DE3000313A1 - Elektrolysezelle mit gesteuerter anolytstroemungsverteilung - Google Patents
Elektrolysezelle mit gesteuerter anolytstroemungsverteilungInfo
- Publication number
- DE3000313A1 DE3000313A1 DE19803000313 DE3000313A DE3000313A1 DE 3000313 A1 DE3000313 A1 DE 3000313A1 DE 19803000313 DE19803000313 DE 19803000313 DE 3000313 A DE3000313 A DE 3000313A DE 3000313 A1 DE3000313 A1 DE 3000313A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- channels
- anode
- cell according
- cathode
- electrolytic cell
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
- C25B9/73—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
- C25B9/77—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type having diaphragms
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/60—Constructional parts of cells
- C25B9/65—Means for supplying current; Electrode connections; Electric inter-cell connections
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
- C25B9/19—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrochemische Zelle zur Elektrolyse verschiedener Anolyten, einschließlich Wasser und
mehr im besonderen bezieht sie sich auf ein Element, das zur Strömungsverteilung und zum Stromsammeln dient und für eine gesteuerte
und gleichmäßige Verteilung des Anolyten sorgt.
Obwohl die Erfindung hauptsächlich im Hinblick auf elektrochemische
Zellen für die Elektrolyse von Wasser beschrieben wird, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern sie ist anwendbar für
die Schaffung einer gesteuerten Anolytverteilung für jede Elektrolysezelle.
Seit einiger Zeit finden Elektrolysezellen mit einem Festelektrolyten
großes Interesse. Ein typisches Beispiel einer solchen Zelle für die Elektrolyse von Wasser ist in der US-PS 4 039 409
beschrieben. Diese Zelle weist einen Festelektrolyten aus einer Membran aus einem ionenaustauschenden Harz auf, bei der in die
Oberfläche katalytische Teilchen eingebracht sind, die Anoden- und Kathodenelektrode bilden.
In vielen Fällen werden in Elektrolysezellen stromleitende und gasverteilende Netze aus Niob, Tantal oder Titan benutzt, um für
den Stromfluß in die und aus der Elektrode ebenso zu sorgen, wie für die Verteilung des Anolyten über die Anode und die Entfernung
der gasförmigen Elektrolyseprodukte und des verbrauchten Anolyten.
Es wurde festgestellt, daß das Stromsammeln und Verteilen des Strömungsmittels in Elektrolysezellen mit hydrierten Ionenaustauschermembranen
und Elektroden, die direkt mit den Oberflächen dieser Membranen verbunden sind, am wirksamsten billig dadurch
zu erreichen ist, daß man die teuren Netze durch Stromkollektoren ersetzt, die geformte Aggregate aus leitenden Teilchen, wie
030030/0684
Graphit, in einem Harzbinder sind. Die stromsammelnden und strömungsmittelverteilenden
Elemente werden mit einer Vielzahl paralleler Rippen hergestellt, die sich vom Körper des Elementes
aus erstrecken. Diese Rippen berühren die Elektrode an einer Vielzahl von Punkten, um eine Stromleitung zu gewährleisten und
gleichzeitig begrenzen die Rippen eine Vielzahl von Kanälen zur Verteilung von Strömungsmittel, wobei durch diese Kanäle der
Anolyt strömt und die gasförmigen Elektrolyseprodukte und der verbrauchte Anolyt entfernt werden. Solche Elemente zum Stromsammeln
und Strömungsmittelverteilen können bipolar zur Verwendung in Vielzellenanordnungen hergestellt werden, indem man
solche Rippen auf dem gegenüberliegenden Seiten des Elementes anordnet. Läßtman die Rippen auf den gegenüberliegenden Seiten
des Elementes zum Stromsammeln in einem Winkel zueinander verlaufen, dann werden die Ionenaustauschermembranen in einer Vielzelleneinheit
immer durch die Rippen zweier solcher Elemente abgestützt. Dieses Abstützen der Membranen erfolgt an einer Vielzahl
von Punkten, an denen sich die im Winkel zueinander verlaufenden Rippen zweier Kollektoren schneiden.
In einer solchen Elektrolysezelle strömt der Anolyt durch die Verteilungskanäle und kommt in Berührung mit der Anode, die mit
einer hydratisierten Ionenaustauschermembran verbunden ist. An der Anode wird Gas entwickelt (im Falle der Wasserelektrolyse
Sauerstoff) und strömt durch den Kanal nach unten, bis es den Auslaß erreicht und entfernt wird. Im Idealfall wird das entwickelte
Gas gleichmäßig mit dem im Kanal nach unten strömenden Anolyten vermischt und nachfolgend in einem Phasenseparator daraus
extrahiert. Es wurde jedoch festgestellt, daß die entwickelten Gase nicht immer gleichmäßig im Anolyten verteilt sind. Anomale
Druckverhältnisse sind solche Bedingungen, unter denen der stromabwärts vorhandene Druck höher sein mag als der mittlere
Einlaßdruck, d. h. der Druck an den Einlaßöffnungen zu den
Strömungsmittelverteilungskanälen. Als Ergebnis wurde beobachtet, daß manchmal die gasförmigen Elektrolyseprodukte in den Strömungsmittel
Verteilungskanälen rückwärts zu dem Einlaß hin strömen und den Wassereinlaß blockieren. Wenn das eintritt, dann
030030/068
blockiert das Gas am Einlaß die Anolytenströmung und der Teil der Membran in der Nähe des Einlasses weist schließlich einen
Anolytenmangel auf. Die hydratisierte Ionenaustauschermembran
trocknet aus und dies führt zu einem Anstieg des Widerstandes der Membran und somit zu einem Ansteigen der für die Elektrolyse
erforderlichen Zellspannung.
Es wurde in der vorliegenden Erfindung festgestellt, daß die
Anolytverknappung aufgrund einer Gasblockierung des Einlasses beseitigt und eine gesteuerte Anolytverteilung erzielt werden
kann, indem man einen vorbestinmten Druckabfall an den Einlassen der Strömungsmittelverteilungskanäle einführt. Dies beseitigt
die Möglichkeit oder vermindert sie zumindest beträchtlich, daß der Druck stromabwärts größer wird als der durchschnittliche
Einlaßdruck und dadurch wird ein Rückwärtsfließen der entwickelten
Gase und eine Gasblockade der Strömungsmittelverteilungskanäle vermieden. Der zusätzliche Druckabfall kann dadurch eingeführt
werden, daß man in jede der Einlaßöffnungen der Strömungsmittelkanäle
ein Teil einsetzt, daß diese Einlasse physisch verengt. Dies vermindert den Querschnitt der Kanaleinlässe geger
über dem Rest des Kanales und erhöht den Druckabfall. Als alternative Ausführungsform können die Kanäle auch mit verengten
Querschnitten am Einlaß gebildet werden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Elektrolysezelle,
wie sie z. B. für die Wasserelektrolyse eingesetzt wird, eine hydratisierte Ionenaustauschermembran auf, welche die
Zelle in Anolyt- und Katholytkammer trennt. Dispergierte Anoden- und Kathodenelektroden sind mit den gegenüberliegenden Seiten
der Membran verbunden. Ein geformter Graphitstromsammler mit einer Vielzahl langgestreckter stromsammelnder Vorsprünge oder
Rippen steht mit der Anode in Berührung. Die rippenartigen Vorsprünge bilden auch eine Vielzahl von Kanälen zum Verteilen
des Strömungsmittels, so daß das Wasser über die Oberfläche der Anodenelektrode verteilt wird, wo sie unter Entwicklung von
Sauerstoff elektrolysiert wird, der durch den Strömungsmittelverteilungskanal
nach unten transportiert und aus der Zelle
030 030/06Θ4
entfernt wird. Ein den Druck verminderndes verengendes Teil wird in die Einlaßöffnungen der Strömungsmittelkanäle eingesetzt,
damit die gasförmigen Elektrolyseprodukte nicht in die Einlaßleitung zurückströmen können. Dadurch wird eine gesteuerte
Wasserströmungsverteilung aufrechterhalten und die Möglichkeit der Zunahme der Zellspannung und des Membranwiderstandes aufgrund
der Wasserblockade gering gehalten oder völlig beseitigt.
Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung
näher erläutert. Im einzelnen zeigen:
Figur 1 eine auseinandergezogene Ansicht einer einzelnen Zelle mit dem stromsammelnden separierenden Element,
Figur 2 eine teilweise weggebrochene Ansicht der die Kanäle im Element zum Stromsammeln und Strömungsmittelverteilen
beschränkenden Teile und
Figur 3 eine weitere teilweise weggebrochene Ansicht einer anderen
Ausführungsform.
Figur 1 zeigt eine auseinandergezogene Ansicht einer Elektrolysezelle.
Diese Zelle weist eine hydratisierte ionentransportierende Membran auf, mit deren gegenüberliegenden Oberflächen katalytische
Elektroden verbunden sind. Diese Membran ist zwischen Platten auf der Anoden und Kathodenseite angeordnet, die Strom
sammeln und Strömungsmittel verteilen. Diese Platten weisen jeweils eine Vielzahl leitender Rippen auf, die sich von einem
Hauptkörper aus erstrecken. Die Rippen stehen mit den Elektroden in Berührung, die mit der ionentransportierenden Membran verbunden
sind und diese Rippen sammeln den Strom und bilden auch eine Vielzahl von Kanälen zur Verteilung des Strömungsmittels,
wobei Anolyt und Katholyt durch diese Kanäle hindurch mit den Elektroden in Berührung gebracht werden.
Die in Figur 1 gezeigte Zelle zur Wasserelektrolyse weist ein geformtes Graphitelement 10 zum Stromsammeln und Strömungsmittelverteilen
auf, das eine zentrale Anodenkammer 11 und eine Viel-
030030/0664
zahl paralleler Rippen 12 hat, die sich vertikal entlang der ganzen Länge der Kammer 11 erstrecken. Die Rippen 12 begrenzen
eine Vielzahl von Strömungsmittelverteilungskanälen 13, die am besten in Figur 2 ersichtlich sind, durch die der aus Wasser bestehende
Anolyt strömt und der an der Anode entwickelte Sauerstoff entfernt wird. Die Baueinheit weist auch ein stromsammelndes
und stromungsmittelverteilendes Element 15 auf, das eine
Kathodenkammer 16 in Form einer Ausnehmung enthält. Eine Vielzahl
mit der Elektrode in Berührung stehender Stromsammlerrippen 17, die im Winkel zu denen des Anodenstromsammlers verlaufen,
erstrecken sich über die Kathodenkammer 16.
Die Kathodenstromsammlerrippen 17 sind als horizontal verlaufend
dargestellt, obwohl der Winkel zwischen den stromsammelnden Rippen der Ka
sein kann.
sein kann.
pen der Kathode und der Anode irgendein Winkel größer als C
Eine hydratisierte ionentransportierende Membran 18, die in der Lage ist, Ionen zu transportieren, weist mit den gegenüberliegenden
Oberflächen verbundene Schichten aus katalytischen Teilchen auf, die die Anode und Kathode bilden. Die Membran 18
ist zwischen den Stromkollektoren 10 und 15 angeordnet. Die Anode 19 kann typischerweise eine gebundene Mischung aus Edelmetallkatalysator-Teilchen
sein, wie Platin-Iridium oder reduzierten Oxiden von Platin-Iridium oder von Platin-Ruthenium mit hydrophoben
Fluorkohlenstoffteilchen und diese Anode 19 ist mit einer Oberfläche der Membran 18 verbunden. Eine in Figur 1 nicht gezeigte
Kathodenelektrode, die aus elektrolytischen Teilchen, wie Platinschwarz, Platin-Iridium, Platin-Ruthenium oder aus
reduzierten Oxiden daraus besteht, ist mit der anderen Seite der Membran verbunden.
Die ionentransportierende Membran ist vorzugsweise eine hydratisierte
kationenselektiv durchlassende Membran. Es können sulfonierte Perfluorkohlenstoff-Polymermembranen benutzt werden,
wie sie von der Dupont Company unter der Handelsbezeichnung "Nafion" erhältlich sind. Es können aber auch kationenselek-
030030/06 6 4
tive Membranen benutzt werden, die Karbonsäurereste als die
funktioneilen Gruppen aufweisen.
Der Anolyt, wie Wasser im Falle der Wasserelektrolyse, wird
durch einen Einlaßtdurchgang 20, der in Verbindung steht mit
der Kammer 21 im Bodenteil des stromsammelnden und strömungsmittelverteilenden
Elementes 10, in die Anodenkammer 11 eingeleitet. Eine Vielzahl vertikaler Durchgänge 22 erstreckt sich
von der Kammer 21 aus in einen horizontalen Kanal 23, der sich entlang des Bodens der Anodenkammer erstreckt. Der. Kanal 2 3
ist offen gegenüber den vertikal verlaufenden Strömungskanälen 13, die durch die Stromsammlerrippen gebildet werden. Der Anolyt
wird unter Druck in die Kammer 21 eingeführt, gelangt in den horizontalen Kanal 23 und von dort aus in die Strömungsmittelverteilungskanäle
13. Diese Strömungsmittelverteilungskanäle öffnen sich in einen oberen horizontalen Kanal 24, der in Verbindung
steht mit den Anodenauslaßleitungen 25, die sich durch den Körper des Stromsammlers 10 erstrecken. In ähnlicher Weise
kann Katholyt (wenn auch nicht bei der Wasserelektrolyse) in
einen Raum 26 eingeführt werden, der sich quer über den Boden des Kathodenstromsammlers 15 erstreckt. Dieser Raum 26 steht
durch eine Reihe vertikaler Durchgänge 27 mit einem sich vertikal erstreckenden Raum 28 in Verbindung, der seinerseits die Verbindung
zu den horizontalen Katholytverteilungskanälen 17 herstellt.
Da die erfindungsgemäßen Elemente zum Stromsammeln und Strömungsmittelverteilen
geformte Aggregate aus Kohlenstoff oder Graphit und einem Harzbinder sind, müssen gewisse Vorsorgen getroffen
werden, um den Graphit oder Kohlenstoff vor dem während der Wasserelektrolyse entwickelten Sauerstoff zu schützen.
In der Wasserelektrolysezelle der Figur 1 sind die der Anode zugewandten Rippen des stromsammelnden Elementes von einer leitenden.
Folie abgedeckt, die den an der Anode entwickelten Sauerstoff daran hindert, den Graphit zu erreichen. Zu diesem
Zwecke hat die dünne leitende Folie 29, die weggebrochen in den Figuren 1-3 gezeigt ist, einen geeigneten Klebstoff auf der
030030/06«*
BAD ORfGJNAL
-TO-
einen Seite und ist unter Anwendung von Druck und Wärme so geger das stromsammelnde Element gedrückt, daß sie sich der rippenartigen
Kontur anpaßt. Die Schutzfolie 29 muß leitend sein und sie sollte einen Oberflächenfilm aufweisen, der kein Oxid bildet, da die meisten Metalloxide schlechte Leiter sind. Die
Schutzfolie auf der Anodenseite ist eine dünne platinierte Tantal- oder Niobfolie. Der kein Oxid bildende Film besteht
aus Platin oder einem anderen kein Oxid bildenden Platingruppenmetall, der durch Elektroplattieren, Zerstäuben oder in anderer
Weise auf die Folie aufgebracht worden ist. Eine Menge von 1,6 mg des Plat
brauchbar erwiesen.
brauchbar erwiesen.
von 1,6 mg des Platingruppenmetalles auf 6,25 cm hat sich als
Bei der Wasserelektrolyse kommt der Wasseranolyt in die Strömungsmittelverteilungskammern
11 und in Kontakt mit der Anodenelektrode, die mit einem positiven Anschluß einer geeigneten,
nicht dargestellten. Energiequelle verbunden ist, so daß das Wasser an der Oberfläche der Elektrode elektrolysiert wird,
während es durch die Strömungsmittelverteilungskanäle nach unten strömt. An der Anode wird Sauerstoff entwickelt und es
entstehen Wasserstoffionen H . Diese Wasserstoffionen werden
durch die Kationenaustauschermembran zur Kathode transportiert, die mit der gegenüberliegenden Seite der Membran verbunden ist.
Dort werden die Wasserstoffionen unter Bildung gasförmigen Wasserstoffes
an der Kathode entladen.
Während der Elektrolyse steigt der entwickelte Sauerstoff durch die Strömungsmittelverteilungskanäle zu der Auslaßleitung nach
oben. Unter gewissen Bedingungen, von denen man annimmt, daß sie am wahrscheinlichsten bei den hohen Stromdichten mit rascher
Gasentwicklung auftreten, wird der entwickelte Sauerstoff, anstatt
mit dem durch die Kanäle strömenden Wasser vermischt zu werden, eher diskrete Gasschichten bilden, die sich mit den
Wasserschichten abwechseln, so daß die Strömungsmittelverteilungskanäle mit abwechselnden Schichten aus Gas und Wasser gefüllt
sind. Bei dieser Art der Gas/Wasser-Verteilung, d. h. bei Vorliegen einer Vielzahl von Gas/Flüssigkeit-Grenzflächen, kann
030030/0664
der Druck längs eines oder mehrerer der Strömungsmittelverteilungskanäle
augenblicklich höher sein, als der durchschnittliche Wassereintrittsdruck. Der sich als Ergebnis dessen an dem Einlaß
ansammelnde Sauerstoff unter höherem Druck wird daher rückwärts in die Wasserleitung gedrückt und blockiert den Einlaß
der Strömungsmittelverteilungskanäle und hindert so das Eindringen von Wasser oder eines anderen Anolyten in diese Kanäle.
Schließlich ist das in den Kanälen enthaltende Wasser verbraucht. Da die Gasblasen am Einlaß zusätzlich die Wasserströmung in den
Kanal blockieren, trocknet die Membran aus und dies erhöht den Widerstand der Membran und damit die für die Zelle erforderliche
Elektrolysespannung.
Um den Transport des entwickelten Gases in Richtung auf die Einlaßleitung zu verhindern und eine gesteuerte Wasserströmungsverteilung
über der Oberfläche der Elektrode und der Membran die ganze Zeit sicherzustellen, wird an den Einlassen der Strömungsmittelverteilungskanäle
eine Einrichtung vorgesehen, um einen vorbestimmten Druckabfall einzuführen. Zu diesem Zweck wird
ein verengendes Element 30 am Einlaß der Strömungsmittelverteilungskanäle angeordnet, das den Querschnitt dieser Kanäle
verringert und dabei einen zusätzlichen Druckabfall einführt, der so eingestellt ist, daß er größer ist als irgendwelche anomalen
Druckvariationen, die stromabwärts in den Strömungsmittelkanälen
auftreten könnten. Dies beseitigt die Möglichkeit oder hält sie zumindest minimal, daß entwickelter Sauerstoff zurück
in die Einlaßleitung gedrückt wird und dadurch das weitere Einströmen des Wassers in die Kanäle blockiert.
Figur 2 zeigt im Detail die Leitungsseite des stromsammelnden strömungsmittelverteilenden Elementes mit dem den Druckabfall
bedingenden verengenden Element 30. Das dargestellte Aggregat aus gebundenem Graphit und Harz mit einer Vielzahl von Rippen
12, begrenzt eine Vielzahl von Strömungsmittelverteilungskanälen 13. Dieses geformte aus Graphit und Harz bestehende Element
10 ist von einer schützenden Metallfolie 29 bedeckt, die den entwickelten Sauerstoff daran hindert, den Graphit des strom-
030030/0664
sammelnden Elementes anzugreifen. Die Folie 29 ist vorzugsweise
die oben beschriebene Platin-beschichtete Titaniumfolie.
Der Wasserelektrolyt tritt, wie durch die Pfeile 31 veranschaulicht,
in die Strömungsmittelverteilungskanäle 13 ein. Die Anodenelektrode,
die mit der kationentransportierenden Membran ver bunden ist, die man in Figur 2 nicht erkennen kann, befindet
sich in direktem Kontakt mit den von der Folie bedeckten Rippen Oberflächen 12, um den Stromfluß zwischen den Elektroden und
den Stromkollektorelementen zu gestatten. Das durch die Kanäle 13 strömende Wasser kommt in Kontakt mit der Elektrode, was
zu einer Elektrolyse des Wassers und zur Erzeugung von Sauerstoff
und Wasserstoffionen an der Oberfläche der Elektrode führ
Ein verengendes Element 30, das aus einem korrosionsbeständigem Material besteht, ist über dem nahen Ende des stromsammelnden
und strömungsmittelverteilenden Elementes angeordnet, welches das Einlaßende repräsentiert. Dieses verengende Element
30 weist eine Vielzahl von Vertiefungen 32 auf, die sich allgemein an die Gestalt der Strömungsmittelverteilungskanäle
anpassen und unter Bildung einer Vielzahl verengter Einlasse für die Strömungsmittelverteilungskanäle in diese Kanäle
hineinragen. Wie ersichtlich, sind die Querschnitte der Einlasse 33 der Strömungsmittelverteilungskanäle 13 sehr viel
kleiner als die Querschnitte des Hauptteiles der Strömungsmittelverteilungskanäle
13. Als Ergebnis ist der Druckabfall entlang der Länge des verengenden Elementes 30 größer als
für eine äquivalente Länge des Hauptteilkanales. Die Abmessung des verengten Kanaleinlasses 33 ist derart, daß der Druckabfall
durch das Verengungselement ausreicht, das unter normalen Umständen,
selbst wenn stromabwärts Druckanomalien auftreten, nicht genug Druck vorhanden ist, um das Gas zurück in das
Verengungselement 30 zu pressen.
Figur 2 zeigt eine Anordnung, bei der ein Verengungselement in die Kanäle eingeführt ist. Alternativ kann das in Figur 2 gezeigte
separate Verengungselement durch ein StromsammeIndes
030030/0864
BÄD ORIGINAL
3 Oi Ο Ο 3 13
strömungsmittelverteilendes Element ersetzt werden, daß so geformt
ist, daß die Einlaßseite der Strömungsmittelverteilungskanäle kleiner ist als der Rest der Kanäle und dadurch die gleichen Ergebnisse
erzielen. Figur 3 zeigt eine solche Konstruktion. Auch hier ist das stromsammelnde Element 10 von einer dünnen Schutzfolie
29 bedeckt und das Element hat eine Vielzahl von Strömungsmittelverteilungskanälen
13, durch die ein Anolyt, wie Wasser strömt und dabei in Kontakt kommt mit der Anode, die mit einer
Kationenaustauschermembran verbunden ist. Das stromverteilende Element 10 weist jedoch verengte Kanalabschnitte 33 auf, die
einen geringeren Querschnitt haben, als der Hauptteil der Strömungsmittelverteilungskanäle.
Dieser verengte Einlaßabschnitt erstreckt sich für eine vorbestimmte Distanz in den Kanal hinein
und erweitert sich dann bei 34 zu dem Hauptkanal. Der Sauerstoff oder ein anderes an der Anode entwickeltes gasförmiges Elektrolyseprodukt
steht daher dem verengten Durchgang 33 gegenüber. Wegen des zusätzlichen Druckabfalles über den verengten Abschnitt
33 ist es in hohem Maße unwahrscheinlich, daß das entwickelte Gas zurück in die Anolytleitung gepreßt wird und dies beseitigt
oder vermindert zumindest beträchtlich die Möglichkeit der Blockade des Einlaßes in die Strömungsmittelverteilungskanäle.
030030/0664
Claims (10)
1. Elektrolysezelle, gekennzeic hnet durch:
b) eine Kathodenkammer, wobei die genannten Kammern durch eine ionendurchlässige, flüssigkeitsundurchlässige Membran voneinander
getrennt sind,
c) eine Anodenelektrode mit der einen Seite der Membran verbunden ist,
d) eine Kathodenelektrode gegen die gegenüberliegende Seite der Membran abgestützt ist,
e) eine Einrichtung, um zwischen der Anoden- und der Kathodenelektrode
ein elektrisches Potential anzulegen, die ein leitendes Teil umfaßt, das mit der Kathode in Berührung
steht und eine Vielzahl im Abstand voneinander angeordneter langgestreckter Anodenleiter, die mit der Anode in Berührung
stehen und eine Vielzahl Strömungsmittel transportierender Kanäle für die Bewegung von Anolyt und gasförmigen
030030/0 664
Elektrolyseprodukten schafft,
f) eine Einrichtung, die mit den genannten Kanälen in Verbindung steht, um Anolyt in die Einlaßöffnungen der KanäJ
einzuführen und
g) eine Einrichtung um eine gesteuerte Anolytverteilung übei
die Oberfläche der Anode zu bewirken, einschließlich eine Einrichtung, um zu verhindern, daß gasförmige Elektrolyse
produkte die Einlaßöffnungen der Kanäle blockieren, indeir
man einen höheren Druck an den genannten Einlaßöffnungen aufrechterhält, als er entlang der Kanäle herrscht.
2. Elektrolysezelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet
, daß die Einlaßöffnungen der Kanäle Einrichtungen zum Absenken des Druckes einschließen.
3. Elektrolysezelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß in den Einlaßöffnungen der
Kanäle eine Verengungseinrichtung angeordnet ist.
4. Elektrolysezelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet
, daß der Querschnitt der Einlaßöffnung der Kanäle geringer ist als der Querschnitt des übrigen
Teiles der Kanäle.
5. Elektrolysezelle nach Anspruch 1-4, dadurch ge kennzeichnet , daß die im Abstand voneinander
angeordneten langgestreckten Anodenleiter geformte Aggregate aus leitenden Graphitteilchen sind.
6. Elektrolysezelle nach den Ansprüchen 1-4, dadurch
gekennzeichnet , daß die im Abstand voneinande angeordneten langgestreckten Anodenleiter von einer schützenden
stromleitenden Folie bedeckt sind, die beständig ist gegenüber dem gasförmigen Elektrolyseprodukt.
7. Elektrolysezelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Schutzfolie von einer
030030/0664
Schicht eines Platingruppenmetalles bedeckt ist, das kein
Oxid bildet.
Oxid bildet.
8. Elektrolysezelle nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet
, daß das mit der Kathode verbundene leitende Teil eine Vielzahl im Abstand voneinander angeordneter
langgestreckter Leiter umfaßt, die eine Vielzahl von Kanälen zum Transportieren von Strömungsmittel schaffen.
9. Elektrolytzelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet
, daß die im Abstand voneinander angeordneten langgestreckten Kathodenleiter in einem Winkel
quer zu den Anodenleitern ausgerichtet sind.
10. Elektrolytzelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die im Abstand angeordneten
langgestreckten Anoden- und Kathodenleiter geformte Aggregate aus leitenden 'Graphitteilchen sind und die Anodenleiter von
einer Schutzfolie bedeckt sind, auf der sich eine Schicht aus einem Platingruppenmetall befindet, das kein Oxid bildet.
030Q3Ö/06SÄ
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US06/001,879 US4210512A (en) | 1979-01-08 | 1979-01-08 | Electrolysis cell with controlled anolyte flow distribution |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3000313A1 true DE3000313A1 (de) | 1980-07-24 |
DE3000313C2 DE3000313C2 (de) | 1989-12-14 |
Family
ID=21698244
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19803000313 Granted DE3000313A1 (de) | 1979-01-08 | 1980-01-05 | Elektrolysezelle mit gesteuerter anolytstroemungsverteilung |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4210512A (de) |
JP (1) | JPS55113886A (de) |
DE (1) | DE3000313A1 (de) |
FR (1) | FR2445862B1 (de) |
GB (1) | GB2038875B (de) |
IT (1) | IT1130185B (de) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19729429C1 (de) * | 1997-07-09 | 1999-01-14 | Siemens Ag | Elektrolysevorrichtung |
EP2371770A1 (de) | 2010-03-31 | 2011-10-05 | Aseca Ag | Verfahren zur Raumdesinfektion und Vernebelungsvorrichtung |
EP2450313A1 (de) | 2010-11-09 | 2012-05-09 | Caliopa AG | Verfahren zur Erzeugung einer elektrochemisch aktvierten Lösung durch Elektrolyse |
WO2013124076A1 (de) | 2012-02-24 | 2013-08-29 | Caliopa Ag | Elektrolysezelle, insbesondere zur verwendung in einer anlage zur erzeugung einer elektrochemisch aktivierten kochsalzlösung, sowie anlage mit einer anzahl derartiger elektrolysezellen |
DE102022106498A1 (de) | 2021-04-08 | 2022-10-13 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Elektrolyseur für die Wasserelektrolyse und Verfahren zur Wasserelektrolyse |
Families Citing this family (35)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CH640005A5 (de) * | 1979-01-17 | 1983-12-15 | Bbc Brown Boveri & Cie | Elektrolysezelle fuer die wasserzersetzung. |
SE418508B (sv) * | 1979-04-20 | 1981-06-09 | Svenska Utvecklings Ab | Elektrodpaket avsett att anvendas i en cell, i vilken en elektrokemisk reaktion utfores samt anvendning av detsamma i en membrancell i en elektrolysorcell av filterpresstyp |
US4364813A (en) * | 1979-12-19 | 1982-12-21 | Ppg Industries, Inc. | Solid polymer electrolyte cell and electrode for same |
US4533455A (en) * | 1980-10-14 | 1985-08-06 | Oronzio De Nora Impianti Elettrochimici S.P.A. | Bipolar separator plate for electrochemical cells |
US4371433A (en) * | 1980-10-14 | 1983-02-01 | General Electric Company | Apparatus for reduction of shunt current in bipolar electrochemical cell assemblies |
JPS57174482A (en) * | 1981-03-24 | 1982-10-27 | Asahi Glass Co Ltd | Cation exchange membrane for electrolysis |
US4346150A (en) * | 1981-06-01 | 1982-08-24 | Exxon Research & Engineering Co. | Electrochemical construction |
US4421579A (en) * | 1981-06-26 | 1983-12-20 | Diamond Shamrock Corporation | Method of making solid polymer electrolytes and electrode bonded with hydrophyllic fluorocopolymers |
US4386987A (en) * | 1981-06-26 | 1983-06-07 | Diamond Shamrock Corporation | Electrolytic cell membrane/SPE formation by solution coating |
US4383008A (en) * | 1981-12-07 | 1983-05-10 | Energy Research Corporation | Fuel cell assembly with electrolyte transport |
US4589968A (en) * | 1983-03-21 | 1986-05-20 | Reilly Tar & Chemical Corp. | Filter press electrochemical cell with improved fluid distribution system |
DE3401636A1 (de) * | 1984-01-19 | 1985-07-25 | Hoechst Ag, 6230 Frankfurt | Elektrochemisches verfahren zur behandlung von fluessigen elektrolyten |
GB8407871D0 (en) * | 1984-03-27 | 1984-05-02 | Ici Plc | Electrode and electrolytic cell |
FR2564249B1 (fr) * | 1984-05-11 | 1986-09-12 | Alsthom Atlantique | Amenagements aux structures des piles a combustible |
FR2564251B1 (fr) * | 1984-05-11 | 1986-09-12 | Alsthom Atlantique | Perfectionnements aux structures des piles a combustible |
FR2564250B1 (fr) * | 1984-05-11 | 1986-09-12 | Alsthom Atlantique | Ameliorations aux structures des piles a combustible |
US4629537A (en) * | 1985-05-17 | 1986-12-16 | Hsu Michael S | Compact, light-weight, solid-oxide electrochemical converter |
US4853301A (en) * | 1985-12-04 | 1989-08-01 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Fuel cell plates with skewed process channels for uniform distribution of stack compression load |
US4839012A (en) * | 1988-01-05 | 1989-06-13 | The Dow Chemical Company | Antisurge outlet apparatus for use in electrolytic cells |
US4988583A (en) * | 1989-08-30 | 1991-01-29 | Her Majesty The Queen As Represented By The Minister Of National Defence Of Her Majesty's Canadian Government | Novel fuel cell fluid flow field plate |
US5147736A (en) * | 1991-10-09 | 1992-09-15 | Alcan International Limited | Metal/air fuel cell with electrolyte flow equalization manifold |
JP3278909B2 (ja) * | 1992-07-16 | 2002-04-30 | 株式会社豊田中央研究所 | 水素発生装置 |
ATE148583T1 (de) * | 1992-11-25 | 1997-02-15 | Michael S Hsu | Elektrochemische hochtemperaturkonvertor mit integrierter strahlungswärmerückwinnung und regenerative wärmetauscher |
US5338622A (en) * | 1993-04-12 | 1994-08-16 | Ztek Corporation | Thermal control apparatus |
CN1097860C (zh) * | 1994-03-21 | 2003-01-01 | 兹特克公司 | 具有最佳压力分布的电化学转化器 |
RU2174728C2 (ru) * | 1994-10-12 | 2001-10-10 | Х Пауэр Корпорейшн | Топливный элемент, использующий интегральную технологию пластин для распределения жидкости |
US5863671A (en) * | 1994-10-12 | 1999-01-26 | H Power Corporation | Plastic platelet fuel cells employing integrated fluid management |
US6054229A (en) * | 1996-07-19 | 2000-04-25 | Ztek Corporation | System for electric generation, heating, cooling, and ventilation |
AU1930499A (en) | 1997-12-19 | 1999-07-12 | Superior Fireplace Company | Hydrogen-fueled visual flame gas fireplace |
US6117287A (en) * | 1998-05-26 | 2000-09-12 | Proton Energy Systems, Inc. | Electrochemical cell frame |
EP1359367A3 (de) * | 2002-03-01 | 2010-02-24 | Behr GmbH & Co. KG | Vorrichtung zur geregelten Zuführung eines kompressiblen Betriebsmediums |
KR100847204B1 (ko) * | 2006-03-09 | 2008-07-17 | 피티엘중공업 주식회사 | 하이브리드 시너지 제트터빈 발전 시스템 |
US9184454B1 (en) | 2012-12-21 | 2015-11-10 | Vizn Energy Systems, Incorporated | Mixing arrangement for a flow cell of an energy storage system |
US9276266B1 (en) | 2012-12-21 | 2016-03-01 | Vizn Energy Systems, Incorporated | Perforated electrode plate |
WO2022036006A1 (en) * | 2020-08-11 | 2022-02-17 | The Regents Of The University Of California | Chemical calcium hydroxide manufacturing for cement production using electrochemical separation devices |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4039409A (en) * | 1975-12-04 | 1977-08-02 | General Electric Company | Method for gas generation utilizing platinum metal electrocatalyst containing 5 to 60% ruthenium |
US4056452A (en) * | 1976-02-26 | 1977-11-01 | Billings Energy Research Corporation | Electrolysis apparatus |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3530005A (en) * | 1968-06-21 | 1970-09-22 | Allis Chalmers Mfg Co | Compact electrochemical cell |
FR2125159B1 (de) * | 1971-02-15 | 1973-11-30 | Alsthom Cgee | |
US4057479A (en) * | 1976-02-26 | 1977-11-08 | Billings Energy Research Corporation | Solid polymer electrolyte cell construction |
US4124478A (en) * | 1977-02-07 | 1978-11-07 | Tsien Hsue C | Thin sheet apparatus and a fluid flow device |
-
1979
- 1979-01-08 US US06/001,879 patent/US4210512A/en not_active Expired - Lifetime
- 1979-11-23 GB GB7940580A patent/GB2038875B/en not_active Expired
-
1980
- 1980-01-05 DE DE19803000313 patent/DE3000313A1/de active Granted
- 1980-01-07 IT IT8019050A patent/IT1130185B/it active
- 1980-01-07 FR FR8000207A patent/FR2445862B1/fr not_active Expired
- 1980-01-08 JP JP33980A patent/JPS55113886A/ja active Granted
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4039409A (en) * | 1975-12-04 | 1977-08-02 | General Electric Company | Method for gas generation utilizing platinum metal electrocatalyst containing 5 to 60% ruthenium |
US4056452A (en) * | 1976-02-26 | 1977-11-01 | Billings Energy Research Corporation | Electrolysis apparatus |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19729429C1 (de) * | 1997-07-09 | 1999-01-14 | Siemens Ag | Elektrolysevorrichtung |
USRE38066E1 (en) | 1997-07-09 | 2003-04-08 | Framatome Anp Gmb | Electrolysis apparatus |
EP2371770A1 (de) | 2010-03-31 | 2011-10-05 | Aseca Ag | Verfahren zur Raumdesinfektion und Vernebelungsvorrichtung |
EP2450313A1 (de) | 2010-11-09 | 2012-05-09 | Caliopa AG | Verfahren zur Erzeugung einer elektrochemisch aktvierten Lösung durch Elektrolyse |
WO2012062461A1 (de) | 2010-11-09 | 2012-05-18 | Caliopa Ag | Verfahren zur erzeugung einer elektrochemisch aktivierten lösung durch elektrolyse |
WO2013124076A1 (de) | 2012-02-24 | 2013-08-29 | Caliopa Ag | Elektrolysezelle, insbesondere zur verwendung in einer anlage zur erzeugung einer elektrochemisch aktivierten kochsalzlösung, sowie anlage mit einer anzahl derartiger elektrolysezellen |
DE102022106498A1 (de) | 2021-04-08 | 2022-10-13 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Elektrolyseur für die Wasserelektrolyse und Verfahren zur Wasserelektrolyse |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2445862A1 (fr) | 1980-08-01 |
FR2445862B1 (fr) | 1985-08-30 |
US4210512A (en) | 1980-07-01 |
JPS6410597B2 (de) | 1989-02-22 |
GB2038875A (en) | 1980-07-30 |
IT8019050A0 (it) | 1980-01-07 |
DE3000313C2 (de) | 1989-12-14 |
IT1130185B (it) | 1986-06-11 |
JPS55113886A (en) | 1980-09-02 |
GB2038875B (en) | 1983-01-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE3000313C2 (de) | ||
DE2951964C2 (de) | ||
DE3140347C2 (de) | ||
DE2951965C2 (de) | Elektrochemische Zelle | |
DE2930609C2 (de) | ||
DE69916869T2 (de) | Elektrochemische zelle | |
EP0717130B1 (de) | Druckkompensierte elektrochemische Zelle | |
EP2201157B1 (de) | Bipolarplatte für einen pem-elektrolyseur | |
EP0591293B1 (de) | Elektrolysezelle sowie kapillarspaltelektrode für gasentwickelnde oder gasverbrauchende elektrolytische reaktionen und elektrolyseverfahren hierfür | |
DE19539959C2 (de) | Brennstoffzellenanordnung | |
DE2856882C2 (de) | ||
DE3112302A1 (de) | "anode mit verringerter sauerstofferzeugung bei der hcl-elektrolyse" | |
DE102013216587B4 (de) | Geometrie eines hocheffizienten Medienverteilers für eine Elektrolysezelle und einen Elektrolysestack | |
DE102005042498B4 (de) | Fluidverteilungsanordnung, Brennstoffzelle und Separatorplatte mit einer mit Noppen versehener Kanalstruktur für eine bipolare Platte zur Verbesserung des Wassermanagements insbesondere auf der Kathodenseite einer Brennstoffzelle | |
DE102016111638A1 (de) | Bipolarplatte mit variabler Breite der Reaktionsgaskanäle im Eintrittsbereich des aktiven Bereichs, Brennstoffzellenstapel und Brennstoffzellensystem mit solchen Bipolarplatten sowie Fahrzeug | |
DE3516766A1 (de) | Brennstoffzelle | |
DD201628A5 (de) | Elektrode zur benutzung bei elektrolytischen zellen | |
DE102004058923B4 (de) | Brennstoffzelle | |
DE10226388A1 (de) | Separator für Brennstoffzelle | |
WO2012079670A1 (de) | Elektrolyseur mit spiralförmigem einlaufschlauch | |
DE3013043A1 (de) | Brennstoffzellenbatterie in bipolarer bauweise | |
EP0150019B1 (de) | Elektrolyseverfahren mit flüssigen Elektrolyten und porösen Elektroden | |
DE2719759B2 (de) | Elektrolysezelle | |
DD250138A5 (de) | Elektrolytische zelle | |
DE2818559A1 (de) | Aus einer poroesen membran und einem traeger bestehender verbundkoerper und verfahren zu seiner herstellung |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: UNITED TECHNOLOGIES CORP. (EINE GES.N.D.GESETZEN D |
|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |