DE60302067T2 - Verteilerelement für elektrochemische zelle mit elektrolytperkolation - Google Patents

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Description

  • Viele industrielle Prozesse werden in elektrochemischen Zellen durchgeführt, wie beispielweise die Alkalichloridelektrolyse zur Herstellung von Chlorgas und Natronlauge oder Potasche, die Wasserelektrolyse, diese in erster Linie zur Herstellung von Wasserstoffgas, die Salzelektrolyse zur Gewinnung der entsprechenden Basen und Säuren, wie beispielsweise Natronlauge und Schwefelsäure aus Natriumsulfat, Metallisierung, in erster Linie mit Kupfer und Zink. Das inhärente Problem all dieser Prozesse ist der Verbrauch an elektrischer Energie, der üblicherweise einen beträchtlichen Teil der Gesamtherstellungskosten ausmacht. Da die Kosten an elektrischer Energie in allen geographischen Regionen eine konstante Wachstumstendenz zeigen, ist die Bedeutung einer Verringerung des Verbrauchs an elektrischer Energie in den oben beschriebenen elektrochemischen Prozessen offensichtlich.
  • Der Energieverbrauch eines elektrochemischen Prozesses hängt in erster Linie von der Zellspannung ab: Der Grund für die Bemühungen, durch Verwendung von katalytischeren Elektroden und durch Verringerung des Spannungsabfalls in der Zellstruktur selbst und in den Elektrolyten, beispielsweise durch Verringerung des Abstandes zwischen den Elektroden, eine Verbesserung des Zelldesign zu erreichen, liegen daher auf der Hand.
  • Obwohl im Folgenden wird in erster Linie auf die Alkalichloridelektrolyse Bezug genommen, die zweifellos von beträchtlicher industrieller Relevanz ist, versteht es sich aber, dass alles, was im Hinblick auf den Stand der Technik und auf die durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagenen Verbesserungen diskutiert werden wird, auf jeden Fall auch in anderen elektrochemischen Prozessen eingesetzt werden kann.
  • Im Fall eines herkömmlichen Alkalichloridprozesses wird eine Natriumchloridlösung, oder seltener eine Kaliumchloridlösung in eine Zelle geleitet, die eine Anode enthält, an der Chlorgas freigesetzt wird, während an der Kathode Wasserstoff freigesetzt wird, unter gleichzeitiger Bildung von Natriumhydroxid (Natronlauge-Kaliumhydroxid in Fällen, in denen Kaliumchlorid zur Verfügung gestellt wird). In den fortschrittlichsten Zellen wird die in der Nähe der Kathode vorhandene Natronlauge mittels einer kationischen Membran, die aus einem perfluorierten Polymer mit anionischen Gruppen, wie beispielsweise Sulfon- und/oder Carboxylgruppen, besteht, von der im anodischen Bereich vorhandenen Natriumchloridlösung getrennt. Derartige Membranen werden von mehreren Firmen hergestellt, wie beispielsweise von DuPont/USA, Asahi Glass und Asahi Chemicals/Japan. Für eine derartige Anordnung, die im Hinblick auf den Energieverbrauch bereits sehr interessant ist, wurden jedoch viele alternative Vorschläge gemacht, denen die Verwendung einer Gasdiffusionselektrode gemeinsam ist, speziell einer Kathode, die mit reinem Sauerstoff oder einem sauerstoffhaltigen Gemisch beschickt wird, wodurch die Wasserstofftreisetzungsreaktion unterdrückt und statt dessen die Reduktion des Sauerstoffs zu Wasser realisiert wird. Der Prozess wird dadurch depolarisiert, d.h. die elektrische Spannung wird deutlich verringert. In der Praxis beobachtet man beispielsweise, dass die Spannung einer herkömmlichen kationischen Membranzelle bei einer Stromdichte von 4 kA/m2 etwa 3 Volt beträgt, während diejenige einer unter den gleichen Betriebsbedingungen arbeitenden Zelle mit kationischer Membran und Sauerstoffkathode etwa 2–2,2 Volt beträgt. Man erkennt, dass dadurch eine Einsparung an elektrischer Energie von etwa 30% ermöglicht wird (die fehlende Erzeugung von Wasserstoff, der üblicherweise als Brennstoff verwendet wird, ist dabei von nachrangiger Bedeutung).
  • Die Verwendung von Gaselektroden zur Depolarisierung von elektrochemischen Prozessen ist offensichtlich nicht auf die Verwendung von Kathoden zur Alkalichloridelektrolyse begrenzt; es sind beispielsweise Prozesse zur Aufspaltung von neutralen Salzen in die entsprechenden Säuren und Basen bekannt, insbesondere für die Beseitigung von Salzen, die als Nebenprodukt von chemischen Prozessen entstehen, wobei man mit Wasserstoff gespeiste Gasdiffusionsanoden verwendet, was eine Unterdrückung der Sauerstofffreisetzungsreaktion erlaubt. Eine solche Ausführungsform ist in dem US-Patent 5,595,641 beschrieben. Die Verwendung von Gasdiffusionselektroden bei elektrochemischen Anwendungen ist andererseits nicht auf elektrolytische Prozesse im Allgemeinen begrenzt, wobei es an dieser Stelle ausreichen soll, deren weit verbreiteten Einsatz auf dem Gebiet der Brennstoffzellen zu erwähnen. Die schwierige industrielle Umsetzung von elektrochemischen Prozessen, bei denen Gasdiffusionselektroden eingesetzt werden, zeigt sich jedoch nachdrücklich am Beispiel der Alkalichloridelektrolyse, wo die empfindliche Kathodenstruktur in groß dimensionierten oder relativ hohen Zellen installiert wird und von einem aufwärts gerichteten Strom eines Elektrolyten mit hoher Dichte durchquert wird, wobei die Kathodenstruktur aus einem leitfähigen, porösen Träger besteht, auf den eine makroporöse Schicht aufgetragen wird, die aus einer Anordnung von durch ein Bindemittel stabilisierten elektrokatalytischen Partikeln besteht. Als Folge daraus führt die resultierende Druckhöhe zu gravierenden Flutungsproblemen und folglich zum Zugang von Sauerstoff zu den katalytischen Stellen. Damit man in der Lage ist, unter diesen Bedingungen mit groß dimensionierten Zellen (beispielsweise mit einer Höhe von mehr als 25–30 cm) arbeiten zu können, ist es folglich notwendig, Einrichtungen vorzusehen, welche in der Lage sind, die mit der Flüssigkeitssäule zusammenhängende Druckhöhe zu unterbrechen. Unter den verschiedenen, in der Vergangenheit vorgeschlagenen Lösungen besteht die einzige, welche das Problem offenbar in einer wirksamen und ökonomisch praktikablen Weise löst, darin, über einen Perkolator einen nach unten gerichteten Flüssigkeitsstrom zuzuführen, wie dies beispielsweise in der internationalen Patentanmeldung WO 01/57290 beschrieben ist, auf deren Offenbarung hier vollumfänglich Bezug genommen wird. Der in der oben erwähnten Patentanmeldung beschriebene Perkolator besteht aus einem ebenen porösen Bauteil, das auf einer Seite die aktive Oberfläche der Gasdiffusionselektrode und auf der anderen Seite die Ionenaustauschmembran berührt und von einem unter Schwerkraftwirkung herabströmenden Elektrolyten durchquert wird. Der Perkolator ist so konstruiert, dass der sich abwärts bewegenden Elektrolytsäule ein kontrollierter Druckabfall aufgeprägt wird, so dass ein resultierender Betriebsdruck, der nicht ausreicht, um die Elektrode zu fluten, auf jeden Punkt von selbiger ausgeübt wird. Diese Lösung ist vom Prinzip her wirksam, weist jedoch einige konstruktive Probleme auf, die in der zitierten Patentanmeldung nicht diskutiert werden. Insbesondere liegt die Umsetzung einer gleichzeitigen, nach unten gerichteten Verteilung des Elektrolyten auf den Perkolator und des Sauerstoffs auf die Gasdiffusionselektrode, die ebenfalls von oben nach unten erfolgt, nicht ohne weiteres auf der Hand. Die üblicherweise verwendete Lösung zur Zufuhr von Fluiden in herkömmlichen Elektrolyseuren mit Filterpressengeometrie, wie beispielsweise den mit Membranen arbeitenden Alkalichloridelektrolyseuren, sieht die Verwendung von internen Verteilerleitungen vor, die parallel zu den Zellwänden angeordnet sind. Im Fall von Elektrolyseuren mit Gasdiffusionselektroden führt die gleichzeitige Zufuhr von Elektrolyt und Sauerstoff zu einem zweifachen Problem: einerseits muss die Größe der beiden Verteilerleitungen berücksichtigt werden und andererseits ist es notwendig, die Trennung der Fluide in einem Bereich zu gewährleisten, wo die Verteilerleitung für Elektrolyt die Gasdiffusionselektrode durchquert, um den Perkolator zu erreichen, was eine Punkt darstellt, bei dem es entscheidend auf die Abdichtung ankommt. Das Problem der Zellkonstruktion mit Perkolator und Gasdiffusionselektrode ist dann noch gravierender, wenn es erforderlich ist, diese neue Technologie an eine bereits existierende Membranzelle anzupassen, welche für die herkömmlichen, nicht depolarisierten Prozesse entwickelt wurde. In diesem Fall hat die Zelle nur eine Zufuhrleitung in die Kathodenkammer und die separate Zufuhr von zwei Fluiden (Elektrolyt und Sauerstoff) ist dann fast immer unmöglich. Die Möglichkeit, eine bereits existierende Zelle so zu verändern, dass sie an den energetisch günstigeren depolarisierten Prozess angepasst ist, bleibt daher ein vielfach geäußertes Bedürfnis im Bereich der industriellen Herstellung von Chlor und Natronlauge.
  • Unter einem ersten Aspekt ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verteilerelement zur Zufuhr eines Elektrolyten in eine mit Perkolator und Gasdiffusionselektrode ausgerüstete elektrochemische Zelle bereit zu stellen, welches die Einschränkungen des Standes der Technik überwindet.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung mit einem Verteilerelement zur Zufuhr eines Elektrolyten in eine einen Perkolator und eine Gasdiffusionselektrode enthaltende elektrochemische Zelle bereit zu stellen, welche für den Einbau in eine elektrochemische Membranzelle geeignet ist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereit zu stellen, welches es ermöglicht, eine herkömmlich konstruierte elektrochemische Membranzelle durch Einbau eines Verteilerelementes, welches einen Perkolator und eine Gasdiffusionselektrode umfasst, zu modifizieren.
  • Unter einem ersten Aspekt besteht die Erfindung aus einem Verteilerelement für eine elektrochemische Zelle, welche ein externes Verteilerrohr umfasst, welches außerhalb des externen Dichtungsflansches der Zelle angeordnet ist und einen inneren Abschnitt, der wiederum eine Gasdiffusionselektrode und einen ebenen Rahmen umfasst, welcher einen Perkolator umgibt. Vorzugsweise ist der Perkolator in eine Ausnehmung des ebenen Rahmens eingesetzt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verteilerelement ein oberes externes Verteilerrohr zur Elektrolytzufuhr und ein unteres externes Verteilerrohr zur Ableitung des Elektrolyten. Das Verteilerelement umfasst vorzugsweise ein Dichtungssystem gegen den Zellflansch, beispielsweise einen Satz Flachdichtungen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Element außerdem eine Ionenaustauschmembran, die mit der Oberfläche des Perkolators in Kontakt steht, die derjenigen, welche die Gasdiffusionselektrode kontaktiert, gegenüber liegt. Ein poröses Element, welches vorzugsweise eine ebene Geometrie aufweist, die geeignet ist, unter der Wirkung der Schwerkraft von einem nach unten gerichteten Elektrolytstrom mit kontrolliertem Druckabfall durchquert zu werden, kann als Perkolator verwendet werden. Der Perkolator kann also bestehen aus einem Kunststoff- oder Metallschaum, aus flachen Netzen, die durch Überlappen von Ebenen aus verflochtenen Drähten gebildet werden, aus profilierten Netzen, aus durch Drahtbindungen gebildete Matten, aus einem expandierten Blech, aus einem Sinterkörper oder auch aus Kombinationen oder Aneinanderreihungen von zwei oder mehr derartiger Elemente. Im Allgemeinen weist der Perkolator vorzugsweise hydrophobe Eigenschaften auf, aber auch hydrophile Perkolatoren sind für diesen Zweck geeignet. Die Gasdiffusionselektrode kann eine Kathode sein, die mit einem Strom aus Sauerstoff in Reinform oder als Gemisch, beispielsweise als Luft oder angereicherte Luft, beschickt wird, oder es kann sich um eine Anode handeln, die mit einem Wasserstoffstrom beschickt wird. Im Allgemeinen ist bevorzugt, dass das Verteilerelement so konstruiert ist, dass der die Gasdiffusionselektrode versorgende Gasstrom nach unten gerichtet werden kann. Das erfindungsgemäße Verteilerelement kann auch in Brennstoffzellen eingesetzt werden, was speziell im Fall von Brennstoffzellen mit Alkalielektrolyten besonders vorteilhaft ist, weil dieser, wie dem Fachmann auf diesem technischen Gebiet bekannt ist, kontinuierlich rezirkuliert werden muss. Um eine solche Rezirkulation zu erreichen, ist ein Perkolator besonders geeignet. Im Fall von Alkalibrennstoffzellen umfasst das erfindungsgemäße Verteilerelement üblicherweise zwei Gasdiffusionselektroden, eine mit Sauerstoff oder Luft beschickte Kathode und eine mit einem wasserstoffhaltigen Gemisch, vorzugsweise mit reinem Wasserstoff, beschickte Anode, wobei der zirkulierende Elektrolyt eine konzentrierte Alkalilösung ist, vorzugsweise Kalilauge. Eine der beiden Gasdiffusionselektroden ist in diesem Fall wiederum mit der anderen Seite des Perkolators in Kontakt, wobei gegebenenfalls ein poröses Diaphragma oder ein Ionenaustausch dazwischen angeordnet sein kann.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine elektrochemische Zelle, die ein wie oben beschriebenes Verteilerelement umfasst. Die erfindungsgemäße Zelle kann eine Zelle für die Alkalichloridelektrolyse, beispielsweise eine Zelle für die Chlor/Natronlaugen-Elektrolyse sein, die mit einer durch Sauerstoff beschickten Gasdiffusionskathode ausgerüstet ist. Die Zelle kann ebenso eine Zelle für die Elektrolyse von neutralen Salzen sein und kann beispielsweise mit einer wasserstoffbeschickten Gasdiffusionsanode ausgerüstet sein, oder auch eine Alkali-Brennstoffzelle, die mit einer Gasdiffusionsanode und -kathode ausgerüstet ist, welche mit Wasserstoff beziehungsweise Sauerstoff beschickt werden. Im Fall von elektrolytischen Zellen besteht die Gegenelektrode üblicherweise aus einem porösen Metallelement, beispielsweise einem Netz, einem perforierten oder gestreckten Blech oder ähnlichem, und ist vorzugsweise mit einer katalytischen Beschichtung versehen. Im Fall einer Alkalichloridzelle dient die katalytische Beschichtung dazu, die Freisetzung von Chlor zu katalysieren. Die Gasdiffusionskathode, der Perkolator und die Ionenaustauschmembran werden vorzugsweise zusammengepresst, beispielsweise unter der Einwirkung eines Druckunterschieds, der zwischen der anodischen und der kathodischen Kammer der Zelle erzeugt wird, oder mittels eines mechanischen Elementes, das einen Druck ausübt. Ein besonders geeignetes mechanisches Element besteht beispielsweise aus einer Überlappung von komprimierbaren und elastischen Schichten, die aus Metalldrähten gebildet werden, wie dies beispielsweise in der italienischen Patentanmeldung MI2001A 002538 beschrieben ist, und die zwischen der Gasdiffusionskathode und einem kathodischen Netz oder unmittelbar zwischen der Gasdiffusionselektrode und der Kathodenwand der Zelle eingesetzt werden. Andere mechanische Elemente, beispielsweise Federkombinationen, sind jedoch für diesen Zweck ebenso geeignet. Die erfindungsgemäße Zelle ist besonders für den Einsatz in gemäß einer Filterpressenanordnung gestapelten Strukturen geeignet, beispielsweise als modulares Element von Elektrolyseuren.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Umrüstung einer elektrolytischen Membranzelle des Standes der Technik, die mit einer Ionenaustauschmembran und mit gasfreisetzenden Metallelektroden ausgerüstet ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dient das erfindungsgemäße Verfahren dazu, eine Chloralkali-Membranzelle umzurüsten, die mit einer wasserstofffreisetzenden Kathode und einer chlorgasfreisetzenden Anode versehen ist, so dass sie als depolarisierte Elektrolysezelle verwendet werden kann, welche eine mit Sauerstoff beschickte Gasdiffusionskathode umfasst, die geeignet ist, die wasserstofffreisetzende Reaktion zu unterdrücken. Das Verfahren besteht im Öffnen der Originalzelle, dem Entfernen der Membran und dem Einsetzen des erfindungsgemäßen Verteilerelements zwischen den anodischen und kathodischen Flanschen der Zelle selbst. Gemeinsam mit dem erfindungsgemäßen Verteilerelement wird vorzugsweise auch ein elastisches mechanisches Element eingesetzt, welches in der Lage ist, einen Druck auszuüben, beispielsweise das in MI2001A 002538 beschriebene Element, vorzugsweise zwischen der Gasdiffusionskathode und der ursprünglichen Metallkathode, die nach der Modifikation als kathodischer Stromsammler arbeitet.
  • Diese und andere Aspekte werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben, welche lediglich der Verdeutlichung dienen und nicht als Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden dürfen, deren Schutzbereich allein durch die beigefügten Patentansprüche definiert wird.
  • 1 zeigt eine elektrochemische Membranzelle gemäß Stand der Technik
  • 2 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verteilerelements.
  • 3 zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verteilerelements.
  • In 1 ist ein Schnitt am Umfang einer herkömmlichen Elektrolysezelle dargestellt, die der Einfachheit halber als Alkalichloridzelle betrachtet wird. Die Zellstruktur wird durch zwei leitfähige Schalen begrenzt, eine Anodenschale (1), die beispielsweise aus Titan besteht, und eine Kathodenschale (1'), beispielsweise aus Nickel besteht. In der Figur sind ebenen Schalen mit Rippen zur Übertragung des elektrischen Stroms dargestellt, jedoch sind mehrere alternative Anordnungen möglich. Die Schalen enden in ihrem oberen Bereich in Dichtungsflanschen (2) und (2'). Entsprechendes gilt für den nicht dargestellten unteren Teil der Zelle. Eine Ionenaustauschmembran (3) trennt die Anoden- von der Kathodenkammer. In der Anodenkammer ist eine Anode (4) dargestellt, die beispielsweise aus einem Titannetz bestehen kann, das mit einem Katalysator auf der Basis eines Edelmetalloxids beschichtet ist. In der Kathodenkammer ist demgegenüber die Kathode (5) dargestellt, beispielsweise ein Nickelnetz, das gegebenenfalls durch einen Katalysator aktiviert ist. In der Figur ist die Anode in Kontakt mit der Membran dargestellt und die Kathode ist in einem geringen Abstand dazu angeordnet, jedoch können sich, abhängig von entsprechenden Überlegungen zum elektrischen Widerstand und zu der Fluiddynamik, auch beide Elektroden in Kontakt mit der Membran befinden. Die Abdichtung der Zelle im Umfangsbereich ist in diesem Fall durch Flachdichtungen (6) garantiert, obwohl auch O-Ringe oder andere Dichtungselemente offensichtlich verwendet werden können. Die Zelle wird mit einer Natriumchloridsole in der Anodenkammer beschickt und Chlorgas wird an der Anode (4) freigesetzt. Auf der kathodischen Seite wird Natronlauge, welche das andere Reaktionsprodukt darstellt, zirkuliert, während Wasserstoff an der Kathode (5) freigesetzt wird. Die Zufuhr- und Abzugsleitungen sind nicht dargestellt, sie können jedoch auf viele verschiedene Weisen realisiert werden. Im üblichsten Fall ist die Zelle der Figur mit anderen entsprechenden Zellen in einer Filterpressenanordnung gekoppelt und die Zufuhr- und Abzugsleitungen bestehen aus röhrenförmigen Elementen.
  • 2 zeigt eine erfindungsgemäße Zelle, die gegebenenfalls mit dem erfindungsgemäßen Verfahren aus der Zelle des Standes der Technik gemäß 1 entstanden ist: Alle wesentlichen Bauteile der 1 sind mit Ausnahme der ursprünglichen Membran (3) immer noch vorhanden. An Stelle der letzteren ist ein Verteilerelement vorhanden, das außerhalb der Flansche ein oberes äußeres Zufuhr-Verteilerrohr (7) umfasst, sowie einen inneren Teil mit einem ebenen Rahmen (8), der einen Perkolator (9) und eine in Kontakt mit dem Perkolator stehende Gasdiffusionselektrode (10) begrenzt. Im Fall der Alkalichloridelektrolyse ist eine neue Ionenaustauschmembran (3') vorhanden, die in Kontakt mit dem Perkolator (9) steht. Andere Anwendungen, bei denen eine ungeteilte Zelle verwendet wird, benötigen dieses Element nicht. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist im unteren Teil der Zelle ein nicht dargestelltes externes Sammelrohr zum Abzug der Natronlauge vorgesehen. Die Anordnung aus Membran, Perkolator und Gasdiffusionselektrode kann auch einen elastischen Stromsammler (11) umfassen, wie er in der Figur dargestellt ist, der auf einer Seite einen Druck auf die Packung aus Gasdiffusionselektrode/Perkolator/Membran ausübt, und diese insgesamt gegen die Anoden (Gegenelektrode) drückt, sowie auf der anderen Seite auf die ursprüngliche Kathode (5), welche die Rolle des kathodischen Stromsammlers einnimmt. Der elastische Stromsammler kann in anderen Ausführungsformen weggelassen werden und die elektrische Kontinuität mit der Gasdiffusionselektrode (10) kann auf andere Weise gemäß Stand der Technik erreicht werden. In der Ausführungsform der 2 umfasst das Verteilerelement auch eine zusätzliche Dichtung (6'), die offensichtlich weggelassen werden kann, wenn die Dichtung mittels alternativer, aus dem Stand der Technik bekannten Konstruktionen bewirkt wird. 2 wurde unter Bezugnahme auf die Umrüstung einer bereits existierenden Zelle des Standes der Technik mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben, jedoch ist ganz offensichtlich, dass die Konstruktion dieser Ausführungsform auch für völlig neue Zellen gültig sein kann.
  • In 3 ist eine der 2 ähnliche Ausführungsform dargestellt, wobei der Unterschied im Endbereich des ebenen Rahmens (8) besteht, der eine Ausnehmung zur Aufnahme des Umfangsteils des Perkolators (9) aufweist. Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann eine solche Ausnehmung auch den Umfangsteil der Gasdiffusionselektrode (10) aufnehmen. In beiden Ausführungsformen der 2 und 3 wird der zirkulierende Elektrolyt auf der kathodischen Seite, das heißt die erzeugte Natronlaugenlösung, durch einen oberen äußeren Verteiler (7) zugeführt und durch den Perkolator (9) unter der Wirkung der Schwerkraft zirkuliert. Die Zufuhr von Sauerstoff zu der Gasdiffusionselektrode (10) kann beispielsweise durch eine, nicht dargestellte, bereits vorhandene kathodische Verteilerleitung geschehen. Obwohl hier die als beste Ausführungsformen der Erfindung angesehenen Varianten beschrieben wurden, ist es für den Fachmann offensichtlich, dass andere Variationen und Modifikationen dieser Ausführungsformen durchgeführt werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

Claims (21)

  1. Verteilerelement für eine elektrochemische Zelle mit Flüssigkelektrolytperkolation, die am Umfang mit einem Dichtungsflansch versehen ist, mit einem externen oberen Verteilerrohr zur Elektrolytzufuhr und einem inneren Abschnitt, der wenigstens eine Gasdiffusionselektrode, die mit einem Gasstrom beschickt wird, und wenigstens einen ebenen Rahmen aufweist, der wenigstens einen Perkolator umgibt.
  2. Element gemäß Anspruch 1, welches außerdem ein externes unteres Sammelrohr zur Elektrolytableitung umfasst.
  3. Element gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, welches Dichtungsmittel in Richtung auf den Umfangsflansch der elektrochemischen Zelle umfasst.
  4. Element gemäß Anspruch 3, wobei die Dichtungsmittel aus Flachdichtungen bestehen.
  5. Element gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der ebene Rahmen eine Ausnehmung enthält, die zur Aufnahme des Umfangsbereichs des Perkolators und gegebenenfalls des Umfangsbereichs der Gasdiffusionselektrode vorgesehen ist.
  6. Element gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, welches eine Ionenaustauschmembran umfasst, die zwischen dem Perkolator und einer Gegenelektrode angeordnet ist.
  7. Element gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Perkolator ein ebenes poröses Bauteil ist, welches unter der Einwirkung der Schwerkraft von einem Flüssigelektrolytstrom durchquert werden kann und welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus flachen Netzen, die durch Ebenen aus verflochtenen und überlappenden Drähten gebildet werden, flachen Netzen aus gewobenen Drähten, profilierten Drahtnetzen, Matten aus Drahtwindungen, expandierten Blechen, Sinterkörpern.
  8. Element gemäß Anspruch 7, wobei der Perkolator hydrophob ist.
  9. Element gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gasdiffusionselektrode eine Anode ist und der Gasstrom Wasserstoff umfasst.
  10. Element gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gasdiffusionselektrode eine Kathode ist und der Gasstrom Sauerstoff umfasst.
  11. Element gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gasstrom von oben zugeführt wird.
  12. Elektrochemische Zelle, die durch eine von einer Anodenwand begrenzte Anodenkammer und eine von einer Kathodenwand begrenzte Kathodenkammer gebildet wird und die ein Verteilerelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
  13. Zelle gemäß Anspruch 12, wobei die zwischen dem Perkolator und der Gegenelektrode angeordnete Ionenaustauschmembran zusammengedrückt wird, indem dem Perkolator ein Druckunterschied aufgeprägt wird, der wiederum gegen die Gasdiffusionselektrode gepresst wird.
  14. Zelle gemäß Anspruch 12, wobei die zwischen dem Perkolator und der Gegenelektrode angeordnete Ionenaustauschmembran durch elastische Mittel gegen den Perkolator gepresst wird, der wiederum gegen die Gasdiffusionselektrode gepresst wird.
  15. Zelle gemäß Anspruch 12, wobei die Gasdiffusionselektrode mittels eines elastischen Stromsammlers gegen den Perkolator gepresst wird, der wiederum gegen die Membran gepresst wird, die wiederum gegen die Gegenelektrode gepresst wird.
  16. Zelle gemäß Anspruch 15, wobei der elastische Stromsammler aus einer Überlappung von aus Metalldrähten gebildeten komprimierbaren und elastischen Schichten besteht.
  17. Zelle gemäß einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass sie ausgewählt ist aus der Gruppe der Alkalichloridelektrolysezellen, Salzsäureelektrolysezellen, Auftrennzelle für elektrisch neutrale Salze, Brennstoffzellen mit alkalischem Elektrolyt.
  18. Zelle gemäß einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine Zelle zur Alkalichloridelektrolyse handelt, wobei die Gasdiffusionselektrode eine Kathode ist, die mit Sauerstoff oder sauerstoffhaltigem Gas beschickt wird, und das Perkolatorelement von einem nach unten gerichteten Laugenstrom durchquert wird.
  19. Elektrolyseur mit mehreren Zellen gemäß einem der Ansprüche 12 bis 16.
  20. Verfahren zum Umrüsten einer elektrolytischen Membranzelle, die mit einer Anodenkammer und einer Kathodenkammer versehen ist, die jeweils von einer Anodenwand beziehungsweise einer Kathodenwand begrenzt sind und jeweils mit anodischen beziehungsweise kathodischen Dichtungsflanschen am Umfang versehen sind, wobei man die Originalmembran entfernt und ein Element gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 zwischen die anodischen und kathodischen Flansche einsetzt.
  21. Verfahren gemäß Anspruch 20, wobei man außerdem einen elastischen Stromsammler einsetzt, um eine Kompressionskraft gegen wenigstens eine Gasdiffusionselektrode auszuüben.
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