwerte 1 bis 5 einnehmen können. Andere Silicide, die eine hinreichend hohe elektrische Leitfähigkeit und recht gute chemische Widerstandsfähigkeit gegen die Anolytprodukte haben, sind die Chromsilicide CrSi, CrsSi3 und CrSi2, Cobaltsilicid CoSi, Nickelsilicid NiSi, Titansilicid TiSi2, Vanadiumsilicid VSJ2, Zirconiumsilicid ZrSi2, Niobiumsificid, Hafniumsilicid, Tantalsilicid TaSi2 und Wblframsilicid.

Als allgemeine Regel läßt sich sagen, daß mehrere Überzüge aus leitei 'em Material (Platin und dergleichen) nacheinander, einer auf dem anderen abgelagert werden, um die Stärke des Überzugs aufzubauen und seine Durchlässigkeit für Elektrolyt zu vermindern. Wegen der hohen Kosten des Edelmetalls ist der Überzug verhältnismäßig dünn, im allgemeinen zwischen weniger als 25 μπι, selten mehr als 100 μίτι stark. Folglich sind die Überzüge porös und für den Elektrolyt durchlässig, und so wird das Silicium des Substrats selbst, das mit der inneren leitenden Schicht öder den inneren leitenden Schichten in Kontakt steht, selbst bei seiner Verwendung dem Angriff der anodischen Substanzen ausgesetzt insbesondere aus diesem Grunde muß dieses Silicium reaktionsbeständig sein; sonst

ίο würde die Unterlage des Überzugs weggeätzt und der Überzug von der Elektrode abblättern.

Besonders günstig ist es, wenn die erste Unterlage des Überzugs aus einer Mischung eines Silicids der Platingruppe und einem Metall der Platingruppe oder einem Oxid davon bestehen, oder es kann das gesamte Metall der Platingruppe in einer derartigen Unterlage des Überzugs als Silicid vorliegen. Dies kann in wirkungsvoller Weise erreicht werden, indem man den

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wuwi £ug ana WiIIWiIi iriwiaii uwi ι laiiiigi uyyy, uuwi wiiiwiu Metalloxid auf die Siliciumbasis aufbringt und sie dann aufheizt, beispielsweise auf 500 bis HOO⁰C, bis das Silicium durch Reaktion mit dem Überzug ein Silicid der Metalle der Platingruppe gebildet hat, beispielsweise PtSi₂, PdSi₂ oder RuSi₂. Danach kann ein zweiter Überzug aus einem Metall der Platingruppe oder aus einem Oxid eines Metalls der Platingruppe aufgebracht werden. Stattdessen können die äußeren Überzüge auch als Silicide abgelagert werden, beispielsweise indem man auf die Beschichtung der Siliciumbasis eine Lösung von Siliciumresinaten oder anderen Siliciumestern und Platinresinaten oder anderen Resinaten der Platingruppe aufbringt und die resultierende Bezugsschicht auf 350° bis 500°C erhitzt, so daß Platinmetall und Platinsilicid entsteht. In ähnlicher Weise kann eine Athylalkohollösung von Siliciumtetrachlorid und einem Chlorid der Platingruppe angewendet und aufgeheizt werden, um eine Silicidbeschichtung zu erzeugen.

Das Verhältnis des Silicids der Platingruppe zu dem Metall oder Metalloxid kann verändert werden, indem man die Menge Siliciumresinat oder eines anderen Siliciumesters variiert. Im allgemeinen wird eine Mischung von 1 Äquivalent Siliciumresinat mit 2 bis 5 Äquivalenten von Platinresinat verwendet und in der Beschichtung liegt der Platinsilicidanteil bei 10 bis 50%.

den Rest bildet jeweils Platinmetall.

Andere für die Ablagerung auf der Siliciumbasis geeignete elektrisch leitende Überzüge sind die Bimetall- und Trimetallspinelle.

Die Stahlplatte 31a. 316, 31cder einzelnen Rückplatten 11, 12, 13 hat einen Wasserstoffauslaß 61, der sich durch die Stahlplatte 31a, 316, 31c hindurch von der Katholytkammer. wie im folgenden näher beschrieben wird, nach oben zu einem Wasserstoffsammelbehälter erstreckt.

Auf der Stahloberfläche 316, 31c der einzelnen Rückplatten 12, 13 sind stählerne Kathodengitter 35a, 356 angeordnet Die stählernen Kathodengitter sind typischerweise so geformt, daß sie einen ebenen Teil 36a, 366, der parallel zu und im Abstand von der Stahloberfläche316,31cder Rückplalten 12,13 verläuft und einen Abschlußteil 38a, 386 einschließt der sich von der Kante des ebenen Teils 36a, 366 des Kathodengitters 35a, 356 zu der Stahlplatte 316, 31c der bipolaren Einheit 12, 13 erstreckt Sie können beispielsweise die Form eines Pyramidenstumpfes haben.

Auf der äußeren Oberfläche des Kathodengitters 35s. 356 befindet sich eine permeable Trennschicht 37a 376. 37c Diese Trennschicht kann ein für Anolytflüssigkeit

durchlässiges Diaphragma aus Asbest sein. Statt dessen kann auch ein künstliches Diaphragma, das für Anolytflüssigkeit durchlässig oder teilweise durchlässig ist, verwendet werden. Schließlich kann es auch eine permionisehe Membran sein, die nur für Wasserstoffionen und Alkalimetallionen durchlässig, aber für Chlor-Ionen im wesentlichen" undurchlässig ist.
" Zwischen dei Stahlplatte 31 einer einzelnen Rückplatte und der Siliciumscheibe 33 der nächst benachbarten Rückplatte sind Trennrahmen 41 mit Gummidichtungen 43 angeordnet, die die Außenwände der einzelnen elektrolytischen Zelle bilden. Aus den Abständsstücken 41a, 416,41c heraus kommen Gäsäüsjässe 53 und Flüssigkeitszuführungen 55, die durch die Leitungen 57 zu den Lösungs-Zuführurtgskästen mit dem Inneren der einzelnen elektrolytischen Zellen 21 und 22 in Verbindung stehen; Die Lösung wird von einem gemeinsamen Sammelgefäß durch die Leitung 55 dem kasten 51 zugeführt und das entwickelte Chlorgas wird durch die Leitung 53 aus dem Lösungskasten 51 abgeführt, nachdem es in diesem von der mitgerissenen Elektrolytflüssigkeit befreit worden ist. Die Abstandsftücke oder -rahmen 41 ä, 416,41c können aus einem im Spritzgußverfahren oder im Extrusionsverfahren verarbeiteten Material iiergestellt sein, das gegen chlorhaltige Salzlösungen bei Temperaturen von mindestens ungefähr HO⁰C themisch beständig ist. Zufriedenstellende Materialien sind unter anderem halogenierte Kohlenwasserstoffe, beispielsweise nachchloriertes Polyvinylchlorid, Polytetrafluoräthylen, Polyvinylfluorid und Polyvinylidenfluorid. Die Gummidichtungen 43 sind aus einem elastischen Gummi hergestellt, beispielsweise

ίο geschäumtem Polyneopren oder geschäumtem Polychloropren.

Im Betrieb wird Salzlösung aus einem Lösungs-Sammelbehälter durch die Leitung 55 dem Lösungskasten 51 lind von dort der" Zelle zugeführt. An die bipolare

Eleklrisiefe'mrichtung wird ein elektrisches Potential angelegt, das groß genug ist, daß ein Strom von der als Anode dienenden Siliciumscheibe 33 einer einzelnen Zelle durch die permeable Trennschicht 37, die auf der Kathode 35 der Zelle angeordnet ist, zu der Stahlplatte 31 der einzelnen bipolaren Einheit fließt und dann durch die einzelne bipolare Einheit zu der Siliciumscheibe 33 der nächst benachbarten elektrolytischen Zelle der bipolaren Elektrolysiereinrichtung.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche: or ςη Q0£

1. Bipolare Elektrolysiereinrichtung mit einer ersten bipolaren Einheit und einer zweiten bipolaren Einheit, die im Abstand von und parallel zueinander angeordnet sind und zwischen sich eine einzelne elektrolytische Zelle bilden und die jeweils eine Anodenanordnung auf ihrer einen Oberfläche und eine Kathodenanordnung auf ihrer gegenüberliegenden Oberfläche haben, so daß die Kathodenan-Ordnung der ersten bipolaren Einheit der Anodenanordnung der zweiten bipolaren Einheit zugewandt ist, wobei mindestens eine der bipolaren Einheiten folgende Einrichtungen einschließt:
Flüssigkeitsablaßeinrichtungen und Gasableitungseinrichtungen, eine elektrisch leitende, elektrolytundurchlässige Rückplatte, deren eine freiliegende Oberfläche von einer Stahlplatte und deren gegenüberliegende freiliegende Oberfläche von einer mit dieser in elektrischem Kontakt stehenden Siliciumplatte gebildet wird und Bindemittel zwischen der Stahlplatte auf der Siliciumplatte, ein elektrokatalytisches Material und der freiliegenden Oberfläche der Siliciumplatte der Rückplatte und eine elektrolytdurchlässige, elektrisch leitende Kathodeneinrichtung, die mit der Stahlplatte elektrisch und mechanisch verbunden im Abstand von und parallel zu ihr angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen der Stahlplatte (3Ia-C,) und der Siliciumplatte (33a—c) angeordneten Bindemittel elastische Bindemittel (34) sind.

2. Bipolare Elektrolysiert-.nrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Bindemittel (34) ein :lektrisch leitendes Harzmaterial einschließen.

3. Bipolare Elektrolysiereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Stahlplatte (31a—c) und der Siliciumplatte (33a—c) zusätzlich eine elastische Zwischenla- « ge (32) angeordnet ist, und sich die elastische elektrisch leitende Harzbindemasse (34) von der Stahlplatte durch die perforierte Zwischenlage zu der Siliciumplatte erstreckt

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