DE4227732C2 - Elektrolysezelle, insbesondere zur Erzeugung von Ozon, mit einer den Anoden- und Kathodenraum voneinander trennenden Feststoffelektrolytmembran - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Elektrolysezelle nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Elektrolysezellen, deren Ionenaustauschermembran mit aus einem porösen Material bestehenden oder damit beschichteten Elektroden versehen sind, erlauben einen Zellenbetrieb bei hohen Stromdichten und damit hohen Umsätzen. Die Ionenaustauschermembran übernimmt dabei als Feststoffelektrolytmembran gleichzeitig die Funktion des Separators von Anoden- und Kathodenraum und des Elektrolyten. Zellen dieser Bauweise sind seit längerer Zeit bekannt, wobei hydratisierte, perfluorierte Kationenaustauschermembrane verwendet werden, welche eine elektrochemische Stabilität gegenüber der reduzierenden bzw. oxidierenden Wirkung der Elektroden aufweisen. (Stucki: "Reaktion- und Prozeßtechnik der Membrel-Wasserelektrolyse", Dechema Monographien Verlag Chemie 94 (1983) 211).

Der Betrieb solcher Zellen ist grundsätzlich in Medien mit geringem Leitwert, wie z. B. chemisch reinem Wasser möglich. Die elektrochemischen Reaktionen an den Elektroden führen beim Betrieb in Reinstwasser zu Wasserstoff und Sauerstoff; bei Verwendung besonderer Anodenmaterialien kann dabei auch an Stelle von reinem Sauerstoff ein Gemisch von Sauerstoff und Ozon entstehen.

Elektrolysezellen dieser Art erfordern ein Anpressen der porösen und planaren Anode und Kathode auf die Oberflächen der Feststoffelektrolytmembran. Der Anpreßdruck der Elektroden auf die Membran ist dabei ein wichtiger Parameter für einen optimalen Zellenbetrieb. So sind die Zellspannung und die Stromausbeute vom Anpreßdruck abhängig. Der Anpreßdruck muß dabei zur Erreichung einer über der gesamten Elektrodenfläche gleichmäßigen Stromverteilung möglichst über diese gesamte Fläche homogen sein, so daß sich dort ein gleichmäßiger Flächendruck ausbildet. Dies ist insbesondere bei großflächigen Elektroden problematisch.

Es ist dabei bekannt, Elektrolysezellen derart auszubilden, daß der Anpreßdruck durch einen Kranz von Schrauben oder Zugstangen auf das Zellengehäuse übertragen wird. Die über die Schrauben ausgeübte Anzugskraft verteilt sich auf die Dichtflächen der miteinander zu verbindenden Gehäuseteile der Elektrolysezelle und verändert die Einstellung des Flächendrucks der beiden Elektroden auf die Feststoffelek­ trolytmembran. Die Elektroden müssen bei solchen Zell- Konstruktionen mit sehr geringen Toleranzen gefertigt sein, damit sowohl die Dichtung als auch die Einstellung des Flächendrucks gleichzeitig erfüllt werden können. Zusätz­ lich besteht beim Anziehen der Schrauben die Gefahr des Verkantens, was somit zu einer inhomogenen Verteilung des Flächendruckes und damit zu einer inhomogenen Stromverteilung führt. Insbesondere im Druckbetrieb kann zur Optimierung der "Flächendruck der Elektrode" nicht frei gewählt werden, wenn die Elektrolysezelle keine Leckagen aufweisen soll.

Gemäß der EP 04 93 331 A1 ist eine Elektrolysezelle zur Erzeugung von Ozon aus Reinstwasser mit einer den Anoden- und Kathodenraum voneinander trennenden Feststoffelektrolytmembran bekannt, wobei das Reinstwasser lediglich dem Kathodenraum zugeführt wird und dabei im Anodenraum Ozon gebildet wird. Die Feststoffelektrolytmembran ist dabei auf der einen Seite mit dem Anodenmaterial und auf der anderen Seite mit dem Kathodenmaterial beschichtet. Es wird dabei eine derartige Membran verwendet, welche kationendurchlässig ist, so daß die im Kathodenraum gebildeten Anionen durch die Membran in den Anodenraum gelangen. Es wird insofern eine Hemmung der Ozonbildung im Anodenraum durch die Anionen verhindert. Im Anodenraum ist dabei im wesentlichen keine flüssige Phase vorhanden, so daß das dort gebildete Gasgemisch leicht abführbar ist. Es ist dabei keine Gas/Flüssigkeits- Trennsäule notwendig. Die Erzeugung von Ozon kann dabei mit einem erheblich erhöhten Wirkungsgrad gegenüber bekannten Verfahren erfolgen, bei welchen das Reinstwasser dem Anodenraum zugeführt wird. Da im Anodenraum keine Flüssigkeit vorhanden ist, kann der Schutzstrom der Zelle minimal eingestellt werden. Neben einer Beschichtung der Feststoffelektrolytmembran zur Bildung der Elektroden ist auch bekannt, diese als separate Elektroden an der Außenfläche der Feststoffelektrolytmembrane anzulegen, wobei die sich ergebende Anordnung zusammengeschraubt wird. Die Abdichtung dieser Anordnung in der Elektrolysezelle erfolgt dabei durch eine außen umlaufende Dichtung. Mittel, um den Flächendruck der Elektroden gegenüber der Feststoffelektrolytmembran zu erhöhen oder über deren Oberfläche gleichmäßig zu gestalten, sind dabei dieser Druckschrift nicht zu entnehmen.

Gemäß der US 49 75 171 A ist eine Elektrolysezelle zur Erzeugung von Ozon bekannt, in welcher mit Elektroden beschichtete Feststoffelektrolytmembrane im Abstand nebeneinander angeordnet sind. Die Anordnung erfolgt dabei derart, daß die Anodenseite der Feststoffelektrolytmembrane einander zugerichtet sind, wobei insofern Anoden- und Kathodenräume zwischen diesen und den Seitenwandungen der Elektrolysezellen gebildet werden. Die Anode und Kathode einer Feststoffelektrolytmembran sind dabei jeweils mit einer Anode oder Kathode einer benachbarten Feststoffelektrolytmembran elektrisch verbunden, welche jeweils zur selben Seite der Membrane ausgerichtet ist. Die bei in Reihe geschalteten Elektrolysezellen zwischen den mit Elektroden versehenen einzelnen Feststoffelektrolytmembranen angeordneten Zellwandungen werden dabei gem. der US 49 75 171 A1 weggelassen, wobei insofern in einer Elektrolysezelle mindestens zwei auf ihren Außenseiten Elektroden aufweisende Feststoffelektrolytmembrane ohne Zwischenordnung einer Gehäusewandung angeordnet sind. Der Aufbau der in Reihe geschalteten Elektrolysezellen wird insofern erheblich vereinfacht, wobei zusätzlich die Elektrolyse einer Flüssigkeit mit hohem elektrischen Widerstand durchführbar ist. Die Anordnung und Befestigung der beschichteten Feststoffelektrolytmembrane erfolgt dabei jeweils mit den Enden gegenüber einer Deckel- und Bodenplatte. Die Elektrolysezelle wird dabei zur Bildung von Ozon mit Wasser jeweils in den Anoden- und Kathodenräumen beaufschlagt, wobei in den Anodenräumen Ozon enthaltendes Sauerstoffgas und in den Kathodenräumen Wasserstoffgas gebildet wird. Es ist dabei möglich, eine Kontamination des gebildeten Sauerstoffgases mit Wasserstoffgas zu verhindern. Möglichkeiten zur Erhöhung des Flächendruckes der Elektroden auf der Außenseite der Feststoffelektrolytmembran oder zur Bildung eines gleichmäßigen Flächendruckes werden dabei nicht beschrieben.

Ausgehend von Elektrolysezellen der eingangs genannten Art, bei welchen die Einstellung des Flächendruckes der Elektroden auf die Feststoffelektrolytmembran durch äußere Anpreßvorrichtungen in Form von die Gehäuseschalen der Elektrolysezellen verbindenden Schrauben oder Zugstangen erfolgt, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine insbesondere zur Erzeugung von Ozon geeignete Elektrolysezelle zu entwickeln, bei der zur Optimierung der Zellparameter und zur Erreichung eines optimalen Zellenbetriebs - im Gegensatz zu den genannten konstruktiven Lösungen bei den bekannten Elektrolysezellen - der Anpreßdruck der Elektroden auf die Feststoffelektrolytmembran, bezogen auf deren Fläche, unabhängig vom Dichtdruck der Dichtflächen der Zellgehäuseteile homogen einstellbar ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Elektrolysezelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die Führung der verwendeten Kathode oder Anode in der Elektrolysezelle auf einer Elektrodenandruckplatte, welche unter zentrischer Lagerung mittels einer durch die Zellgehäusewandung geführten äußeren Stelleinrichtung in einer parallelen Ebene zur Außenfläche der Feststoffelektrolytmembran verstellbar ist und zusammen mit Teilen der Stelleinrichtung eine Anpreßvorrichtung bildet, wird somit erreicht, daß bei einer Veränderung des Anpreßdruckes der beiden Elektroden der Elektrolysezelle gegenüber der Feststoffelektrolytmembran der Flächendruck über die gesamte Kontaktfläche zwischen Feststoffelektrolytmembran und den Elektroden weiterhin homogen bleibt. In der Stelleinrichtung wird dabei ein Andruckbolzen verwendet, welcher genau auf die Mitte der Rückseite der Elektrodenandruckplatte in ein dortiges Zentrier- und Andrucklager einwirkt und eine Übertragung der wirkenden äußeren Anpreßkraft als zwischen den Elektroden und der Feststoffelektrolytmembran wirksam werdenden Flächendruck erlaubt. Da die Elektroden und die Feststoffelektrolytmembran im allgemeinen schon in parallelen Ebenen zueinander ausgerichtet sind, ist dabei ein Eingriff des Andruckbolzens an der Rückseite der Elektrodenandruckplatte im allgemeinen nur in Form eines Zentrier- und Andrucklagers notwendig, wobei in einfachster Weise dies gem. Anspruch 8 auf der Rückseite der Elektrodenandruckplatte als konus- oder halbkugelförmige Materialausnehmung angelegt ist, in welche die entsprechend dieser Öffnung abgemessene Zentrierspitze des in einem kegelförmigen Endabschnitt auslaufenden Andruckbolzens derart eingreift, daß die Elektrodenandruckplatte gegenüber dem Andruckbolzen zentriert ist und bei einer Längsverschiebung des Andruckbolzens von diesem in einer parallelen Ebene verstellbar ist.

Die Einstellung des Dichtdruckes an den Stirnflächen der Zellgehäuseschalen erfolgt dabei vorzugsweise gem. Anspruch 2 durch einen äußeren umlaufenden Flansch der Gehäusewandungen der Elektrolysezelle angelegten und in dortige Gewindebohrungen oder äußere Feststellschrauben festlegbaren Kranz von Zugschrauben. Bei einer Lagerung des Randes der Feststoffelektrolytmembran zwischen diesen miteinander zu verschraubenden Stirnflächen wird dabei gleichzeitig neben einer Abdichtung und Verbindung der Zellgehäuseschalen eine umlaufende dichte Einklemmung der Feststoffelektrolytmembran zwischen den Dichtflächen der Zellgehäuseschalen erreicht, so daß eine gastechnische Trennung von Kathoden- und Anodenraum durch die Feststoffelektrolytmembran sicher gewährleistet ist.

Die Einstellung des Dichtdruckes der Zellgehäuseschalen erfolgt dabei unabhängig von der Betätigung der seitlich die Elektroden flächig erfassenden Anpreßeinrichtung, wobei nicht wie bei bekannten Elektrolysezellenkonstruktionen die Einstellung des Flächendruckes der Elektroden auf die Feststoffelektrolytmembran durch einen Kranz von auf die Dichtflächen des Zellgehäuses und die Elektroden wirkenden Zugschrauben oder Zugstangen erfolgt, sondern diese nur die Einstellung des Dichtdruckes der Zellgehäuseschalen erfolgt. Die Einstellung des Flächendruckes erfolgt dabei vollkommen unabhängig vom Dichtdruck, wobei die Elektroden zwischen der seitlich durch die Stelleinrichtung verstellbar gelagerten Elektrodenandruckplatte und der gegenüberliegenden Innenwandung des Zellgehäuses parallel zur Ebene der Feststoffelektrolytmembran ausgerichtet und gegen diese anpreßbar sind.

Gem. Anspruch 3 erfolgt über die Elektrodenandruckplatte die elektrische Kontaktierung der dort angeordneten Elektrode. Ferner erfolgt die elektrische Kontaktierung durch den nach außen durch die Zellgehäusewandung geführten Andruckbolzen, wobei diese Teile aus elektrisch leitfähigem Werkstoff gebildet sind und im Fall eines ein unterschiedliches, kathodisches Potential besitzenden Zellgehäuse gegenüber diesem durch einen das Lager des Andruckbolzens außen umgebenden Isolationskörper elektrisch isoliert sind.

Die Lagerung der Elektrode, welche der an der Elektrodenandruckplatte angelegten Elektrode gegenüberliegt erfolgt dabei vorzugsweise nicht starr auf einem flächigen Lagerabschnitt der Innenwandung des Zellengehäuses sondern auf einem Elektrodenandruckstempel mit einem flächigen Lagerabschnitt, welcher parallel zur Ebene der Feststoffelektrolytmembran ausgerichtet ist. Ein Anodenandruckstempel ist dabei gemäß Anspruch 5 gegenüber einem ein kathodisches Potential besitzenden Zellgehäuse durch Isolationskörper elektrisch isoliert und besteht dabei aus korrosionsbeständigem Material.

Gem. Anspruch 4 ist dabei das Zentrier- und Andrucklager zwischen Andruckbolzen und der Mitte der Elektrodenandruckplatte gleichzeitig als Schwenklager ausgebildet, welches eine Verkippung der Elektrodenandruckplatte quer zur Rotations- und Verstellachse des Andruckbolzens erlaubt. Dabei ist vorzugsweise an der Rückseite der Elektrodenandruckplatte als Eingriffsöffnung eine zentral angelegte, konusförmige oder halbkugelför­ mige Materialausnehmung vorgesehen, in welcher das Ende des Andruckbolzens mit einem kegelförmig nach vorne zulaufenden Endabschnitt eingreift, wobei der Neigungswinkel dieser kegelförmig geneigten Mantelfläche des Bolzenabschnittes gemessen gegenüber dessen Mittellängsachse kleiner als der halbe Öffnungswinkel der konus- oder halbkugelför­ migen Materialausnehmung ist. Da sich insofern ein Spiel zwischen dem Endabschnitt des Andruckbolzens und der konus- oder halbkugelförmigen Materialaus­ nehmung in der Elektrodenandruckplatte ergibt, kann diese quer zur Rotations- und Verstellachse des Andruckbolzens verkippt werden.

Die Führung des längsverschieblichen Andruck­ bolzens der Elektrodenandruckplatte kann über eine in der Gehäusewandung aufgenommene Führungsbuchse erfolgen, in welcher der Andruckbolzen längsver­ schieblich gelagert ist, wobei ein Gewinde­ eingriff zwischen Führungsbuchse und einer dort aufschraubbaren Überwurfmutter vorgesehen ist, welche mit dem Endabschnitt des Andruckbolzens verbunden ist und somit durch Drehung ein Ein­ schrauben oder Herausschrauben des Andruckbolzens und damit dessen Längsverstellung erlaubt.

Gem. Anspruch 6 ist dabei ohne äußeren Isolations­ körper die Lagerung des Andruckbolzens in einem unmittelbar in der Zellgehäusewandung angelegten Führungslager vorgesehen, sofern der Andruckbolzen dasselbe elektrische Potential besitzen kann wie die Zellgehäusewandung, welche zur Erreichung eines kathodischen Korrosionsschutzes vorzugsweise kathodisches Potential besitzt. Soll dagegen die Elektrodenandruckplatte nach außen elektrisch isoliert werden, da sie zur Zuführung des anodi­ schen Potentials dient, so muß zwischen der Führungsbuchse und der Zellgehäusewandung noch ein elektrischer Isolationskörper angelegt werden.

Gem. den Ansprüchen 11-14 werden als Anode und Kathode vorzugsweise poröse Elektroden verwendet, welche eine ebene Elektrodenfläche aufweisen und wobei insofern die Anlage eines äußeren Kanalnetzes zur Wasserverteilung und zum Abfangen von sich an der Elektrodenkontaktfläche bildenden Gas nicht notwendig ist, da bereits die Porösität der Elektrode die Zufuhr von Reaktanden bzw. die Abfuhr von Reaktionsprodukten aus der Grenzfläche zwischen Elektrode und Feststoffelek­ trolytmembran gewährleistet. Derartige Elek­ troden sind dabei großflächig anlegbar, wobei sie als separate Platten herstellbar und in der vorgesehenen Ausnehmung der Zellgehäuseschale oder zwischen Zentrierrippen auf der Elektrodenandruck­ platte befestigbar sind, ohne daß die Gefahr einer Zerstörung bei dem zur Wirkung kommenden Elek­ trodenanpreßdruck besteht.

Die Elektroden können dabei auch mehrschichtig ausgebildet sein, wobei die Anoden-Elektrode bei Verwendung in einer Wasserelektrolysezelle zur Ozonherstellung eine Oxidationskatalysatorbe­ schichtung aufweist, so daß die Elektrode die benötigte hohe Überspannung zur Ozonherstellung besitzt. Diese wird vorzugsweise als poröse Beschichtung gem. Anspruch 12 und 13, aufgebracht.

In dem Wasserelektrolyse-Prozeß zur Ozonherstel­ lung wird dabei der Strom in der Feststoffelektro­ lytmembran durch hydratisierte Protonen transpor­ tiert (H⁺(H₂O_x). Das Wasser dient dabei sowohl als Reagenz als auch als Kühlmittel auf der Anodensei­ te. Die Elektrodenreaktionen finden dabei an den Grenzflächen Elektrode/Feststoffelektrolytmembran statt. Die Elektroden können dabei mit einer unbeschichteten perfluorierten Kationenaus­ tauschermembran kontaktiert werden, welche als solche keinen Elektrokatalysator trägt. Bei der Ozonherstellung durch Wasserelektrolyse tritt bei Verwendung einer Kationenaustauschermembran Ozon als Nebenprodukt zur anodischen Sauerstoffen­ twicklung an Anoden mit hoher Überspannung auf. Es ist dabei möglich, direkt eine wäßrige Ozonlösung herzustellen. Zur Ozonbildung müssen dabei die Anoden durch die Oxidationskatalysatorbeschichtung die dazu notwendige Polarisation aufweisen. Gem. Anspruch 17 ist der Aufbau der Elektrolysezelle zur Durchführung der Wasserelektrolyse derart vorgesehen, daß Wasser als Reagenz- und Kühlmittel lediglich an der Anodenseite zugeführt wird. Insofern ist ein Wasserdurchfluß im Zellgehäuse lediglich über den Anodenraum vorgesehen, wobei zum Abführen von Reaktionsprodukten aus dem Kathodenraum, welche dort als durch die Feststoff­ elektrolytmembran wanderndes Permeatwasser und Wasserstoffionen auftreten, lediglich eine Aus­ gangsöffnung angelegt ist.

Die Einstellung des Anpreßdruckes der Elektroden ist dabei nicht nur lediglich bei der Montage der Elektrolysezelle notwendig, sondern auch während des Betriebes der Elektrolysezelle. So ist dieser Elektrodenanpreßdruck mehrmals nach Erstinbetrieb­ nahme der Elektrolysezelle zu kontrollieren und ggf. mit der zur Verstellung des Andruckbolzens dienenden Sechskantüberwurfmutter (Gewindehülse) nachzuziehen. Diese Einstellung erfolgt dabei vorzugsweise mit Hilfe eines Drehmomentschlüssels. Während des Betriebs der Elektrolysezelle ist dabei deren Strom und Betriebsspannung zu kontrol­ lieren. Sollte die für den einzustellenden Strom nötige Spannung kleiner als die momentane Betriebs­ spannung sein, so ist unter Beachtung der Strom- und Spannungswerte der Anpreßdruck der Elektroden durch vorsichtiges und "gefühlvolles" Anziehen der Sechskantüberwurfmutter weiter zu erhöhen. Dieses Anziehen ist dann spätestens zu beenden, wenn sich keine wesentliche Senkung der Betriebsspannung mehr ergibt. Beim Ausschalten des Netzgerätes der Ozon-Elektrolysezelle muß darauf geachtet werden, daß diese weiterhin mit dem für die Elektrolyse­ zelle lebenserhaltenden Mindeststrom "gepuffert" ist, wobei auch ein minimaler Wasserdurchfluß durch die Elektrolysezelle von z. B. 10-20 l/h gewährleistet sein muß.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele der Elektrolysezelle näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die zur Ozonerzeugung dienende Elektrolysezelle welche aus zwei Zellgehäuseschalen besteht, welche jeweils eine Aussparung zur Aufnahme der Kathode oder Anode bilden und zwischen deren miteinander verschraubten Stirnflächen die Feststoffelektrolyt­ membran eingespannt ist und sich quer durch das Zellgehäuse erstreckt und wobei Kathode und Anode mit der Feststoffelektrolyt­ membran flächig in Kontakt stehen und durch eine längsverstellbare Elektrodenandruckplatte im geeigneten Anpreßdruck gegenüber der Feststoffelektrolytmembran bringbar sind;

Fig. 2 eine Abwandlung der Elektrolysezelle gemäß Fig. 1, wobei die Elektrodenandruckplatte nicht auf die Anoden-Elek­ trode sondern auf die Kathoden-Elektrode wirkt und wobei die elektrische Kontaktierung der Anoden-Elektrode durch einen Anodenandruckstempel erfolgt, welcher wie der zur Verstellung der Elektrodenandruckplatte in Fig. 1 dienende Andruckbolzen gegenüber dem kathodischen Potential besitzenden Zellgehäuse von einem elektrischen Isolationskörper umgeben ist;

Das Zellgehäuse (15, 15′) der in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Elektrolysezelle besteht jeweils aus zwei Zellgehäuseschalen (1, 2) und (1′, 2′), wobei die Zellge­ häuseschale, welche die Elektrodenandruckplatte aufweist, einen etwas größeren Elektrodenraum aufweist als die Zellgehäuseschale mit der Gegenelektrode, welche dort zwischen der Gehäusewandung und der mittig im Zellgehäuse angelegten Feststoffelektrolyt­ membran (7, 7′) fest angeordnet ist.

Der Werkstoff des Zellgehäuses besteht dabei aus einem Chrom-Nickel-Stahl, wobei in der in Fig. 1 bis Fig. 4 dargestellten Ausführungsform der Elektrolysezelle deren Zellgehäuse (15, 15′) sich jeweils auf kathodischen Potential befindet und somit die Erreichung eines kathodischen Korrosionsschutzes möglich ist. Prinzipiell ist auch die Verwendung anderer metallischer bzw. nicht­ metallischer Werkstoffe möglich, wobei insofern für die Elektroden dann gegebenenfalls zwei getrennte Stromzufüh­ rungen durch die Zellgehäusewandung (30, 30′) anzulegen sind. In den vorliegenden Elektrolysezellen werden dabei jeweils planare, poröse Elektroden (3, 9; 3′, 9′) verwendet, welche seitlich links und rechts mit der eine Kationenaustauschermembran darstellenden Feststoffelek­ trolytmembran (7, 7′) kontaktiert sind, welche den Anodenraum (28, 28′) von dem Kathodenraum (29, 29′) trennt und somit gleichzeitig als Kathoden- und Anoden­ separator, als Elektrolyt zur Stromleitung in der Elektrolysezelle und dabei als Kationenleiter in wäßriger Umgebung dient. Der Betrieb der Elektrolysezelle erfolgt dabei grundsätzlich in einem Medium mit geringem Leitwert, wie z. B. chemisch reinem Wasser, wobei beim Betrieb in Reinstwasser Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt werden. Durch die Verwendung besonderer Anodenmaterialien mit einem aufgebrachten Oxidationskatalysator wird dabei erreicht, daß an der Anode ein Gemisch aus Sauerstoff und Ozon entsteht.

Um gleichzeitig eine Einstellung des Flächendruckes der planaren, porösen Kathoden- und Anodenelektrode gegenüber der Feststoffelektrolytmembran (7, 7′) als auch eine Einstellung des Dichtdruckes der Zellgehäuseschalen auf die dortigen Dichtungen und Dichtflächen unabhängig voneinander zu erreichen, weisen die einzelnen Elektro­ lysezellen jeweils eine im Anoden- oder Kathodenraum angelegte Anpreßeinrichtung mit einer Elektrodenandruck­ platte (8, 8′) auf. Die Dichtfunktion des Zellgehäuses wird dabei in herkömmlicher Weise durch einen Kranz von Zugschrauben (6, 6′) sichergestellt, welche eine Ver­ schraubung der beiden Zellgehäuseschalen (1, 2) ermög­ lichen, welche jeweils von der rechten Gehäuseplatte aus zusammengeflanscht werden.

Die Feststoffelektrolytmembran (7, 7′) ist umlaufend zwischen den Dichtungen (11, 11′) der Stirnflächen der beiden Zellgehäuse­ schalen (1, 2; 1′, 2′) derart eingeklemmt, daß sich eine dichtverschließende Trennwand zwischen Anoden- und Kathodenraum (28, 29; 28′, 29′) ergibt. Durch die Zugschrauben (6) kann dabei die Anpreßkraft auf die Dichtungen (11) zwischen den beiden Zellgehäuseschalen unabhängig von dem eingestellten Flächendruck der Elektroden auf die Feststoffelektrolytmembran (7, 7′) geändert werden, wobei die Zelle auch bei erhöhtem Betriebsdruck nach außen dicht bleibt und dabei auch eine optimale Dichtfunktion der Feststoffelektrolyt­ membran zwischen Anoden- und Kathodenraum (28, 29; 28′, 29′) gewährleistet ist.

Der Anpreßdruck der Elektroden (3, 9; 3′, 9′) auf die Feststoffelektrolytmembran (7, 7′) wird dabei durch die von außen auf einen Andruckbolzen (5, 12) ausgeübte Anpreßkraft eingestellt, wobei der Andruckbolzen auf die Elektrodenandruckplatte (8, 8′) seitlich mittig einwirkt.

Gemäß Fig. 1 und 2 wird die Elektrodenandruckplatte (8, 8′) dabei von dem Andruckbolzen (5, 12) in einer Materialausnehmung (19, 19′) auf ihrer Rückseite (16, 16′) angepreßt. Die Materialausnehmung (19, 19′) weist dabei gemäß Fig. 1 und 2 die Form eines Konusses auf, welcher in seinem Scheitelpunkt gemäß Fig. 1 und 2 eine zylindrische schmale Zentrierbohrung besitzt, in welcher der Andruckbolzen (5, 12) mit seinem entsprechend konisch auf eine Spitze zulaufenden Endabschnitt (17, 17′) eingreift, so daß sich eine Zentrierung der Elektroden­ andruckplatte im Innenraum des Zellgehäuses und damit zur Feststoffelektrolytmembran (7, 7′) ergibt. Gleichzeitig wird dabei eine Ausrichtung der Elektrodenandruckplatte (8, 8′) zur Außenfläche der Feststoffelektrolytmembran (7, 7′) derart erreicht, daß die Fläche der Elektroden­ andruckplatte mit der auf ihrer Stirnfläche (20, 20′) aufgenommenen Elektrode (9, 3′) derart ausgerichtet ist, daß sich ein weitgehend homogener Flächendruck der Elektroden (3, 9; 3′, 9′) gegenüber der Feststoffelek­ trolytmembran über die gesamten gegenüberliegenden Bereiche der an der Feststoffelektrolytmembran anliegen­ den Elektroden ergibt.

Aufgrund des gleichmäßigen Anpreßdruckes der Elektroden gegenüber der Feststoffelektrolytmembran ergibt sich somit eine gleichmäßige Stromverteilung über die gesamte Oberfläche der Elektroden. Die Größe des Anpreßdruckes auf die Feststoffelektrolytmembran ist dabei ein wich­ tiger Parameter für den optimalen Betrieb der Elektro­ lysezellen, wobei von diesem Zellspannung und Stromaus­ beute abhängig sind.

Die Elektroden selbst können dabei mit größeren Tole­ ranzen gefertigt werden als dies bei bisherigen Elek­ trodenkonstruktionen für die vorliegende Elektrolyse­ zelle-Art (SPE-Zellen) der Fall war.

Beim Anziehen des Andruckbolzens (5, 12) besteht dabei nicht mehr die Gefahr eines Verkantens der Feststoffelek­ trolytmembran (7, 7′) gegenüber den ursprünglich flächig mit dieser in Kontakt befindlichen äußeren Elektroden.

Durch die spezielle im folgenden noch erörterte Konstruk­ tion von Elektrodenandruckplatte und Andruckbolzen kann bei der Elektrolysezelle gemäß Fig. 1 über die an deren Stirnfläche (20) der Elektrodenandruckplatte der Anpreßdruck der Elektrode (9) auf die Feststoffelektrolyt­ membran (7) durch Anziehen oder Lösen einer außerhalb des Zellgehäuses befindlichen Gewindehülse in Form einer Sechskant-Überwurfmutter (10) eingestellt werden, welche mit einer Führungsbuchse (4) des durch die Zellgehäuse­ wandung (30) geführten Andruckbolzens (5) verschraubbar ist und gegen einen radial vorspringenden Führungsansatz (21) des Andruckbolzens wirkt. Bei der Verstellung des Andruckbolzens (5) durch Verschraubung der Sechskant-Überwurfmutter (10) besteht dabei nicht die Gefahr des Verkantens der Elektroden­ andruckplatte und der auf ihrer Stirnfläche (20) ge­ tragenen Elektrode gegenüber der anliegenden Fest­ stoffelektrolytmembran (7) bzw. der flächig auf der gegenüberliegenden Membranoberfläche anliegenden Gegen­ elektrode. Diese Gegenelektrode ist dabei auf einem flächigen Lagerabschnitt (26) der Zellgehäuseinnenwandung in einer parallelen Ebene zur Feststoffelektrolytmembran (7) gelagert und ausgerichtet. In Fig. 1 befindet sich dabei auf dem Lagerabschnitt (26) der Innenwandung des Zellgehäuses (15) die Kathode (3), wobei diese als poröse Metall-Elektrode ausgebildet sein kann. Der gesamte Kathodenraum (29) ist dabei von dieser porösen Kathode ausgefüllt, wobei die Kathode in diesem Kathodenraum lediglich von durch die Feststoffelektrolytmembran (7) gelangendes Permeatwasser durchflutet und durch sich dort bildendes Wasserstoffgas durchströmt wird. Der Kathodenraum weist insofern keinen Zufluß für äußeres Wasser auf. Das sich im Kathodenraum bildende Permeat­ wasser wird dabei mit dem dort entstehenden Wasserstoff­ gas über eine im oberen rechten Teil des Kathodenraums mündende Ausgangsöffnung (35) eines durch die Zellgehäu­ sewandung geführten Kanals abgeführt.

Im Gegensatz zum Kathodenraum (29) der Elektrolysezelle gemäß Fig. 1 wird der dortige Anodenraum (28) durch von unten nach oben geführtes Wasser durchflutet, welches dann an der eine Oxydationskatalysatorbeschichtung (z. B. PbO₂) aufweisenden Anode (9) zu Sauerstoff, Ozon und durch die Feststoffelektrolytmembran wandernde Wasserstoffionen elektrolytisch zersetzt wird. Das Wasser tritt dabei an dem unterem Wasserzufluß (33) in den Anodenraum (28) ein und verläßt diesen mit angereichertem Sauerstoff und Ozon an dem oberen Wasserabfluß (34) der Elektrolysezelle. Da durch die Feststoffelek­ trolytmembran (7) eine physikalisch-gastechnische Trennung von Kathodenseite und Anodenseite erreicht wird, können dabei das im Anodenraum (28) anstehende Wasser und sich in der porösen Anode (9) bildendes Ozon und Sauer­ stoff nicht durch diese Membran in den Kathodenraum und die dortige Kathode (3) gelangen.

In der Abwandlung der Elektrolysezelle gemäß Fig. 2 erfolgt dabei ebenfalls eine 100%ige physikalisch- gastechnische Trennung von Kathoden- und Anodenseite. Es ist dabei wiederum lediglich der Anodenraum (28′) von Wasser durchströmt, wobei dies im unteren Teil der Zelle durch den Wasserzufluß (33′) eintritt und nach Umströmung und Durchströmung der porösen Anode (3′) durch den Wasserabfluß (34′) mit angereichertem Ozon und Sauerstoff austritt. Der Kathodenraum (29′) ist insofern nicht unmittelbar durch einströmendes Wasser beaufschlagt, vielmehr tritt in diesen lediglich durch die Feststoff­ elektrolytmembran (7′) Permeatwasser ein, welches mit den durch diese wandernden Wasserstoffionen mitgeführt wird. Die zentrale Andruck­ einrichtung ist dabei in Form des Andruckbolzens (12) und der Elektrodenandruckplatte (8′) im Gegensatz zur Konstruktion der Fig. 1 im Kathodenraum (29′) angelegt, wobei auf der Elektrodenandruckplatte (8′) die Kathode (9′) gelagert ist. Diese kann ebenfalls wiederum als Metall-Elektrode ausgebildet sein und weist dabei eine geringe Überspannung gegen die durch die Feststoff­ elektrolytmembran (7′) wandernden Wasserstoffionen auf, so daß sich aus diesen an der Kathode Wasserstoffgas unmittelbar bildet. Die Stirnfläche (20′) der Elektroden­ andruckplatte (8′) ist dabei ebenfalls planar ausgebil­ det, und dabei aufgrund ihrer Zentrierung durch das ebenfalls kegelförmig in einer Spitze auslaufende Ende (17′) des Andruckbolzens (12), welcher in die kegelförmige Materialausnehmung (19′) greift, parallel zur Außenfläche der Feststoffelektrolytmembran (7′) ausgerichtet. Die Lagerung der porösen Anode (3′) erfolgt dabei über einen Anodenandruckstempel (31), welcher eine äußere planare Lagerplatte (27) aufweist, die die poröse planare Anode trägt. Die Anode ist ebenfalls aus einem porösen Werk­ stoff gebildet und zusätzlich mit einem Oxydations­ katalysator (z. B. PbO₂) versehen. Der Anodenandruck­ stempel (31) ist dabei wie auch die Führungsbuchse (4) für den Andruckbolzen (5) der Elektrolysezelle gemäß Fig. 1 durch einen äußeren elektrischen Isolationskörper (24′) umgeben, so daß über den Anodenandruckstempel (31) der Fig. 2 wie auch im Fall des Andruckbolzens (12) der Elektrolysezelle gemäß Fig. 1 unmittelbar die anodische Stromzuführung erfolgen kann, obwohl das gesamte Zellge­ häuse sich auf kathodischem Potential befindet. In der Konstruktion gemäß Fig. 2 wird dabei die Führung des Andruckbolzens (12) durch die Zellgehäusewandung (30′) in den dortigen Kathodenraum (29′) durch ein Lager (4′) mit einer Führungsbohrung in der Zellgehäusewandung erreicht. Diese weist ein Innengewinde (14′) auf, in welches das Außengewinde (13′) des Andruck­ bolzens (12) zu dessen Längsverstellung ein- und aus­ schraubbar ist.

Wie deutlich der Darstellung gemäß Fig. 1 und Fig. 2 zu entnehmen, ist der Neigungswinkel α der Oberfläche der Endabschnitte (17, 17′) der Andruckbolzen (5, 12) derart bemessen, daß dieser gemessen gegenüber der Mittellängs­ achse (22, 22′) kleiner als der halbe Öffnungswinkel β der konus- oder halbkugelförmigen Materialausnehmung (19, 19′) ist. Insofern ist eine seitliche Verschwenkung der Elektrodenandruckplatte (8, 8′) nach deren Zentrierung auf der Zentrierspitze parallel zur vorgegebenen Ebene der Feststoffelektrolytmembran (7, 7′) und zur Ebene der an der dortigen Rückseite anliegenden Gegenelektrode möglich.

In den Zeichnungen gemäß Fig. 1 und Fig. 2 sind im übrigen die in den Anodenraum der Elektrolysezelle zufließenden und abfließenden Medien jeweils mit Pfeil­ darstellung und in ihrer chemischen Symbolik (H₂O;H₂O+O₂+O₃) angedeutet.

Zur Erreichung einer Verdrehsicherung der Elektroden­ andruckplatte (8, 8′) und eines zusätzlich zur Halterung der Anode dienenden Anodenandruckstempels (31) kann dabei jeweils ein isolierter Haltebolzen an der Innenwandung des Zellgehäuses angelegt sein, welcher in eine Ausneh­ mung am unteren Rand des Anodenandruckstempels (31) oder der Elektrodenandruckplatte greift. Der Haltebolzen dient dabei vorzugsweise als zusätzliche Längsführung der Elektrodenandruckplatte, zu der bereits durch den Andruckbolzen (5) gegebenen Führung.

Bezugszeichenliste

 1, 2; 1′, 2′ Zellgehäuseschalen
 3 poröse Kathode (Fig. 1)
 3′ poröse Anode (Fig. 2)
 4 Führungsbuchse mit Außengewinde
 4′ Führungslager in Form einer Bohrung in der Zellgehäusewandung mit Innengewinde (Fig. 2) und Andruckbolzen (12)
 5 Andruckbolzen (Fig. 1)
 6 Zugschrauben (Fig. 1)
 6′ Zugschrauben (Fig. 2)
 7 Feststoffelektrolytmembran (Fig. 1)
 7′ Feststoffelektrolytmembran (Fig. 2)
 8 Elektrodenandruckplatte für Anode (Fig. 1)
 8′ Elektrodenandruckplatte für Kathode (Fig. 2)
 9 Anode mit aufgebrachtem Oxidationskatalysator (Fig. 1)
 9′ poröse Kathode (Fig. 2)
10 Sechskantüberwurfmutter
11 Dichtungen auf den Stirnflächen der Zellgehäuseschalen (Fig. 1)
11′ Dichtungen auf Stirnflächen der Zell­ gehäuseschalen (Fig. 2)
12 Andruckbolzen (Fig. 2)
13 Außengewinde auf der Führungsbuchse (4)
13′ Außengewinde auf dem Andruckbolzen (12)
14 Innengewinde der Sechskantüberwurfmutter (10)
14′ Gewindegang für den Andruckbolzen (12)
15, 15′ Zellgehäuse (Fig. 1 bzw. Fig. 2)
16 Rückseite der Elektrodenandruckplatte (Fig. 1)
16′ Rückseite der Elektrodenandruckplatte (Fig. 2)
17 Endabschnitt des Andruckbolzens (5) mit Zentrierspitzen (Fig. 1)
17′ Endabschnitt des Andruckbolzens (12) mit Zentrierspitze (Fig. 2)
18 zentrisch auf der Elektrodenandruckplatte angelegtes Zentrier- und Andrucklager (Fig. 1)
18′ zentrisch auf der Andruckplatte (8′) angelegtes Zentrier- und Andrucklager (Fig. 2)
19 konus- oder halbkugelförmige Materialaus­ nehmung in der Elektrodenandruckplatte (8) (Fig. 1)
19′ konus- oder halbkugelförmige Materialaus­ nehmung in der Elektrodenandruckplatte (8′) (Fig. 2)
- jeweils mit Zentrierungsbohrung im Scheitelpunkt für die Zentrierspitze des Andruckbolzens;
20 Stirnfläche der Elektrodenandruckplatte (Fig. 1)
20′ Stirnfläche der Elektrodenandruckplatte (8′)
- jeweils mit Rautenmusterfläche und Zentrierrand zum zentrischen Aufbringen der porösen Elektrode;
21 radialer Führungsansatz des Andruckbolzens (5)
22 Längs- und Verstellachse des Andruck­ bolzens (5) in der Führungsbuchse (4) (Fig. 1)
22′ Längs- und Verstellachse des Andruckbolzens (12) in dem Führungslager (4′) (Fig. 2)
24 Isolationskörper für die Stromdurchführung zur Anode (Fig. 1)
26 Lagerfläche für Kathode (3) auf der Innenseite der Zellgehäusewandung (30) (Fig. 1)
26′ Lagerfläche für die Anode (3′) auf dem Anodenandruckstempel (Fig. 2)
27 Anodenandruckplatte (Fig. 2)
28, 29 Anoden- und Kathodenraum (Fig. 1)
28′, 29′ Anoden- und Kathodenraum (Fig. 2)
30, 30′ Zellgehäusewandung (Fig. 1 bzw. Fig. 2)
31 Anodenandruckstempel (Fig. 2)
32, 32′ elektrisch isolierte Stromdurchführungen für die Anode (Fig. 1 und Fig. 2)
33, 33′ Wasserzuflußöffnung
34, 34′ Wasserabflußöffnung (Fig. 1 bzw. Fig. 2)
35, 35′ Ausgangsöffnung für das Permeatwasser
36 Bohrung in der Elektrodenandruckplatte (8′) als Durchfluß zur Ausgangsöffnung für Permeatwasser (35′) (Fig. 2)
37 Ringkanal im Anodenraum (28′) um die Anodenandruckplatte (27) des Anodenandruckstempels (31) (Fig. 2)
41, 41′ Gewindebohrung (Fig. 1 bzw. Fig. 2)
42, 42′ Gewindebohrungen (Fig. 1 bzw. Fig. 2)
4, 5, 10, 13, 14 äußere Stelleinrichtung in Fig. 1
4′, 12, 13′, 14′ äußere Stelleinrichtung in Fig. 2
5, 8; 12, 8′; 26, 26′ Anpreßeinrichtung im Kathoden- oder Anodenraum zum Andrücken der Elektrode gegen die Feststoffelektrolytmembran (7, 7′).

Claims (18)

1. Elektrolysezelle, insbesondere zur Erzeugung von Ozon, mit einer den Anoden- und Kathodenraum voneinander trennenden Feststoffelektrolytmembran, deren anodische und/oder kathodische Seite aus einer planaren, porösen Elektrode oder aus einer Elektrode aus einem elektrisch leitfähigen Material das mit einer porösen Beschichtung versehen ist, besteht, und mit der Feststoffelektrolytmembran flächig in Kontakt steht, wobei die äußere Anodenfläche zur Herstellung von Ozon bei großer Überspannung aktiviert ist, das Zellgehäuse eine elektrisch isolierte Stromdurchführung zu einer der Elektroden aufweist und aus mindestens zwei Zellgehäuseschalen besteht, die gegeneinander abgedichtet sind, wobei eine Gehäuseschale die Kathodenseite und die andere Gehäuseschale die Anodenseite zumindest teilweise umschließt und die Feststoffelektrolytmembran zwischen den aneinandergrenzenden, als Dichtflächen ausgebildeten Stirnflächen der Zellgehäuseschalen eingeklemmt ist und die Einstellung des Flächendrucks der beiden Elektroden auf die Feststoffelektrolytmembran durch äußere Anpreßvorrichtungen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß
der Anpreßdruck der beiden Elektroden (3, 9; 3′, 9′) auf die Feststoffelektrolytmembran (7, 7′) unabhängig von der Einstellung des Dichtdruckes der Zellgehäuseschalen (1, 2;1′, 2′) durch eine durch die Zellgehäusewandung (30, 30′) zum Anoden- oder Kathodenraum (28, 29; 28′, 29′) geführte, von außen betätigbare Stelleinrichtung (4, 5, 10, 13, 14; 4′, 12, 13′, 14′) über eine seitliche Anpreßeinrichtung (5, 8; 12, 8′; 26, 26′) erfolgt, wobei der Endabschnitt (17, 17′) eines durch die Zellgehäusewandung (30, 30′) geführten Andruckbolzens (5, 12) mit einem auf der Rückseite (16, 16′) einer Elektrodenandruckplatte (8, 8′) mittig angelegten Zentrier- und Andrucklager (18, 18′) in Eingriff steht,
wodurch die Zentrierung und/oder Verschwenkung der auf der äußeren Stirnfläche (20, 20′) der Elektrodenandruckplatte (8, 8′) gelagerten planaren Elektrode (9, 9′) quer zur Verstellachse (22, 22′) des Andruckbolzens (5, 12) in eine parallele Ebene zur Feststoffelektrolytmembran (7, 7′) erfolgt, wobei der nach außen durch die Zellgehäusewandung (30, 30′) geführte Andruckbolzen (5, 12) mittels der dort seitlich anbrachten Stelleinrichtung (4, 5, 10, 13, 14; 4′, 12, 13′, 14′) in einer Längsführung (4, 4′) verstellbar gelagert ist, und die Elektrode (3, 3′), die der im Anoden- oder Kathodenraum an der Elektrodenandruckplatte (8, 8′) angelegten Elektrode (9, 9′) gegenüberliegt, auf einem flächigen Lagerabschnitt (26′) einer Lagerplatte (27) oder der Innenwandung des Zellgehäuses (15, 15′) in einer parallelen Ebene zur Feststoffelektrolytmembran fest angeordnet ist.

2. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zellgehäuse (15, 15′) aus zwei zylinderförmigen Zellgehäuseschalen (1, 2; 1′, 2′) besteht, welche über einen von einem äußeren umlaufenden Flansch sich in die Gehäuse­ wandung (30, 30′) erstreckenden und in dortige Gewinde­ bohrungen (41, 42; 41′, 42′) oder äußere Feststellschrauben festlegbaren Kranz von Zugschrauben (6, 6′) miteinander verschraubbar sind, wobei durch diese Schraubvorrichtung der Anpreßdruck der gegenüberliegenden Dichtflächen und Dich­ tungen (11, 11′) der Zellgehäuseschalen (1, 2; 1′, 2′) einstell­ bar ist.

3. Elektrolysezelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zellgehäuse (15, 15′) aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff besteht und daß die Kathode (3, 9′) elektrisch mit der Zellgehäusewandung (30, 30′) verbunden ist, so daß das Zellgehäuse während des Betriebes auf kathodischem Potential liegt, und daß der Anschluß der Anode (9, 3′) über eine zu den Zellgehäuseschalen (1, 2; 1′, 2′) elektrisch isolierte Stromdurchführung (32, 32′) erfolgt, welche den Andruckbolzen (5) der Elektrodenandruckplatte (8) oder einen den flächigen Lagerabschnitt (26′) für die fest angeordnete Elektrode (3′) bildenden Andruckstempel (27) nach außen zum Zellgehäuse durch Isolationskörper (24, 24′) elektrisch isoliert.

4. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des auf der Rückseite der Elektrodenandruck­ platte (8, 8′) zentral angelegten Zentrier- und Andrucklagers (18, 18′) dort als Eingriffsöffnung eine zentral angelegte konusförmige oder halbkugelförmige Materialausnehmung (19, 19′) angelegt ist, in welcher das Ende des Andruck­ bolzens (5, 12) mit einem kegelförmig nach vorne zulaufenden Endabschnitt (17, 17′) eingreift, wobei der Neigungswinkel (α) dieser kegelförmig geneigten Mantelfläche des Bolzenendabschnittes (17, 17′) gemessen gegenüber dessen Mittellängsachse (22, 22′) kleiner als der halbe Öffnungs­ winkel (β) der konus- oder halbkugelförmigen Materialaus­ nehmung (19, 19′) ist.

5. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß Teile der Zelle, wie der Andruckbolzen (5), die Elektroden­ andruckplatte (8), der Anodenandruckstempel (31), welche auf anodischem Potential liegen, aus korrosionsbeständigem Material bestehen.

6. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung (4, 5, 10, 13, 14; 4′, 12, 13′, 14′) für den die Elektrodenandruckplatte (8, 8′) tragenden, mit seinem Endabschnitt (17, 17′) nach außen durch die Zellgehäuse­ wandung (30, 30′) geführten Andruckbolzen (5, 12) aus einer Führungsbuchse (4) oder einem Führungslager (4′) besteht, wobei die Führungsbuchse (4) in der Zellgehäusewandung (30) in einem Isolationskörper (24) einer elektrisch isolierten Stromdurchführung gelagert ist und der Isolationskörper (24), die Führungsbuchse (4) und der Andruckbolzen (5) durch Dichtungen (38) abgedichtet sind, wobei über einen äußeren Endabschnitt der Führungsbuchse (4) ein Gewindeabschnitt (13) angelegt ist, auf welchem eine den Endabschnitt (17) des Andruckbolzens (5) lagernde Überwurf­ mutter (10) verschraubbar zusammen mit dem in ihr gelagerten Lagerbolzen (5) längsverstellbar ist, so daß der Flächen­ druck der auf der Stirnfläche der Elektrodenandruckplatte (8) gelagerten Elektrode gegenüber der Feststoffelektrolyt­ membran (7) ohne die Gefahr des Verkantens des Andruck­ bolzens (5) oder der Elektrodenandruckplatte (8) einstellbar ist, oder daß in dem Führungslager (4′) ein Gewindegang (14′) angelegt ist, in welchem der Andruckbolzen (12) mit einem Außengewinde (13′) eingreift, wobei in dem Führungslager (4′) Dichtungen (38′) für den Andruckbolzen (12) angelegt sind.

7. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff des Zellgehäuses (15, 15′) des Andruckbolzens (5) sowie, dessen Elektrodenandruckplatte (8) oder des der Elektroden­ andruckplatte (8′) gegenüberliegenden Anodenandruckstempels (31) aus Edelstahl besteht und die elektrisch isolierte Stromdurchführung (32, 32′) zur Anode über die Elektroden­ andruckplatte (8) oder den Anodenandruckstempel (31) und die Spannungskontaktierung der Kathode über das kathodische Potential besitzende Zellgehäuse (15, 15′) erfolgt.

8. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentrier- und Andrucklager (18, 18′) auf der Rückseite der Elektrodenandruckplatte (8, 8′) als konus- oder halbkugel­ förmige Materialausnehmung (19, 19′) angelegt ist, welche in ihrem unteren Scheitelpunkt eine Zentrierung in Form einer zylinderförmigen Sackbohrung zum Eingriff der Zentrierspitze des in einem kegelförmigen Endabschnitt (17, 17′) aus­ laufenden Andruckbolzens (5, 12) aufweist.

9. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentrier- und Andrucklager (18, 18′) gleichzeitig als Schwenklager ausgebildet ist, welches eine Verkippung der Elektrodenandruckplatte (8, 8′) quer zur Rotations- und Verstellachse (22, 22′) des Andruckbolzens (5, 12) erlaubt.

10. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zentrierung der auf der Oberfläche der Elektrodenan­ druckplatte (8, 8′) zu befestigenden Elektrode die Stirn­ fläche der Elektrodenandruckplatte mit einem ganz oder teilweise umlaufenden Zentrierrand versehen ist.

11. Elektrolysezelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (9, 3′) und die Kathode (9′, 3) als poröse Elektroden ausgebildet sind, wobei deren poröse Strukturen die Zufuhr von Reaktanden oder die Abfuhr von Reaktions­ produkten von der Grenzfläche Elektrode/Feststoffelektrolytmembran ermöglichen.

12. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (9, 3′) als poröse Elektrode ausgebildet ist, wobei die Elektrodenoberfläche mit einer Oxidationskatalysator­ beschichtung versehen ist.

13. Elektrolysezelle nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine poröse aufgalvanisierte Oxidationskatalysatorbe­ schichtung angelegt ist.

14. Elektrolysezelle nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die die Rückseiten der Elektroden (9, 3; 3′, 9′) andrückenden Zellenteile (8, 26; 8′, 27) mit einem zur Wasserverteilung und zum Abfangen von sich bildendem Gas dienenden Kanalnetz ganz oder teilweise ausgestattet sind.

15. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolysezelle als Feststoffelektrolytmembran (7, 7′) eine auf der Basis perfluorierter Sulfosäuren aufgebaute Kationenaustauschermembran aufweist.

16. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß poröse Elektroden gegenüber einer perfluorierten Kationen­ austauschermembran angelegt sind, welche mit einem Elektro­ katalysator z. B. galvanisch beschichtet oder in Form eines pulverförmig aufgebrachten Films versehen sind.

17. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1-16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wasserdurchfluß mit Wasserzufluß (33, 33′) und einem Wasserablauf (34, 34′) im Zellgehäuse (15) lediglich über den Anodenraum (28, 28′) angelegt ist, während zum Abführen von Reaktionsprodukten aus dem von dem Anodenraum durch die Feststoffelektrolytmembran (7, 7′) getrennten Kathodenraum (29, 29′) lediglich in diesem eine Ausgangsöffnung (35, 35′) angelegt ist.

18. Elektrolysezelle nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß in der Elektrodenandruckplatte (8′) mindestens ein von der Kathodenrückseite zur Ausgangsöffnung (35′) in Verbindung stehende Durchströmungsöffnung (36) angelegt ist.