DE432670C - Elektrode fuer elektrolytische Zellen - Google Patents

Description

Vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Elektrode, die für elektrolytische Gasentwicklung, insbesondere in Wasserzersetzungszellen, bestimmt ist.

Die neue Elektrode besteht aus einer Anzahl von in einer oder mehreren Reihen übereinander angeordneten Taschen α (Abb. ι und 2). Die eine Breitseite der Taschen, die der Gegenelektrode bzw. dem dazwischenliegenden Diaphragma zugekehrt ist (die Vorderwand b, s. Abb. i), ist aus Metall angefertigt und gasdurchlässig ausgebildet, indem sie in bekannter Weise perforiert oder geschlitzt oder sonstwie mit zweckentsprechenden Öffnungen versehen (z. B. Abb. 1 bis 4) oder auch aus Drahtgewebe gebildet ist. Wenn beide Breitseiten der Elektrode zur Zersetzung benutzt werden, sei es als zweiseitige Unipolarelektrode oder als Bipolarelektrode, müssen beide Breitseiten metallisch leitend und gasdurchlässig sein. Aber auch wenn nur eine Seite benutzt wird, werden die Taschen zweckmäßig ganz aus Metall hergestellt, doch ist es in diesem Falle nicht notwendig.

Der größte Teil des abgeschiedenen Gases ■ wird an der Außenseite in Form feiner Bläschen entwickelt, die zum Teil durch die Öffnungen hindurch auf die Rückseite der Wand und somit in das Innere der Tasche hineingelangen. Den Rest, der sich nicht freiwillig in das Tascheninnere begibt, zwingt man hierzu durch geeignete Führungsstücke, z. B. durch Einbau horizontaler Trennstücke h zwischen Elektrodenwand und Diaphragma i, die gleichzeitig als Halt für das Diaphragma

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing. Karl Roth in Ludwigshafen a. Rh.

dienen können (z.B. Abb. 6). Als Baustoff für diese Trennstücke kann jedes elektrolytbeständige Material dienen. Die senkrechte Entfernung der Trennstücke von den oberen Schmalseiten der Taschen, denen sie zugeordnet sind, ist je nach Bauart der betreffenden Taschenvorderwand verschieden.

Die im Innern der Tasche sich sammelnden Gase werden durch die obere Schmalwand ίο jeder Tasche in geeigneter Weise abgeführt und im allgemeinen in die nächsthöhere Tasche geleitet. Diese Gasabführungsrohre oder -kanäle, die beliebigen Querschnitt haben können, werden zweckmäßig so gestaltet, daß ihr unteres Ende ein geringes Stück in den Oberteil der unteren Tasche hineinragt. Ebenso bleibt der obere Teil der Vorder- und Rückwand der Tasche um einen entsprechenden Betrag gasundurchlässig. Hierdurch ao wird bewirkt, daß sich die im Tascheninnern aufsteigenden feinen Gasbläschen am oberen Ende jeder Tasche zu einem Gaskissen sammeln. Sobald dessen Höhe durch weiter hinzukommendes Gas größer wird als der Betrag, um den die Gasabfuhrrohre oder -kanäle in die Tasche hineinragen, entlädt es sich durch diese in Form großer Gasblasen. Diese können ihren Weg nach oben durch alle darüber befindlichen weiteren Taschen nehmen. Es wird hierdurch vermieden, daß sich eine sehr dichte Emulsion des Elektrolyten mit feinen Gasbläschen bildet, die nicht nur zum Schäumen neigt, sondern auch leicht wieder nach außen gelangt und infolge ihrer geringen elektrischen Leitfähigkeit - den Widerstand der Zelle erhöht. Da die Gasmenge naturgemäß von unten nach oben zunimmt, so kann es zweckmäßig sein, Zahl oder Querschnitt der Kanäle in den oberen Taschen gegenüber den unteren zu vergrößern. In manchen Fällen erscheint es zweckmäßig, die großen Gasblasen an den oberen Taschen vorbei, zwischen oder hinter ihnen oder durch sie selbst hindurchzuleiten, sei es durch besondere Rohre oder Kanäle, sei es einfach in den Zwischenräumen zwischen den Taschen, oder sie durch längere Verbindungskanäle durch mehrere Taschen hindurch unmittelbar in die obersten oder auch durch diese hindurch bis zur Austrittsstelle des Gases zu leiten (s. z. B. Abb. 7).

Bei der Gasabgabe aus den Sammelräumen jeder Tasche werden von den Gasblasen auch größere Mengen des Elektrolyten der betreffenden Tasche mitgerissen. Der in dieser entstehende Unterdruck bewirkt sofortigen Ersatz durch Nachsaugen von Elektrolytflüssigkeit aus anderen Taschen, wodurch eine Durchmischung des Elektrolyten zwischen den einzelnen Taschen stattfindet. Um diesen Ersatz zu ermöglichen, ist es zweckmäßig, für die Klektrolytströmungen besonders geeignete Kanäle oder Rohre passend geformten Querschnitts einzubauen (z. B. / und g in Abb. 2).

Derartige Kanäle oder Rohre müssen nicht unbedingt zwei vertikal benachbarte Taschen miteinander verbinden. Es kann auch zweckmäßig sein, in vertikaler Richtung weiter auseinanderliegende Taschen an die Kanäle / und g anzuschließen, die in diesem Falle zwischen oder hinter den Taschen oder durch die benachbarten Taschen hindurchgeführt werden können (beispielsweisem in Abb. 7).

Durch zweckmäßige Anordnung und Dimensionierung aller Kanäle oder Rohrleitungen wird erreicht, daß aus jeder Tasche nur sehr geringe Mengen der Emulsion feiner Gasbläschen mit der Elektrolytflüssigkeit in die übrigen darüber oder darunter befindliehen Taschen gelangen. Ferner wird dauernder Umlauf des Elektrolyten erzielt, der alle Taschen umfaßt und zum Konzentrationsaustausch zwischen den Taschen sehr wesentlich beiträgt.

Den Konzentrationsaustausch zwischen dem Anolyten und dem Katholyten kann man dadurch fördern, daß man die einem Diaphragma zugeordneten Anoden- und Kathodentaschen gegenseitig in vertikaler Richtung _go verschoben anordnet.

Die obersten Taschen können als Hauptgassammelraum d (z. B. Abb. 2 und 4) ausgebildet werden. Der obere Teil ihrer Vorderwand wird zu diesem Behufe undurchlässig gebaut. :

Der Vorteil der geschilderten Anordnung besteht darin, daß nahezu beliebig große Leistungen durch Zusammenstellen einer entsprechenden Anzahl von Taschen in vertikaler und horizontaler Richtung zu einer Einheit vereinigt werden können, ohne. daß anderweitige Nachteile in Kauf genommen werden müßten, wie dies bei anderen Zellen der Fall ist, wenn man einfach deren Dimensionen

vergrößern wollte.

In der Ausführung des angegebenen Erfindungsgedankens ergeben sich die verschiedensten Möglichkeiten.

Anstatt einer Schicht von Taschen können no ; zwei in zwei Ebenen angeordnete Schichten , mit den Rückseiten gegeneinandergestellt werden (Abb. 3 und 4), so daß man eine doppelseitig wirkende Elektrode erhält (z. B. ; Abb. 4 und 7).

Diese kann sowohl als Unipolarelektrode ^: wie als Bipolarelektrode verwendet werden. In letzterem Falle muß bei der Zusammenstellung der Taschen dafür Sorge getragen werden, daß die Elektrode auch eine Trennung des Elektrolyten und der Gase der beiden benachbarten Abteilungen bewirkt,

wozu gegebenenfalls Abdichtungen k (Abb. 7) zwischen den Taschen vorzusehen sind.

Die Taschen einer Elektrode können alle oder gruppenweise aus einem Stück oder wenigen Einzelstücken hergestellt werden; z. B. kann dies durch Guß geschehen, wobei zweckmäßig die Vorderwände aus perforiertem Blech o. dgl. nachher metallisch leitend aufgesetzt werden. Bei dieser Herstellung aus einem Stück ist gleichzeitig die Aufgabe der metallischen Verbindung der Vorderwände mit dem Pol ohne weiteres gelöst.

Bei Bipolarelektroden können auch gleich die Trennwände zwischen den einzelnen nebeneinandergestellten Taschen mit dem Rahmen aus einem Stück bestehen. Doppelseitig wirkende Unipolarelektroden (z. B. ι Abb. 5 und 6) können auch aus nur einer Schicht von Taschen bestehen, indem bei den einzelnen Taschen α (Abb. 1) die Rückwand ■wie die Vorderwand mit öffnungen versehen wird (Abb. 5), durch welche die Gase in den Taschenraum eintreten können.

Die Anordnung kann ferner auch so ausgebildet werden, daß alle Taschen von einer ''gemeinsamen Wandung umschlossen werden, -so daß die Elektrode aus einer großen Kammer besteht, die im Innern durch Horizontaloder Vertikalwände oder beides in eine Anzahl von Taschen aufgeteilt ist. Die horizontal angeordneten Trennwände sind, wie oben beschrieben, mit Gasabführungsrohren oder -kanälen in der Weise versehen, daß Gassammeiräume gebildet werden, und ebenso ^rkönnen Flüssigkeitsleitungen zu dem er-'.wähnten Zweck vorgesehen sein, genau wie wenn besondere getrennte Taschen verwendet werden. Eine beispielsweise Ausführungsform dieser Art wird in Abb. 6, die keiner weiteren Erläuterung bedarf, veranschaulicht. Das verbrauchte Wasser kann durch automatische Vorrichtungen ersetzt werden, derart, daß eine bestimmte Flüssigkeitsmenge in "jeder Zelle erhalten bleibt.

Ι·; Zur Kühlung, die bei großen Leistungen notwendig werden kann, tEb'nnen in oder zwischen einigen Taschen Hohlräume in beliebiger Form vorgesehen werden, die von dem Elektrolyten vollständig getrennt sind und ein flüssiges Kühlmittel aufnehmen.

Claims (9)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Elektrode für elektrolytische Gasentwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Anzahl von in einer oder mehreren Reihen übereinander angeordneten Taschen besteht, deren elektrolytisch wirksame Wand aus einem geeigneten metallisch leitenden Material in gasdurchlässiger Weise gebildet ist, wobei mehrere oder alle Taschen einer Vertikalreihe durch Kanäle oder Rohre verbunden sind, die jeweils in den oberen Teil jeder Tasche etwas hineinragen.
2. 2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß übereinanderliegende Taschen miteinander außer durch die Gasaustauschkanäle oder -rohre nach Anspruch 1 noch durch besondere Kanäle oder Rohrstücke verbunden sind, durch die ein Elektrolytumlauf ermöglicht wird.
3. 3. Elektrode gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus zwei mit den Rückseiten gegeneinandergestellten Schichten von Taschen gebildet ist.
4. 4. Elektrode gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Bipolarelektrode verwendet wird und zu diesem Zweck mit undurchlässiger Trennwand versehen ist.
5. 5. Doppelseitig wirkende Unipolarelektrode gemäß Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Rückwand der Taschen wie die Vorderwand ausgebildet ist.
6. 6. Elektrode gemäß jedem der Ansprüche ι bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugeordneten Taschen der Anodenseite gegenüber den Taschen der Kathodenseite in vertikaler Richtung verschoben angeordnet sind.
7. 7. Elektrode nach jedem der Ansprüche ι bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die obersten Taschen als Hauptgassammelräume ausgebildet sind, indem ihre Wände im oberen Teile gasundurchlässig gebaut sind.
8. 8. Elektrode nach jedem der Ansprüche ι bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Taschen einer Elektrode sämtlich oder gruppen- oder paarweise aus einem Stück oder wenigen Einzelstücken hergestellt sind.
9. 9. Elektrode nach jedem der An-Sprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Diaphragma und der Elektrodevorderseite Trennstücke zur Gasführung oder bzw. und als Halt der Diaphragmen eingebaut sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.