DE563122C - Elektrolytische Zelle, insbesondere zur Druckelektrolyse von Wasser - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
3. NOVEMBER 1932

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JVi: 563 KLASSE 12i GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 30. Juni 1929 ab

Die Erfindung betrifft eine elektrolytische Zelle, insbesondere zur Druckelektrolyse von Wasser, deren Elektroden mit Durchbrechungen versehen und auf der der Gegenelektrode gegenüberstehenden Seite ganz oder teilweise isoliert sind. Nach der Erfindung sollen beide Elektroden oder eine davon, um gleichzeitig als Diaphragma zu wirken, mit Durchbrechungen durchsetzt sein, deren Gesamtfläche möglichst groß ist, deren Einzelquerschnitte aber möglichst klein sind.

Man kennt Elektroden für diesen Zweck mit Isolierung auf der Rückseite sowie Durchbrechungen, die aber nicht derart gestaltet waren, daß zugleich eine Wirkung als Diaphragma erreicht wurde. Es fehlte an der technischen Regel, die Durchbrechungen so zu gestalten, daß die einzelnen Durchbrechungen möglichst klein, die Gesamtfläche der Durchbrechungen aber möglichst groß ist. Man kennt ferner die Verwendung von Zwischenwänden als Diaphragma, die zwar teilweise durchlocht waren, jedoch in anderer Weise und zu anderem Zweck, und die keineswegs als Elektroden arbeiteten, also nicht als stromführende Teile anzusprechen waren, wie die Diaphragmenelektroden gemäß der Erfindung. Es wurde daher auch nicht der wesentliche Vorteil des Erfindungsgegen-Standes erreicht, daß das Erfordernis eines besonderen Raumes für das Diaphragma fortfällt durch Ausbildung beider Elektroden oder nur der Anode oder Kathode zugleich auch als Diaphragma.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Elektrode für die Zelle nach der Erfindung so hergestellt sein, daß das Grundmetall die Form eines sehr dünnen Netzes, Gewebes, fein gelochten Bleches oder galvanisch, hergestellten^ fein gelochten Abzuges hat. Auf dieses Grundmetall wird die isolierende Schicht (Lackschicht) oder auch eine Metallschicht, die eine höhere Polarisationsspannung wie das Grundmetall hat (z. B. eine andere Metallschicht, Oxydschicht) auf- ⁴S getragen. Hierbei muß dfe Differenz der Polarisationsspannung des Grundmetalls und des Überzuges größer sein als der Spannungsabfall des Stromes auf dem Wege von der Rückseite der einen Elektrode durch die Durchbrechungen auf die Rückseite der zweiten Elektrode. Dadurch wird erreicht, daß der Strom immer auf der Rückseite arbeitet. Der Spannungsabfall ist für eine bestimmte Stromstärke um so kleiner, je dünner die Elektrode samt Überzug und je größer der Querschnitt der vielen einzelnen Unterbrechungen ist.

Sehr zweckmäßig ist es auch, wenn die Durchbrechungen in der Ansicht Formen

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

Dipl.-Ing. Hans Niederreither in München.

geometrischer Figuren zeigen, beispielsweise kreisförmige, quadratische, längliche usw.

Die Anfertigung der Elektrode aus sehr dünnen Blechen, z. B. aus galvanischen Nie-, derschlägen hergestellten, mit unendlich vielen Löchern versehenen Blechen, oder au? Netzen bringt den weiteren Vorteil, Elektroden aus edleren Metallen verwenden zu können.

ίο Weil der Querschnitt eines solchen dünnen Elektrodenbleches zur Einleitung des Stromes zu klein ist, auch wenn man den ganzen Umfangsrand verwenden würde; werden zur Übertragung des Stromes auf die Ekktroden bei Parallelschaltung besondere Bleche aus unedlem Metall mit Überzug aus edlem Metall angewendet, die an mehreren· Stellen mit der Elektrode in Kontakt stehen und dadurch den Strom gleichmäßig auf die Elekao trodenfläche verteilen.

Im folgenden seien einige Beispiele aufgezeichnet und zugleich der besondere Vorteil erwähnt:

Abb. ι zeigt die Anwendung der Diaphragrnenelektroden bei Hintereinanderschaltung, sogenannte Bipolarelektroden. Die Bleche a mit Ansätzen b sind die Stromzuführungsbleche für die Anoden A und Kathoden K. Die Überzüge oder Isolationen/ versperren dem Strom den Weg auf die Vorderseite der Elektroden.

Abb. 2 zeigt die Anwendung einer Diaphragmenelektrode, und zwar der Anode A bei Hintereinanderschaltung. Die Kathode K ist hier nicht durchbrochen, sondern als volles Blech ausgebildet. Diese Anordnung genügt für die Gasreinheiten zu manchen Zwecken.

Statt der Anode kann man die Kathode als Diaphragmenelektrode ausbilden. Die Wahl, ob man beide Elektroden oder nur die Kathode oder allein die Anode als Diaphragmenelektrode ausbildet, wird für jeden Einzelfall auf Grund von Überlegungen in bezug auf Billigkeit, Gasreinheit, Differenzen der Polarisationsspannungen, Elektrolytströmungen und Wärmeabfuhr getroffen.

Abb. 3 zeigt die Anordnung bei Parallelschaltung. Die Stromzuführungsbleche a mit den Ansatzblechen b übertragen den Strom nach beiden Selten entweder zu den Diaphragmenanoden A oder zu den Diaphragmenkathoden Jf. Da auf beiden Seiten der Stromzuführungsbleche die gleichen Gase entstehen, können die Stromzuführungsbleche Öffnungen besitzen; man kann daher die Ansätze & aus ihnen schneiden und aufbiegen (vgl. auch Abb. 5).

Abb. 4 zeigt die Anordnung von nur einer

Diaphragmenelektrode, und zwar der Kathode Jl bei Parallelschaltung. Auch diese Anordnung genügt, wie zu Abb. 2 ausgeführt wurde, in verschiedenen Fällen, gestaltet jedoch den Anlagepreis billiger.

Statt der Kathode kann man die Anode als Diaphragmenelektrode ausbilden. Die Wahl erfolgt nach den Gesichtspunkten, die zu Abb. 2 dargelegt wurden.

Die bei den verschiedenen Anordnungen notwendigen Stromzuführungsbleche können verschiedene Formen besitzen. Die Abb. 5 und 6 zeigen Beispiele. Diese Stromzuführungsbleche α können aus Wellblechen a" oder ebenen Blechen a' bestehen, die in geringen Abständen angeschweißte oder aufgebogene Leisten b tragen, von denen aus die Diaphragmenelektrode mit Strom versorgt wird. Die Wellen oder Leisten dieser Bleche sollen einen so geringen Abstand voneinander haben, daß der Strom in der Diaphragmenelektrode nur einen kurzen Weg zur arbeitenden Stelle zurückzulegen hat.

Man kann auch die Stromzuführungsbleche a, Wellen und Leisten zu der Diaphragmenelektrode so anordnen, daß sie Kanäle von dreieckigem, viereckigem oder rechteckigem Querschnitt bilden, welche der mit Gas durchsetzte Elektrolyt durchströmt.

Vorteile aller dieser Anordnungen: Wegfallen des Asbestdiaphragmas, das nur für niedrige Temperaturen beständig ist und durch die Gasströmung zerfasert wird, und hoher elektrischer Wirkungsgrad auch bei hohen Stromstärken durch Verkleinerung des Abstandes.

Der elektrische Wirkungsgrad wird weiter verbessert durch die Anordnung möglichst zahlreicher Durchbrechungen von möglichst geringem Durchmesser, durch die der mittlere Weg des Stromes im Elektrolyt verringert wird, wie aus Abb. 7 ersichtlich. Dort ist der Stromweg von der Rückseite c der einen Elektrode durch die Durchbrechungen e nach der Rückseite der zweiten Elektrode gezeigt.

Die Stromzuführungsbleche, Wellen und Leisten vergrößern bei hoher Stromstärke durch Mitarbeiten die Kapazität.

Ausführungsbeispiel

Man schlägt in einem Bade auf die gerasterte Matrize eine dünne Schicht Nickel nieder, wobei man darauf zu achten hat, daß der Abzug nicht so stark wird, daß sich einzelne Löcher zusetzen. Die Anzahl der Löcher wird vorteilhaft zwischen 4 und 36 Millionen pro ι m² gewählt,

Der Niederschlag wird dann vorsichtig von der Matrize abgezogen und auf der, einen Seite mit einer Isolierschicht versehen, indem man eine dünne Lackschicht aufspritzt oder den Abzug in ein Bad hängt, in welchem auf der nichtisolierten Fläche dann ein Oxydniederschlag aufgebracht wird.

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   ι. Elektrolytische Zelle, insbesondere zur Druckelektrolyse von Wasser, deren Elektroden mit Durchbrechungen versehen und auf der der Gegenelektrode gegenüberstehenden Seite ganz oder teilweise isoliert sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Zahl der Durchbrechungen, deren Einzelquerschnitte möglichst klein sind, zu der Gesamtfläche der Elektrode so gewählt wird, daß die Elektrode gleichzeitig als Diaphragma wirkt, derart, daß ein besonderes Diaphragma in Fortfall kommen kann.

   ■2. Elektrode für die Zelle nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmetall die Form eines sehr dünnen Netzes, Gewebes, fein gelochten Bleches oder galvanisch hergestellten,, fein gelochten Abzuges hat, auf das der ganz oder teilweise isolierende Überzug (Lackschicht, Oxydschicht, Metallschicht usw.) aufgetragen ist.

   3. Elektrode für die Zelle nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechungen in der Ansicht Formen geometrischer Figuren zeigen, beispielsweise kreisförmige, quadratische, längliehe usw.

   4. Elektrode für die Zelle nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei den verwendeten Stromstärken die Differenz der Polarisationsspannung des Grundmetalls und des andersartigen Überzuges mit höherer Polarisationsspannung (Metalle, Oxydschicht) größer ist als der Spannungsabfall des Stromes auf 1 dem Wege von der Rückseite (c) der einen ! Elektrode durch die Durchbrechungen (α) 4·ο : auf die Rückseite Ul) der zweiten Elek- ; trode,

   ! 5. Elektrode nach Anspruch 1, gekenn-

   i zeichnet durch die Ausbildung der Anode j (A), Kathode (A') oder beider als Diaj phragmenelektrode bei Hintereinander-, j Parallel- oder gruppenweiser Hinterein-I anderschaltung. ·

   \ 6. Elektrode nach Anspruch 1, gekenn-

   j zeichnet durch den Diaphragmenelektrodt'n ¹ (A, K) zugeordnete eigene Stromzufühj rungsbleche (a) zur Zuführung des Stroi nies.

   ! 7. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch

   j gekennzeichnet, daß die Stromzuführungsj bleche (a) aus Wellblechen (a") oder ebenen Blechen (a) bestehen, die in geringen Abständen angeschweißte oder aufgebogene Leisten (b) tragen, von denen aus die Diaphragmen elektrode mit Strom versorgt wird.

   8. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen oder Leisten einen so geringen Abstand voneinander haben, daß der Strom in der Diaphragmenelektrode nur einen kurzen Weg zur arbeitenden Stelle zurückzulegen hat.

   9. Elektrode nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch solche Anordnung der .Stromzuführungsbleche (α). Wellen und Leisten zu der Diaphragmenelektrode, daß sie Kanäle von dreieckigem, viereckigem oder rechteckigem Querschnitt bilden, welche der mit Gas durchsetzte Elektrolvt durchströmt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen