DE4415146C2 - Electrode for electrolytic cells with an ion exchange membrane - Google Patents
Electrode for electrolytic cells with an ion exchange membraneInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine flächige Elektrode für gaserzeugende Prozesse, insbesondere für die elektrolytische Erzeugung von Alkalilauge, Chlor und Wasserstoff mittels Ionenaustauscher-Membranzellen.The invention relates to a flat electrode for gas-generating processes, in particular for the electrolytic generation of alkali, chlorine and hydrogen by means of Ion exchange membrane cells.
Bei der elektrolytischen Erzeugung von Chlor und Wasserstoff werden wäßrige Alkalichloridlösungen, wie z. B. Lösungen von Natriumchlorid NaCl bzw. Kaliumchlorid KCl als Rohstoff eingesetzt. In der Elektrolysezelle entstehen aus der Alkalichloridlösung unter dem Einfluß des elektrolytischen Stromes Wasserstoff und Chlor als Gase und wäßrige Alkalilauge, also beispielsweise Natronlauge NaOH bzw. Kalilauge KOH.In the electrolytic production of chlorine and hydrogen, aqueous ones become Alkali chloride solutions, such as. B. Solutions of sodium chloride NaCl or potassium chloride KCl used as a raw material. In the electrolytic cell, the alkali chloride solution the influence of the electrolytic current hydrogen and chlorine as gases and aqueous Alkaline solution, for example sodium hydroxide solution NaOH or potassium hydroxide solution KOH.
In der Elektrolysezelle werden zur räumlichen Trennung des Chlors von Lauge und Wasserstoff aus perfluorierten Kohlenwasserstoffen hergestellte Ionenaustauscher- Membranen eingesetzt.In the electrolysis cell, the chlorine is separated from lye and Hydrogen ion exchangers made from perfluorinated hydrocarbons Membranes used.
Elektrolysezellen, die mit Ionenaustauscher-Membranen ausgestattet sind, werden zur Unterscheidung von anderen Zellenbauformen wie z. B. der Diaphragmazelle oder der Amalgamzelle als Membranzellen bezeichnet.Electrolysis cells equipped with ion exchange membranes become Differentiation from other cell types such. B. the diaphragm cell or Amalgam cell called membrane cells.
In der Membranzelle werden mittels der vertikal und flächig aufgespannten Ionenaustauscher-Membran zwei flüssigkeitsführende Räume voneinander getrennt. Im Katholyt führenden Raum ist parallel zur Membran eine flächige, als Kathode wirkende Elektrode angeordnet, spiegelbildlich dazu angeordnet enthält der Anolyt führende Raum die Anode. In the membrane cell are stretched vertically and flat Ion exchange membrane separates two liquid-carrying rooms from each other. in the The space carrying the catholyte is a flat area that acts as a cathode parallel to the membrane Arranged, arranged in mirror image, the anolyte-containing space contains the Anode.
Ein besonderes Merkmal dieser Zellen ist die Tatsache, daß die zwischen der Anode und der Kathode angeordnete Ionenaustauschermembran infolge der höheren Dichte der Katholytflüssigkeit (z. B. Natronlauge) gegenüber der der Anolytflüssigkeit (z. B. NaCl- Lösung) gegen die gesamte Oberfläche der Anode gedrückt wird. Da während der Elektrolyse an dieser Oberfläche die Umsetzung der Chlorionen in gasförmiges Chlor erfolgt, ist es notwendig, durch entsprechende Perforierung und Profilierung die gesamte Anode so zu gestalten, daß nur ein geringer Teil ihrer Oberfläche durch die Auflage der Membran abgedeckt wird, die Chlorblasen sich leicht von der Oberfläche lösen können und das Umströmen der von der Membran abgedeckten Teilflächen mit frischem Anolyten möglichst wenig behindert wird.A special feature of these cells is the fact that between the anode and arranged ion exchange membrane due to the higher density of the Catholyte liquid (e.g. sodium hydroxide solution) compared to that of the anolyte liquid (e.g. NaCl Solution) is pressed against the entire surface of the anode. Because during the Electrolysis on this surface the chlorine ions are converted into gaseous chlorine, it is necessary to perforate and profile the entire anode accordingly to shape that only a small part of its surface due to the support of the membrane is covered, the chlorine bubbles can easily detach from the surface and that Flow around the partial areas covered by the membrane with fresh anolyte if possible little is hindered.
Üblicherweise werden solche Elektroden aus geschlitzten und zu Streckmetall geformten Blechen hergestellt. Eine andere Möglichkeit ist die in EP 0095039 beschriebene Elektrodenform mit horizontalen lamellenförmigen Gitterstäben in jalousieartiger Anordnung.Such electrodes are usually made of slotted and formed into expanded metal Sheets made. Another possibility is that described in EP 0095039 Electrode shape with horizontal lamellar bars in a louver-like arrangement.
In beiden Fällen werden die Gasblasen durch die zahlreichen Schlitze in der Elektrode durch den natürlichen Auftrieb von der Elektrodenfläche entfernt und aus dem Elektrolyten ausgetrieben. Jedoch läßt es sich bei beiden Elektrodenformen nicht verhindern, daß der Gasblasenanteil, der unmittelbar an den Unterkanten der einzelnen Elektrodenstege entsteht, wegen des Fehlens eines vertikalen Austritts dort stagniert, wie es in Fig. 3 dargestellt ist.In both cases, the gas bubbles are removed by the numerous slits in the electrode due to the natural buoyancy from the electrode surface and expelled from the electrolyte. However, it cannot be prevented in the case of both electrode shapes that the portion of gas bubbles which is formed directly at the lower edges of the individual electrode webs stagnates there, as is shown in FIG. 3, due to the absence of a vertical outlet.
Besagte EP 0 095 039 ist eine europäische Patentschrift der Anmelderin. Darin sind Jalousie-Elektroden dargestellt, deren lamellenförmige horizontale Gitterstäbe Quereinbuchtungen an der konvexen Wölbung aufweisen, um die sich bildenden gasförmigen Elektrolyseprodukte nach oben abzuführen. Die vorliegende Erfindung verbessert die Gasabfuhr bei dem Elektrodentyp. Ein Hinweis, daß diese Verbesserung mittels das Lamellenblech durchsetzender Löcher geschehen könnte, ist in EP 0 095 039 nicht enthalten.Said EP 0 095 039 is a European patent specification of the applicant. In this Venetian blind electrodes are shown, their lamellar horizontal Lattice bars have transverse indentations on the convex curvature around which dissipating gaseous electrolysis products upwards. The The present invention improves gas removal in the electrode type. On Notice that this improvement by means of penetrating the lamellar plate Holes could happen is not contained in EP 0 095 039.
Die Patentschrift US 5,114,547 befaßt sich mit Elektrolyse-Elektroden, bei denen in der der Membran zugewandten Oberfläche mindestens ein zentraler, vertikaler Zirkulationskanal eingeprägt ist und zusätzliche, nach oben gerichtete Kanäle, die in Form eines Fischgrätmusters angeordnet sind, in dieser Oberfläche eingeprägt sind. Diese nach oben gerichteten Kanäle sind unter einem Winkel von weniger als 90° gegen die Horizontale geneigt und verbinden jeweils zwei Zirkulationskanäle.The patent US 5,114,547 deals with electrolysis electrodes in which at least one central, vertical one in the surface facing the membrane Circulation channel is stamped and additional, upward-facing channels that are arranged in the form of a herringbone pattern, embossed in this surface are. These upward channels are at an angle of less inclined at 90 ° to the horizontal and connect two each Circulation channels.
In dieser Schrift US 5,144,547 wird in Fig. 6 eine Jalousie-Elektrode mit horizontal angeordneten plattenförmigen Rippen gezeigt (eine sog. "venetian-blind-type electrode"). Jede der plattenförmigen Rippen ist geneigt (Spalte 5, Zeile 30). Auf der Oberfläche jeder plattenförmigen Rippe ist eine Mehrzahl der Einprägungen (Zirkulationskanäle mit zugeordneten, nach oben gerichteten Kanälen in Fischgrätmusteranordnung) nebeneinander angeordnet. Diese Jalousie-Elektrode wird in Membranzellen eingesetzt (Spalte 3, Zeile 58 bis Spalte 4, Zeile 6). Die in die Rippe durch die Prägung eingeformte Wand des Zirkulationskanals ist zur rückwärtigen, der Membran abgewandten Seite hin mittels Bohrungen und Schlitzen durchbrochen. Diese in US 5,144,547 beschriebene Jalousie-Elektrode löst die Aufgabe, die im Spalt zwischen Membran und Elektrodenoberfläche entstehenden Gasblasen abzuführen und die Zirkulation des Elektrolyten zu erhöhen (Spalte 2, Zeile 21 bis 37).In this document US Pat. No. 5,144,547, a venetian blind electrode with horizontal is shown in FIG arranged plate-shaped ribs shown (a so-called "venetian-blind-type electrode "). Each of the plate-shaped ribs is inclined (column 5, line 30) the surface of each plate-shaped rib is a plurality of impressions (Circulation channels with assigned upward channels in Herringbone pattern arrangement) arranged side by side. This blind electrode is used in membrane cells (column 3, line 58 to column 4, line 6). In the the rib formed by the embossed wall of the circulation channel is for rear side facing away from the membrane by means of bores and Slits broken. This Venetian blind electrode described in US 5,144,547 solves the task in the gap between the membrane and the electrode surface evacuating gas bubbles and the circulation of the electrolyte increase (column 2, lines 21 to 37).
Dies wird dadurch erreicht, daß eine Kanäle bildende Microstruktur in der der Membrane zugekehrten Oberfläche vertiefend eingeprägt ist, die so bemessen ist, daß die auf der Oberfläche aufliegende dünne Membrane nur in dem Maße sich in die eingeprägten Kanäle hinein einbeult, daß der Gasabzug durch die eingebaute Membran nicht behindert wird (Spalte 2, Zeile 53 bis 61).This is achieved in that a microstructure forming channels in the Membrane facing surface is deeply embossed, which is dimensioned so that the thin membrane lying on the surface only changes to the extent dented into the embossed channels that the gas discharge through the built-in membrane is not hindered (column 2, lines 53 to 61).
In US 5,144,547 wird jedoch kein Hinweis gegeben, Jalousie-Elektroden mit lamellenförmigen horizontalen Gitterstäben auszustatten, bei denen in die Gitterstäbe in regelmäßigen Abständen an der der Membran zugewandten Seite Quereinbuchtungen eingebracht sind und bei denen die Gitterstäbe das Lamellenblech durchsetzende Löcher aufweisen. Ein solcher Hinweis ergäbe auch keinen Sinn, weil bei der in US 5,144,547 gezeigten Ausführung der Elektrode gemäß Fig. 6 die Membrane weitgehend auf den plattenförmigen Rippen aufliegt und die die Rippe durchsetzenden Löcher abdecken würde und den Durchtritt des Elektrolyten absperren würde.In US 5,144,547, however, no indication is given to use blind electrodes equip lamellar horizontal bars in which in the Lattice bars at regular intervals on the side facing the membrane Cross recesses are introduced and in which the bars Have holes penetrating the lamella sheet. Such an indication would result also no sense, because in the embodiment shown in US 5,144,547 6, the membrane largely on the plate-shaped Ribs rests and would cover the holes passing through the rib and would block the passage of the electrolyte.
Fig. 2 zeigt in einer perspektivisch auseinandergezogenen Darstellung einen Ausschnitt einer Elektrolysezelle mit einer Anodenplatte 1, einer Kathodenplatte 2, dazwischenliegender Ionenaustauschermembran 3 und Dichtrahmen 4. Anoden und Kathoden bestehen aus horizontalen lamellenförmigen Gitterstäben 5. In Fig. 2 ist der Ausschnitt A markiert. Der Ausschnitt A wird in Fig. 3 vergrößert wiedergegeben. Zur besseren Kenntlichmachung der Gasblasenstagnation ist in Fig. 2 der Ausschnitt A als ein Teil des Anoden/Membranbereichs vergrößert dargestellt mit den Gasstaubereichen 6 an den Unterkanten der Gitterstäbe 5. Fig. 2 shows a detail in a perspective exploded drawing of an electrolytic cell having an anode plate 1, a cathode plate 2, intermediate ion exchange membrane 3 and the sealing frame 4. Anodes and cathodes consist of horizontal lamellar bars 5 . Section A is marked in FIG. 2. Section A is shown enlarged in FIG. 3. For better identification of the gas bubble stagnation, section A is shown enlarged in FIG. 2 as part of the anode / membrane area with the gas accumulation areas 6 on the lower edges of the bars 5 .
Dieser Gasstau stellt sich bei geschlitzten Elektrodenplatten praktisch überall an den in den Elektrolyten hineinragenden Unterkanten der Platten ein, wodurch die angrenzenden Teile der Elektrodenfläche vom Stromdurchgang isoliert werden. Als Folge davon erhöht sich in den nicht isolierten Flächenteilen die Stromdichte und damit zwangsläufig die Zellenspannung und der Stromverbrauch der Elektrolysezelle. Weiterhin wird durch die höhere lokale Stromdichte die Membran an diesen Stellen stärker beansprucht. Wegen dieser ungünstigen Gasstaubildung sind solche Elektrolysezellen im allgemeinen auf maximale Strombelastungen von etwa 3 bis 4 kA/m2 begrenzt. Höhere Belastungen führen zu unwirtschaftlich hohem Stromverbrauch und zu vorzeitigem Verschleiß der Membranen durch Bildung zahlreicher lokaler Fehlstellen.This gas jam occurs almost everywhere in the slotted electrode plates Electrolyte protruding lower edges of the plates, causing the adjacent parts the electrode surface from the continuity. As a result, increases in the non-insulated surface parts the current density and thus inevitably the Cell voltage and the current consumption of the electrolytic cell. Furthermore, the higher local current density places more stress on the membrane at these points. Because of Such unfavorable gas dust formation is generally due to such electrolysis cells maximum current loads of about 3 to 4 kA / m2 limited. Carry higher loads to uneconomically high power consumption and premature wear of the membranes through the formation of numerous local defects.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Membranelektrolysezelle für gasbildende Prozesse vorzusehen, bei der durch die besondere Form der Elektroden ein Gasstau an den Elektrodenschlitzen vermieden wird. Solche Zellen zeichnen sich dadurch aus, daß sie im Vergleich zu bekannten Konstruktionen einen geringeren spezifischen Stromverbrauch besitzen und den Strom sehr gleichmäßig über die Elektroden- und Membranflächen verteilen, was sich sowohl günstig auf die Standzeit der Membranen als auch auf die der Elektroden auswirkt, besonders dann, wenn, wie z. B. bei der Chloralkali- Elektrolyse, die Elektrodenoberflächen mit Edelmetallbeschichtungen versehen sind.The invention is therefore based on the object of a membrane electrolysis cell to provide gas-forming processes, due to the special shape of the electrodes Gas jam at the electrode slots is avoided. Such cells are characterized by this from that they have a lower specific compared to known constructions Have power consumption and the current very evenly across the electrodes and Distribute membrane areas, which is both beneficial to the service life of the membranes also affects the electrodes, especially if, such as. B. in the chloralkali Electrolysis, the electrode surfaces are provided with precious metal coatings.
In der Patentschrift EP 0 095 039 wird bereits auf die Problematik der Gasstaubildung zwischen der Membran und der Anodenoberfläche hingewiesen und es wird vorgeschlagen, durch Quereinbuchtungen in den horizontalen Gitterstäben die Gasabfuhr zu verbessern. Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, daß sich solche Einbuchtungen beim Stanzvorgang der Anodenbleche nur bis zu einer Tiefe von etwa 0,3 mm herstellen lassen. Eine ausreichende Wirkung der Einbuchtungen ist deshalb auf geringe Stromdichten bis etwa 2 kA/m2 beschränkt. Bei höheren Stromdichten sind die Einbuchtungen dagegen praktisch wirkungslos. Aus Beobachtungen an mit Schaugläsern ausgestatteten Zellenelementen konnte festgestellt werden, daß bei höheren Stromdichten und entsprechend höherer Chlorproduktion die Gasblasen bis auf Durchmesser von über 1 mm anwachsen, bevor sie sich von der Anodenoberfläche ablösen. Wegen des begrenzten freien Querschnitts der Einbuchtungen können diese Gasblasen die Einbuchtungen nicht passieren und bilden den oben beschriebenen Gasstau.The patent EP 0 095 039 already addresses the problem of gas dust formation between the membrane and the anode surface and it is suggested to improve gas discharge through transverse indentations in the horizontal bars. The Experience has shown, however, that such indentations occur during the punching process Have anode sheets only made to a depth of about 0.3 mm. Adequate The effect of the indentations is therefore on low current densities up to about 2 kA / m2 limited. In contrast, the indentations are practical at higher current densities ineffective. From observations on cell elements equipped with sight glasses it was found that at higher current densities and correspondingly higher Before production of chlorine, the gas bubbles grow to a diameter of over 1 mm they detach from the anode surface. Because of the limited free cross section of the These gas bubbles cannot pass through the indentations and form the indentations gas jam described above.
Überraschendenweise wurde nun gefunden, daß dieses Gasblasenwachstum erheblich verringert werden kann, wenn in den horizontalen, lamellenförmigen Gitterstäben der plattenförmigen Anode in Kombination mit den Einbuchtungen in der Fluchtlinie der horizontalen Lamellen eine Reihe von gleichartig ausgerichteten Löchern vorhanden ist und diese Löcher das Lamellenblech völlig durchdringen. Es wurde beobachtet, daß bei einer solchen Gestaltung der Anodenlamellen selbst bei Stromdichten von 6 kA/m2 das Chlorgas in feinen Blasen durch die einzelnen Einbuchtungen ausströmte und sich kein Gasstau an den Unterkanten der Lamellen bildete.Surprisingly, it has now been found that this gas bubble growth is considerable can be reduced if in the horizontal, lamellar bars plate-shaped anode in combination with the indentations in the line of alignment of the horizontal slats there is a series of similarly aligned holes and these holes completely penetrate the lamella sheet. It has been observed that in one such design of the anode fins even at current densities of 6 kA / m2 the chlorine gas flowed in fine bubbles through the individual indentations and there was no gas jam formed the lower edges of the slats.
Um diese vorteilhafte Wirkung zu erzielen, werden in Membranzellen für gaserzeugende elektrolytische Prozesse die Elektroden, die die Ionenaustauscher-Membran berühren, als erfindungsgemäß gestaltete Elektroden ausgeführt. Dies sind dann flächige Elektroden mit lamellenförmigen horizontalen Gitterstäben, bei denen in die Gitterstäbe in regelmäßigen Abständen an der Membran zugewandten Seite Quereinbuchtungen eingebracht sind und bei denen die Gitterstäbe das Lamellenblech durchsetzende Löcher aufweisen.To achieve this beneficial effect, membrane cells are used for gas generators electrolytic processes as the electrodes that touch the ion exchange membrane electrodes designed according to the invention. These are flat electrodes lamellar horizontal bars, in which the bars in regular Distances are introduced on the side facing the diaphragm and in which the bars have holes penetrating the lamella sheet.
In einer besonders wirksamen Ausgestaltung der Elektrode sind die Löcher auf den unteren Schenkeln der lamellenförmigen Gitterstäbe angeordnet.In a particularly effective embodiment of the electrode, the holes are on the lower ones Legs of the lamellar bars arranged.
Eine weitere, die geregelte Gasabfuhr fördernde Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Löcher lediglich Durchmesser von 1,5 bis 2 mm besitzen. Überraschenderweise begünstigen diese Durchmesser den Durchtritt des Elektrolyten, sind aber sperrend hinsichtlich der Gasblasen. Another embodiment of the invention that promotes regulated gas removal provides that the holes only have a diameter of 1.5 to 2 mm. Surprisingly These diameters favor the passage of the electrolyte, but are blocking regarding the gas bubbles.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, den horizontalen Abstand der Löcher auf den Bereich von 3 bis 6 mm zu begrenzen. Bei diesen Abständen ist die horizontal gerichtete Ableitung der Gasblasen zu den Quereinbuchtungen besonders effektiv.Another embodiment of the invention provides for the horizontal spacing of the holes limit the range from 3 to 6 mm. At these distances it is horizontal Directed drainage of the gas bubbles to the transverse indentations is particularly effective.
Eine andere Ausbildung der Erfindung sieht vor, daß der Abstand der Löcher der gleiche ist, wie der Abstand der Quereinbuchtungen.Another embodiment of the invention provides that the distance between the holes is the same, like the distance of the transverse indentations.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind Löcher innerhalb der Quereinbuchtungen angeordnet.In one embodiment of the invention, there are holes within the transverse indentations arranged.
Eine Verwendung der erfindungsgemäßen Elektroden sieht vor, sie als Anoden in Ionenaustauscher-Membranzellen für die elektrolytische Herstellung von Alkalilauge, Chlor und Wasserstoff zu nutzen, eine andere Verwendung der erfindungsgemäßen Elektroden ist als Kathode in den gleichartigen Zellen vorgesehen.One use of the electrodes according to the invention provides that they are used as anodes Ion exchange membrane cells for the electrolytic production of alkali lye, chlorine and using hydrogen is another use of the electrodes according to the invention provided as a cathode in the cells of the same type.
Fig. 1 zeigt eine beispielhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Form der lamellenförmigen Gitterstäbe. In jeder der horizontal angeordneten Lamellen 5 der Anodenplatte 1 befinden sich in regelmäßigen Abständen quer zur Lamellenachse Einbuchtungen 7. Des weiteren sind die Lamellen in regelmäßigen Abständen mit Löchern 8 versehen, die die Lamellen im unteren Schenkelbereich durchdringen. Diese Anordnung bewirkt offensichtlich, daß durch die Löcher 8 ständig Elektrolyt in den Gasstaubereich strömen kann, und der Elektrolyt für einen Druckausgleich auf den Vorder- und Rückseiten der Lamellen sorgt und durch diese hydraulische Wirkung die Gasblasenablösung beschleunigt. Fig. 1 shows an exemplary embodiment of the shape of the lamellar bars according to the invention. In each of the horizontally arranged fins 5 of the anode plate 1 there are indentations 7 at regular intervals transverse to the finned axis. Furthermore, the slats are provided at regular intervals with holes 8 which penetrate the slats in the lower leg area. This arrangement obviously causes the electrolyte to flow continuously through the holes 8 into the gas accumulation area, and the electrolyte ensures pressure equalization on the front and rear sides of the lamellae and accelerates the gas bubble detachment through this hydraulic action.
Besonders günstige Ergebnisse wurden erzielt, wenn der Abstand zwischen den Löchern ebenso wie der Abstand zwischen den Einbuchtungen gleichmäßig und verhältnismäßig klein ist, beispielsweise etwa 3 bis 6 mm. Die folgende Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse eines Versuchs mit vier baugleichen Membranzellenelementen, die sich nur durch die Gestaltung der Anodenlamellen wie folgt unterschieden:Particularly favorable results were achieved when the distance between the holes as well as the distance between the indentations evenly and proportionally is small, for example about 3 to 6 mm. The following Table 1 shows the results of one Experiment with four structurally identical membrane cell elements, which can only be distinguished by the design the anode fins as follows:
Element 1: Lamellen ohne Einbuchtungen und ohne Löcher
Element 2: Lamellen mit Einbuchtungen
Element 3: Lamellen mit Löchern
Element 4: Lamellen mit Löchern und mit Einbuchtungen.Element 1: slats without indentations and without holes
Element 2: slats with indentations
Element 3: slats with holes
Element 4: slats with holes and with indentations.
Alle 4 Elemente wurden gemeinsam in einem bipolaren Elektrolyseur bei einer Belastung von 4 kA/m2 und unter ständig gleichen Betriebsbedingungen über einen Zeitraum von 46 Tagen untersucht. In allen Elementen waren gleiche Ionenaustauschermembranen (Typ Nafion 90209) eingesetzt. Zur Beschleunigung der Bildung von Fehlstellen (sogenannten Blistern) in den Membranen wurde - neben der hohen Stromdichte - durch entsprechende Regelung der Gasdrücke Wasserstoff/Chlor ein extrem hoher Differenzdruck von 6000 Pa zwischen Katholyt und Anolyt eingestellt, wodurch die Membranen anomal stark gegen die Anodenoberflächen gepreßt wurden.All 4 elements were put together in a bipolar electrolyzer under one load of 4 kA / m2 and under the same operating conditions over a period of 46 Days examined. The same ion exchange membranes (type Nafion 90209). To accelerate the formation of defects (so-called Blister) in the membranes was - in addition to the high current density - by appropriate Regulation of the gas pressures hydrogen / chlorine an extremely high differential pressure of 6000 Pa between catholyte and anolyte, which makes the membranes abnormally strong against the Anode surfaces were pressed.
Aus dem Vergleich ist ersichtlich, daß nur das mit der erfindungsgemäßen Elektrode ausgerüstete Element 4 den Beschleunigungstest ohne Spannungszunahme und ohne Blisterbildung überstanden hat. Außerdem ist bei diesem Element die Zellenspannung von Beginn an niedriger als bei allen anderen, was auf eine sehr gleichmäßige Stromverteilung und sehr kurze Stromwege über die gesamte Elektrodenfläche schließen läßt. Im Gegensatz dazu zeigt das Element 1 mit bekannter Anodenstruktur eine um 60 mV höhere Anfangsspannung und einen weiteren Spannungsanstieg von 50 mV im Laufe des Versuchs, der offensichtlich auf die während des Versuchs entstandenen Blister zurückzuführen ist.From the comparison it can be seen that only that with the electrode according to the invention equipped element 4 the acceleration test without voltage increase and without Survived blistering. In addition, the cell voltage of this element is Start on lower than everyone else, indicating a very even current distribution and can close very short current paths over the entire electrode area. In contrast Element 1 with a known anode structure shows a 60 mV higher one Initial voltage and a further voltage increase of 50 mV in the course of Experiment, which is obviously on the blister formed during the experiment is due.
Die Versuchsergebnisse von Element 2 unterscheiden sich nur unwesentlich von denen des Elementes 1. Dieses Resultat bestätigt die Beobachtung, daß bei höheren Stromdichten die dort vorhandenen Lamelleneinbuchtungen allein praktisch wirkungslos bleiben.The test results of element 2 differ only slightly from those of the Element 1. This result confirms the observation that at higher current densities the the lamella indentations there remain practically ineffective.
Bei Element 3 zeigte die Membran nach dem Versuch zwar nur geringe Blisterbildung, dagegen lag aber die Zellenspannung wesentlich höher als bei den anderen Elementen. Hier haben offensichtlich die in einem sehr engen Abstand von nur 1 mm angeordneten Löcher in den Lamellen die lokalen Stromlinienfelder zwischen Anode und Membran ungünstig verschoben und damit den mittleren Stromweg im Vergleich zu einer nicht gelochten Lamelle entsprechend erhöht.In element 3, the membrane showed only slight blister formation after the test, however, the cell voltage was much higher than that of the other elements. Here, obviously, they are arranged at a very narrow distance of only 1 mm Holes in the fins the local streamline fields between the anode and membrane unfavorably shifted and thus the average current path compared to one not perforated slat increased accordingly.
Der Versuch macht somit deutlich, daß nur durch die erfindungsgemäße Kombination einer Reihe von Quereinbuchtungen mit einer Reihe von Löchern in Achsrichtung der Elektrodenlamellen eine Verringerung der Zellenspannung, eine gleichmäßigere Stromverteilung über die gesamte Elektrodenfläche und damit auch eine geringere Belastung der Membranen erreicht werden kann. Ferner ist ersichtlich , daß diese Verbesserungen wesentlich von der richtigen Positionierung sowie von der Größe des freien Querschnitts und dem Abstand der Quereinbuchtungen und der Löcher voneinander abhängen.The experiment thus makes it clear that only the combination of the invention Row of transverse indentations with a row of holes in the axial direction of the Electrode fins reduce the cell voltage, a more uniform Current distribution over the entire electrode area and thus also a smaller one Loading of the membranes can be achieved. It can also be seen that this Improvements significantly from the correct positioning as well as from the size of the free Cross-section and the distance between the transverse indentations and the holes from each other depend.
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