DE2656650A1

DE2656650A1 - Bipolare elektrode fuer eine elektrolysezelle

Info

Publication number: DE2656650A1
Application number: DE19762656650
Authority: DE
Inventors: Gerald Reuben Pohto
Original assignee: Diamond Shamrock Corp
Current assignee: Diamond Shamrock Corp
Priority date: 1975-12-15
Filing date: 1976-12-14
Publication date: 1977-06-16
Also published as: CA1073406A; JPS5278772A; IT1069582B; NO764231L; FR2335623B3; GB1564818A; NL7613929A; SE425979B; US4017375A; SE7614034L; FR2335623A1; MX143561A

Description

betreffend
Bipolare Elektrode für eine Elektrolysezelle.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrolysezelle, die auf einer Reihe von hintereinander angeordneten bipolaren Elektroden mit dazwischen eingeschlossenen Trennwänden oder Membranen aufgebaut ist und der Erzeugung von Alkalimetallhydroxiden und Halogenen dient. Dabei betrifft die Erfindung eine Verbesserung der bipolaren Elektrode, bei welcher die Anodenkammer und die Kathodenkammer von Pfannen gebildet sind, die jeweils aus einzelnen Schichten fester metallischer Werkstoffe gepresst und rückseitig im Abstand zueinander durch elektrisch leitende Einrichtungen verbunden sind, wobei ein Luftraum zwischen den Pfannen verbleibt. Umfangskanäle der Pfannen sind mit einem sich verfestigenden Material ausgefüllt, so dass eine feste Einspannfläche entsteht, mit der sich die Elektroden in einer Filterpressen-Elektrolysezelle hintereinander anordnen lassen.

Chlor und Alkalihydroxide (Natriumhydroxid) sind von besonderer Bedeutung und werden in grossen Mengen als chemische Grundstoffe in allen iNdustriebetrieben benötigt. Sie werden nahezu ausschliesslich durch Elektrolyse aus einer wässrigen Lösung von Alkalimetallchloriden hergestellt, wobei

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ein grosser Anteil der Erzeugung mittels Strom aus Elektrolyse zellen der Bauart mit einer Trennwand kommt. Diese Zellen besitzen eine wabenförmige Anordnung von Anoden und Kathoden, wobei als Ausgangsmaterial eine Salzlösung (Natriumchlorid) durch die Anodenkammer in die Zelle eingeführt wird. Um eine Rückdiffusion und Wanderung durch die hydraulisch durchlässige Trennwand herabzusetzen, wird der Durchsatz stets über der Umwandlungsrate gehalten, so dass die entstehende Kathodenflüssigkeit nicht zersetztes Alkalimetallchlorid enthält. Diese Kathodenflüssigkeit, die Natriumhydroxid, unzersetztes Natriumchlorid und bestimmte andere Verunreinigungen enthält, muss dann konzentriert und gereinigt werden, um ein marktfähiges Natriumhydroxid und eine Natriumchloridlösung zu erhalten, die der mit einer Trennwand versehenen Elektrolysezelle erneut zugeführt werden kann. Hierin liegt ein ernsthafter Nachteil, Veil die Kosten dieses Verfahrens zum Konzentrieren und Reinigen schnell ansteigen.

Mit dem Aufkommen technologischer Fortschritte wie der dimensionsstabilen Anode, die ein ständiges Verengen der Spalte zwischen den Elektroden und der hydraulisch undurchlässigen Membran ermöglicht, wurden andere Konstruktionen von Elektrolysezellen in Betracht gezogen. Die Geometrie der Trennwand-Zellstruktur eröffnet nicht die Möglichkeit, eine ebene Membran zwischen den Elektroden anzuordnen, und daher wurde eine Filterpressen-Elektrolysezelle als eine alternative Bauweise für eine Elektrolysezelle vorgeschlagen.

Eine Filterpressenelektrolysezelle ist eine Zelle, die aus mehreren in Reihe hintereinander angeordneten Einheiten besteht, wie bei einer Filterpresse, wobei jede Elektrode mit Ausnahme der beiden Elektroden an den Enden auf der einen Seite als Anode und auf der anderen Seite als Kathode wirkt, und der Raum zwischen diesen bipolaren Elektroden durch eine Membran in eine Anodenkammer und eine Kathodenkammer unterteilt ist. Alkalimetallhalogenid wird in die Anodenkammer eingeleitet,

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wobei Halogengas an der Anode entsteht. Alkalimetallionen werden durch die Membran hindurch in die Kathodenkammer transportiert und bilden mit den Hydroxylionen, die an der Kathode durch Elektrolyse von Wasser entstehen, das Alkalimetallhydroxid. Bei dieser Zelle ist das erzeugte Alkalimetallhydroxid ausreichend rein, um handelsfähig bzw. marktfähig zu sein, wodurch ein aufwendiger Verfahrensschritt zur Salzrückgewinnung vermieden wird. Zellen, bei denen bipolare Elektroden und dazwischen angeordnete Trennwände oder Membranen nach Art einer Filterpresse angeordnet sind, können elektrisch in Reihe geschaltet werden, wobei die Anode einer Zelle mit der Kathode einer benachbarten Zelle über ein Bauteil oder eine Querwand verbunden ist. Diese Anordnung ist allgemein als bipolare Bauweise bekannt. Eine bipolare Elektrode ist eine Elektrode ohne direkte metallische Verbindung mit der Stromquelle, wobei eine Seite der Elektrode als Anode und die gegenüberliegende Seite als Kathode wirkt, wenn ein elektrischer Strom durch die Zelle geleitet wird.

Zwar bietet die bipolare Bauweise einen gewissen wirtschaftlichen Vorteil im Zusammenhang mit der elektrischen Reihenschaltung dieser Elektroden, es ergibt sich jedoch ein ernsthaftes Problem im Zusammenhang mit der Korrosion der Zellbestandteile, die mit der Anodenflüssigkeit in Verbindung stehen. Die Anodenflüssigkeit enthält normalerweise hochkorrosive Konzentrationen an freien Halogeniden, und die Verwendung von Grundmetallen wie Eisen zur Aufnahme der Lösung hat sich als ungeeignet erwiesen.

Vorschläge zur Lösung dieses Problems sehen die Verwendung von Armaturenmetallen oder Legierungen daraus vor, um die Anodenflüssigkeit aufzunehmen, wobei entweder die gesamte Elektrode aus einem solchen korrosionsbeständigen Material hergestellt wird oder eine Schicht aus diesem korrosionsbeständigen Material auf ein Grundmetall innerhalb der Anodenkammer aufgebracht wird. Die Verwendung von grossen Mengen

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teuren Armaturenmetall hat sich jedoch bei wirtschaftlichen Zellkonstruktionen als wirtschaftlich nicht durchführbar erwiesen. Andererseits sind die beschichteten Grundmetalle anfällig für Zerstörungen durch Abschälen der Schutzschicht und haben sich ebenfalls als unzweckmässig erwiesen. Es ist daher von besonderem Vorteil, eine bipolare Elektrode zu schaffen, bei der korrosionsbeständige Armaturenmetalle in einer wirtschaftlichen Weise verwendet werden, um die Anodenflüssigkeit aufzunehmen, wobei eine Filterpressenelektrolysezelle geschaffen wird, die sich als konkurrenzfähige Alternative zu den bekannten Trennwand-Zellen darstellt.

Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, eine bipolare Elektrode zu schaffen, die sich in eine Filterpressenelektrolysezelle einbauen lässt, eine erheblich vereinfachte Konstruktion aufweist und die Anodenflüssigkeit in einer korrosionsbeständigen Elektrodenkammer aufnimmt.

Ferner sollen die Anodenpfannen und Kathodenpfannen aus festen dünnen Schichten metallischen Werkstoffs unter Verwendung derselben Pressformen gepresst werden können.

Schliesslich zielt die Erfindung auch auf eine verbesserte zusammengefügte bipolare Elektrode, die bei Reihenschaltung mit anderen identischen Elektroden zu einer guten Stromausbeute führt.

Diese Aufgabe und die damit zusammenhängenden Vorteile gegenüber bekannten Bauarten, die sich für den Fachmann aus der vorliegenden detaillierten Beschreibung der Erfindung ergeben, werden durch die gezeigten, beschriebenen und beanspruchten Verbesserungen gelöst bzw. erreicht.

Es wurde festgestellt, dass eine bipolare Elektrode aus zwei Pfannen von identischer Form zusammengesetzt werden kann,

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die an ihren mit Abstand zueinander angeordneten Rückseiten unter Schaffung eines elektrischen Kontakts verbunden sind, wobei mit jeder Pfanne eine Elektrodenplatte derart verbunden ist, dass die Pfannen die Elektrodenplatten voneinander trennen, und wobei von den Pfannen ein Umfangskanal gebildet ist, der mit einem giessfähigen sich verfestigenden Material ausgeführt ist, um einen festen Umfang zu bilden, wobei jede Kammer mit wenigstens einem Zugangskanal zum Zuführen von Ausgangsstoffen oder Entfernen von Erzeugnissen aus der bipolaren Elektrode versehen ist.

Mehre Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in einer Seitenansicht eine Filterpressenelektrolysezelle, wobei verschiedene Zellensegmente im Schnitt dargestellt sind, um die Anordnung der bipolaren Elektroden zu veranschaulichen;

Fig. 2 ist eine Stirnansicht einer ersten Ausführungsform der bipolaren Elektrode gemäss Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 ist ein Teilschnitt durch die bipolare Elektrode längs Linie 3-3 in Fig. 2;

Fig. 4 zeigt in einer Fig. 3 entsprechenden Darstellung eine zweite Ausführungsform der bipolaren Elektrode und

Fig. 5 zeigt in einer Fig. 3 und 4 entsprechenden Schnittdarstellung eine dritte Ausführungsform der bipolaren Elektrode.

Gemäss Fig. 1 ist eine Filterpressenelektrolysezelle 10 vorgesehen, bei der eine erfindungsgemässe bipolare Elektrode 12 verwendet wird. Die Filterpressenelektrolysezelle 10 kann wie vorstehend beschrieben zur Herstellung von Halogenen und Alkalimetallhydroxyden verwendet werden. Die Zelle 10 kann in belieibger Grosse ausgeführt werden, um mit unterschiedlichen Anzahlen von bipolaren Elektroden 12 ausgerüstet zu werden, wie es sich aus den Herstellungsanforderungen für

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Halogene und. Alkalimetallhydroxide ergibt. Die bevorzugte und in Fig. 1 dargestellte Grosse für eine solche Filterpressenelektrolysezelle 10 ist auf eine Ausrüstung mit einunddreissig bipolaren Elektroden 12 abgestellt, die in einer Reihe hintereinander angeordnet sind. Die Konstruktion wird von Betonfüssen 14 etwas oberhalb des Bodens abgestützt, so dass auch die Unterseite leichter zugänglich ist. Die Elektrolysezelle 10 ist mit einem Grundrahmen 16 versehen, von dem Träger 18 aufragen, die direkt oberhalb der Betonfüsse 14 angeordnet sind und Querträger 20 unterstützen, welche die bipolaren Elektroden 12 in ihrer Stellung halten. Am einen Ende des Grundrahmens 16 und der Quertärger 20 ist ein ortsfester Endblock 22 zur Abstützung der bipolaren Elektroden 12 angeordnet, die in Reihe hintereinander in die Filterpressenelektrolysezelle 10 eingesetzt werden. Am anderen Ende des Grundrahmens 16 und der Querträger 20 ist ein verlagerbarer Schraubblock 24 vorgesehen, der dazu dient, eine Ilüssigkeitsdichte Anlage zwischen den Elektroden 12 und mit dem ortsfesten Endblock 22 herzustellen. Der verlagerbare Schraubblock 24 kann zurückgezogen werden, um irgendeine der bipolaren Elektroden entfernen zu können und dadurch das Innere der Zelle 10 leicht zugänglich zu machen. An der Oberseite des Grundrahmens 16 und soweit erforderlich auch über anderen entsprechenden Metallteilen ist eine ausreichende Isolierschicht 26 angeordnet, um einen Kurzschluss irgendeiner der bipolaren Elektroden 12 zu verhindern, so dass der Strom nacheinander durch die Elektroden 12 von einem Ende der Zelle 10 zum anderen Ende der Zelle 10 strömt. An jedem Ende der Zelle 10 ist eine Stromzuführungsschiene 28 vorgesehen, so dass ein elektrischer Stromkreis durch alle in Reihe hintereinandergeschalteten bipolaren Elektroden 12 geschlossen werden kann. Wie der Fachmann weiss,kann die Zelle 10 auf verschiedene Weise abgeändert werden, um besonderen Herstellungsanforderungen zu genügen.

Gemäss Fig. 1 ist jede einzelne bipolare Elektrode 12 mit Zugangskanälen versehen, um eine Strömungsverbindung mit

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jeder Kammer oder abgeschlossenem Raum innerhalb jeder Elektrode 12 herzustellen, wenn sie innerhalb der Zelle 10 angeordnet ist. Am Boden ist eine Zuleitung 30 zum Einführen der Ausgangsstoffe für eine bestimmte Reaktion vorgesehen, beispielsweise zum Einführen einer Salzlösung im Falle einer Elektrolysezelle zur Herstellung von Chlor und Alkalimetallhydroxid. Am oberen Ende einer jeden bipolaren Elektrode 12 ist ein Zugang 32 zur Anodenkammer zum Entnehmen von Chlorgas und erschöpfter Salzlösung im vagenannten Fall sowie ein Zugang 34 zur Kathodenkammer zum Entnehmen von Natriumhydroxid und Wasserstoffgas vorgesehen. Die Umfangsabmessungen und die Form der bipolaren Elektrode 12 sind unkritisch und können so gewählt werden, dass der besonderen Zellenform und der gewünschten Produktionsleistung genügt wird. Die Höhe und Breite liegen allgemein im Bereich von etwa 0,6 bis etwa 2,5 m, während die Dicke der einzelnen.bipolaren Elektroden 12 im allgemeinen zwischen etwa 5 und 20 cm beträgt. Eine Membran 36 trennt benachbarte dipolare Elektroden 12 voneinander, um eine Anodenkammer 38 und eine Kathodenkammer 40 zu bilden.

Eine ebene Trennwand könnte ebenfalls verwendet werden, soweit eine hydraulische Durchlässigkeit erwünscht ist. Zwischen jeder bipolaren Elektrode 12 und der Membran 36 ist eine Dichtung 42 angeordnet. Die Dichtung 42 bewirkt nicht nur eine Abdichtung zwischen den bipolaren Elektroden 12, sondern dient auch als Abstandhalter zwischen den bipolaren Elektroden 12 und der Membran 36. Natürlich muss jeder Dichtungswerkstoff beständig gegenüber den innerhalb der Zelle 10 verwendeten Elektrolyten sein, beispielsweise kommen polymere Werkstoffe oder Zusammensetzungen aus Hartgummi- als geeignete Werkstoffe in Frage.

Die bipolare Elektrode 12 besteht aus einer Anodenpfanne 44 und einer Kathodenpfanne 46, die rückseitig im Abstand zueinander elektrisch und mechanisch miteinander verbunden sind. Jede der Pfannen 44 und 46 kann beliebige Gestalt, Form oder

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Abmessungen aufweisen, solange nur die Pfannen sich identischer Weise derart entsprechen, dass sie rückseitig miteinander verbunden werden können und dabei spiegelbildlich zueinander sind. Jede Pfanne 44 bzw. 46 besitzt gemäss Fig. 3 eine eingedrückte Fläche 48 im mittleren Pfannenbereich, wodurch die Anodenkammer 38 bzw. die Kathodenkammer 40 gebildet sind. Jede Pfanne 44 bzw. 46 hat jedenfalls einen Rand 50, der eine geschlossene aufragende Umfangskante bildet, wobei eine Seitenwand 52 zwischen dem aufragenden Rand 50 und der vertieften Fläche 48 vorhanden ist. Gemäss Fig. 2, 3, 4 und 5 bildet der Rand 50 eine ebene Fläche 54, die zur flüssigkeitsdichten Abdichtung der bipolaren Elektroden 12 gegeneinander verwendet wird, so dass die in Fig. 1 dargestellte Filterpressenelektrolysezelle gebildet wird.

Bei dieser Bauart besteht der Vorteil, dass die Herstellung der Pfannen mit einem einzigen Presshub aus Standardblechen erfolgen kann. Dieses bietet die Möglichkeit, ziemlich dünne Bleche zur Herstellung der Pfannen 44 und 46 zu verwenden. Die Stärke dieser Pfannen liegt normalerweise im Bereich von etwa 0,25 bis 6,5 mm, wobei die bevorzugte Stärke zwischen etwa 1 und 2 mm liegt. Dadurch wird eine beträchtliche Einsparung bei der Verwendung von teuren Metallen erzielt, während gleichzeitig die Nachteile von beschichteten Werkstoffen vermieden werden. Es wurde ferner festgestellt, dass Pfannen aus unterschiedlichen metallischen Werkstoffen sämtlich mit den selben Pressformen hergestellt v/erden können, so dass auch die Herstellung der verschiedenen Anodenpfannen 44 und Kathodenpfannen 46 in wirtschaftlicher Weise möglich ist. Beispielsweise kann die Anodenpfanne 44 aus Titan hergestellt werden, während die Kathodenpfanne 46 aus Nickel hergestellt wird. Es hat sich beispielsweise gezeigt, dass Nickelpfannen und Pfannen aus Titan sehr leicht mit dem selben Formsatz hergestellt werden können, so dass die Gleichförmigkeit bei geringem Kostenaufwand sichergestellt ist. Die Gleichförmigkeit der Pfannen 44 und 46 ist wesentlich, um eine gute Flussigkeitsabdichtung zwischen den bipolaren

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Elektroden 12 zu erhalten, wenn diese in einer Reihehintereinander in der Elektrolysezelle 10 angeordnet werden.

Bei der zweiten Ausführungsform gemäss Fig. 4 ist dargestellt, dass beim Wunsch nach einer Versteifung der Pfanne zur Verstärkung eines dünnen Stahlblechs oder eines anderen metallischen Werkstoffs auf einfache Weise zusätzliche rippenförmige Erhebungen 56 im mittleren Abschnitt der Pfannen ausgebildet werden können, um eine zusätzliche Versteifung der Pfannen 44 und 46 sowie eine geeignetere Stelle zum Punktverschweissen einer Elektrodenplatte 58 mit den Pfannen 44 und 46 zu erhalten. Wenn die Pfannen 44 und 46 einander mit ihren Rückseiten zugewandt angeordnet sind, bilden die Erhebungen 56 einen offenen Raum 60 zwischen den Pfannen 44 und 46, der mit einem giessfähigen aich verfestigenden Material ausgefüllt werden kann, wenn eine weitere Verstärkung notwendig oder erwünscht ist. Ferner können diese Erhebungen 56 auch in konischer Form ausgeführt sein, wodurch die Flüssigkeitsbewegung innerhalb der Anodenkammer 38 und der Kathodenkammer 40 weniger behindert wird.

Wenn die Pfarmen 44 und 46 mit ihren Rückseiten einander zugewandt im Abstand zueinander angeordnet werden, um die zusammengesetzte bipolare Elektrode 12 zu bilden, entsteht rings um die Pfannen ein Umfangskanal 62. Dieser Kanal 62 kann dann mit einem giessfähigen, sich verfestigenden Material ausgefüllt werden, so dass eine feste Stützfläche für die Pfannen 44 und 46 entsteht und beim Anordnen der Pfannen in einer Reihe unter Bildung einer Elektrolytzelle 10 eine feste Einspannfläche vorhanden ist, auf der eine abdichtende Anlage der aufgereihten bipolaren Elektroden 12 unter Bildung der Elektrolytzelle 10 möglich ist. Alternativ können andere Arten von Verschlüssen wie Klammern, Schrauben oder Niete verwendet werden. Zwischen den Pfannen 44 und 46 verbleibt ein Luftraum, so dass Wasserstoffionen, die an der Kathodenplatte 58 der Zelle 10 entstehen, in diesen Luftraum

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wandern und sich zu Wasserstoffmolekülen verbinden, die dann in die Atmosphäre entweichen. Dadurch vird verhindert, dass Wasserstoffionen zur Anodenpfanne 46 aus Titan gelangen, die für Wasserstoffionen durchlässig ist, was wiederum zu einem Brüchigwerden der Anodenpfanne 46 durch Wasserstoffeinwirkung führen könnte.

Für die Grundfunktion der bipolaren Elektrode 12 ist in Übereinstimmung mit dem erfinderischen Konzept ein elektrischer Kontakt zwischen den beiden Pfannen wesentlich. Für die elektrische und mechanische Verbindung zwischen den beiden Pfannen haben sich verschiedene Einrichtungen als geeignet erwiesen. Gemäss Fig- 3 und 4 verbindet ein Bimetallstreifen 64 die beiden Pfannen 44 und 46 mechanisch und elektrisch, wobei eine Verschweissung des Bimetallstreifens 64 mit beiden Pfannen 44 und 46 vorgesehen ist. Wenn beispielsweise die Anodenpfanne 46 aus Titan und die Kathodenpfanne 44 aus Nickel hergestellt sind, besitzt der Bimetallstreifen 64 eine der Kathodenpfanne 44 zugewandte Nickelseite und eine der Anodenpfanne 46 zugewandte Titanseite, so dass die übliche Widerstandsschweissung zu einer festen elektrischen und mechanischen Verbindung zwischen den beiden Pfannen 44 und 46 führt. Im Handel erhältliche geeignete Bimetallstreifen 64 sind mit Stärken im Bereich von etwa 0,8 bis 6,5 mm ausgeführt, wobei die bevorzugte Stärke zwischen etwa 1 und 2 mm beträgt. Es kann auch eine innere Verschraubung vorgesehen sein, wobei die Elektrode durch eine Pfanne verschraubt ist, ein Abstand durch ein Abstandsstück vorgesehen ist und eine Verschraubung durch die zweite Pfanne zur anderen Elektrode vorhanden ist. Dieses erfordert eine genaue Anordnung der Löcher in jeder Pfanne sowie eine gute Abdichtung zur Gewährleistung einer flüssigkeitsdichten Verbindung. Bei einer drit ten Methode wird von einer Sprengverbindungstechnik Gebrauch gemacht, bei der ein festes Stück eines Kupferstreifens oder eines anderen elektrisch leitenden Metalls mit Hilfe eines Explosionsvorgangs mit einer jeden Pfanne verbunden wird. Solche Techniken sind mit weiteren Einzelheiten in der US-PS

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3 137 937 beschrieben. Zu den weiteren Möglichkeiten gehören Silberlöten, Nieten und die Verbindung durch eine Kopfkappe, die auf einem durch beide Pfannen hindurchgedrückten Stift angeordnet wird.

Verschiedene im Handel erhältliche Werkstoffe können für die Elektrodenplatten 58 bei einer Konstruktion der Kathoden und Anoden für eine erforderliche besondere Reaktion verwendet werden. Diese Materialien sind generell von durchlässiger Art. Fig. 2 zeigt eine gelochte Elektrodenplatte 58 aus einem Siebgewebe, die in Übereinstimmung mit der Erfindung an einer bipolaren Elektrode 12 vorgesehen ist. Fig. 3 und 4 zeigen die Seitenansichten der Elektrodenplatten 58, die mit den Pfannen verbunden sind, wobei die verschiedenen Gestaltungen der Elektrodenplatten 58 zu sehen sind, die erforderlich sind, um einen Kontakt zwischen den Pfannen 44 und 46 sowie den zugehörigen Elektrodenplatten 58 an verschiedenen Punkten entlang den Pfannen zu erhalten. Beispielsweise kann die Anodenplatte 58 aus Titangeflecht hergestellt sein, um der gleichfalls aus Titan hergestellten Anodenplatte 46 angepasst zu sein, und die Kathodenplatte 58 kann aus Nickelgeflecht hergestellt sein, damit sie an die aus Nickel hergestellte Kahtodenpfanne 44 angepasst ist, Der Fachmann weiss, dass verschiedene elektrokatalytisch aktive Überzüge über den Titanuntergrund der Anodenplatten 58 vorgesehen sein können, um deren Lebensdauer zu erhöhen.

Wie aus Fig. 2 zu ersehen sind die Elektrodenplatten 58 etwas kleiner geschnitten als die Pfannen 44 und 46, so dass der mechanische und elektrische Kontakt im mittleren Bereich der Pfanne vorhanden ist. Gleichwohl besteht an sich kein Grund, grundsätzlich von einer Verschweissung der Elektrodenplatten 58 längs ihres Umfangs mit dem Umfang der zugehörigen Pfanne 44 bzs. 46 abzusehen, solange nur eine ausreichende Stromleitung dadurch bewirkt wird. Die Elektrodenplatten 58 erstrecken sich im allgemeinen in der gleichen Ebene mit den

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ebenen Randflachen 54 der Pfannen 44 oder 46, so dass die Abdichtung 42 den Spalt zwischen der Elektrodenplatte 58 und der Membran 36 bestimmt. Gemäss Fig. 3 weist die Elektrodenplatte 58 Kanäle 66 auf, die mit den Pfannen 44 bzw. 46 punktverschweisst werden können. Bei der zweiten Ausführungsform gemäss Fig. 4 sind die Erhebungen 56 in den Pfannen 44 und 46 hoch genug ausgebildet, um Punktschweißstellen für eine ebene Elektrodenplatte 58 zu haben, so dass keine Notwendigkeit zur Ausbildung von Kanälen 66 in den Elektrodenplatten 58 besteht.

Fig. 5 zeigt eine dritte Ausführungsform einer bipolaren Elektrode 12. Die Hauptunterschiede gegenüber den vorbeschriebenen Ausführungsformen ergeben sich daraus, dass die Ecken, welche die niedergedrückte Fläche 48 und den Rand 50 säumen, Winkel von 90° bilden, so dass eine senkrechte Seitenwand 52 vorhanden ist. Ferner ist eine ebene Elektrodenplatte 58 vorgesehen, die über eine Reihe von Stützen 68 mit der Pfanne 44 bzw. 46 verbunden ist. Diese Stützen 68 sind aus demselben Werkstoff wie die Elektrodenplatte 58 und die zugehörige Pfanne hergestellt, so dass sie punktverschweisst werden können.

Im Betrieb der Filterpressenelektrolysezelle 10 mit einer Reihe von zusammengesetzten bipolaren Elektroden 12 gemäss der Erfindung wird zur Durchführung einer Elektrolyse beispielsweise eine wässrige Natriumchloridiösung mit einer Natriumchloridkonzentration von etwa 120 bis 310 g/l in die Anodenkammer 38 der bipolaren Elektrode 12 eingeführt, während Wasser oder zurückgeleitete Natriumhydrox^dlösung von etwa 25 bis 43 % in die Kathodenkammer 40 eingeleitet wird. Da aus einer Stromquelle ein Elektrolysegleichstrom durch die Zelle geleitet wird, entwickelt sich an der Anode Chlorgas. Dieses Chlorgas wird vollständig innerhalb der Anodenkammer 38 zurückgehalten, bis es zusammen mit der erschöpften Salzlösung durch den Zugang 32 aus der Zelle entfernt wird. Die in der Anodenkammer 38 gebildeten Natriumionen wandern selektiv

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durch die Membran 36 in die Kathodenkammer 40, wo sie sich mit an der Kathode gebildeten Hydroxidionen verbinden. Das auf diese Weise gebildete Natriumhydroxid und das Wasserst off gas werden durch den Zugang 34 zur Kathodenkammer aus der Zelle entfernt. Zu den nichtkritischen Verfahrensparametern gehören die Betriebstemperatur innerhalb eines Bereichs von 25 bis 1OO°C, eine Zufuhr der Salzlösung mit einem pH-Wert von 1 bis 6 und eine Stromdichte durch die Elektrolysezelle im Bereich von etwa 0,155 bis 0,77 Amp/cm² an Fläche der Elektrodenplatte 58.

Elektrolysezellen mit den erfindungsgemässen zusammengesetzten bipolaren Elektroden 12 sind auch bei anderen elektrochemischen Verfahren anwendbar, beispielsweise bei der Herstellung von verschiedenen organischen Stoffen, Hypochlorat und Chiorat.

Im Betrieb können die bipolaren Elektroden 12 entweder horizontal oder vertikal angeordnet sein, wie es aus Fig. 1 ersichtlich ist. Es wird jedoch eine mehr oder weniger senkrechte Orientierung bevorzugt, weil auf diese Weise die Einführung der Salzlösung am Zellenboden und die Entnahme der gasförmigen Erzeugnisse am oberen Ende der Zelle erleichtert werden.

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Claims

Patentansprüche

1. Bipolare Elektrode für eine Elektrolysezelle, insbesondere eine Filterzellenelektrolysezelle mit einem Grundrahmen und zwei endseitigen Blöcken, von denen der eine zum Aufbringen eines Abdichtungsdrucks auf eine Reihe hintereinander angeordneter Elektroden mit zwischengefügten hydraulisch undurchlässigen Membranen und Abstandsstücken verstellbar ist, gekennzeichnet durch zwei identisch gestaltete Pfannen (44, 46), die Jeweils so mit einer Elektrodenplatte (58) verbunden sind, dass die Elektrodenplatten (58) durch die Pfannen (44, 46) voneinander getrennt sind, durch Einrichtungen (64) zum Verbinden der Pfannen (44, 46) mit'einander zugegewandten und im Abstand zueinander angeordneten Rückseiten unter Bildung eines elektrischen und mechanischen Kontaktes, wobei die miteinander verbundenen Pfannen (44, 46) einen Umfangskanal (62) bilden, und durch wenigstens einen Zugang (30, 32, 34) zum Zuführen von Ausgangsstoffen zur oder Entnehmen von Erzeugnissen aus der Elektrode (12).

2. Bipolare Elektrode nach Anspruch 1, dadurch g e k e η nz e i c h ne t , dass der Umfangskanal (62) mit einem giessfähigen sich verfestigenden Material ausgefüllt ist, das einen stabilen Umfang bildet.

3. Bipolare Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass die Pfannen (44, 46) in ihrem mittleren Abschnitt (48) wenigstens eine Erhebung (56) aufweist.

4. Bipolare Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , dass die Elektrodenplatten (58) mit Knälen (66) versehen sind, über die sie mit den Pfannen (44, 46) verbunden sind.

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5. Bipolare Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , dass die Pfannen (44, 46) mittels derselben Formen hergestellt sind.

6. Bipolare Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , dass die Pfannen (44, 46) aus einem festen metallischen Werkstoff hergestellt sind, der gegenüber dem betreffenden Elektrolyten chemisch beständig ist.

7. Bipolare Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , dass die Pfannen (44, 46) durch innere Verschraubung miteinander verbunden sind.

8. Bipolare Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , dass die Pfannen (44, 46) aus verschiedenen Metallen hergestellt sind.

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