EP0074963A1 - Constructive elements of electrolysis cells - Google Patents

Constructive elements of electrolysis cells

Info

Publication number
EP0074963A1
EP0074963A1 EP19820900783 EP82900783A EP0074963A1 EP 0074963 A1 EP0074963 A1 EP 0074963A1 EP 19820900783 EP19820900783 EP 19820900783 EP 82900783 A EP82900783 A EP 82900783A EP 0074963 A1 EP0074963 A1 EP 0074963A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
component
cells according
electrochemical
base body
oxide layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19820900783
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Helmut Tannenberger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre Suisse dElectronique et Microtechnique SA CSEM
Original Assignee
Laboratoire Suisse de Recherches Horlogeres
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Laboratoire Suisse de Recherches Horlogeres filed Critical Laboratoire Suisse de Recherches Horlogeres
Publication of EP0074963A1 publication Critical patent/EP0074963A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B13/00Diaphragms; Spacing elements
    • C25B13/04Diaphragms; Spacing elements characterised by the material

Definitions

  • the separator must be sufficiently thin and porous to increase the electrical resistance of the cell as little as possible, be corrosion-resistant to the highly concentrated potassium hydroxide solution, and have sufficient mechanical properties to be easily installed in an industrial cell.
  • Other examples are electrodes, which should be insulating in certain places, the walls of cells which are exposed to the interface between the electrolytes and the gas phase, or the passage of the electrodes through the cell walls.
  • the invention described here is therefore a component of an electrochemical electrolysis cell, which consists of a metallic base material, which is either directly coated with a thin oxide layer, or which still has a suitable intermediate layer between the oxide layer and the base material.
  • a separator for an electrolysis cell consists of a fine-meshed network of steel wire with a mesh size of -30 ⁇ m, which was covered with a 2 ⁇ m thick layer of TiO 2 using the CVD process and then treated at elevated temperature in concentrated potassium hydroxide solution .
  • the component thus obtained is corrosion-resistant, flexible and can easily be installed in an electrolysis cell.
  • a separator for an electrolysis cell consists of a fine-mesh network made of austenitic steel, which was first provided with a 1 ⁇ m thick TiN layer and then with a 1 ⁇ m thick Al 2 O 3 layer using the CVD process.
  • Example 3 A separator for an electrolysis cell consists of a felt made of rustproof, ferritic steel, which in its entire volume is first of all coated with a 0.5 ⁇ m to 1 ⁇ m thick layer of TiC using the CVD process and then with a 1 ⁇ m layer thick layer of Al 2 O 3 was coated.
  • Example 4 An electrode holder that is exposed to both the electrolyte and the corrosive gases in the cell consists of a ferritic, stainless steel, which is initially coated with a 2 ⁇ m thick TiC layer and then with a 1 ⁇ m thick Al 2 O 3 Layer was provided using the CVD process.
  • the insulating, ceramic layers can consist not only of Al 2 O 3 or TiO 2 but also of other ceramic materials, such as zirconium oxide, zirconates, titanates and similar substances.
  • the intermediate layer can consist of carbides, nitrides or borides of the elements Ti, Zr, Nb, Te or the like.
  • CVD process is particularly suitable for the application of the layers, other processes, e.g. Plasma spraying, flame spraying and the like are used.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

Les elements constructifs destines a la fabrication de cellules d'electrolyse, sont electriquement isolants, resistants aux produits chimiques contenus dans les cellules et presentent une solidite et une flexibilite leur permettant d'etre utilises dans des cellules d'electrolyse industrielle. Les elements constructifs sont remarquables en ce qu'ils sont constitues par un corps de base metallique revetu d'une mince couche d'oxyde. Entre la couche d'oxyde et le corps de base peut etre disposee une couche intermediaire. Les elements constructifs peuvent constituer des separateurs, des porte-electrodes, des parois etc...The constructive elements intended for the manufacture of electrolysis cells, are electrically insulating, resistant to the chemicals contained in the cells and have a solidity and flexibility allowing them to be used in industrial electrolysis cells. The constructive elements are remarkable in that they are constituted by a metallic base body coated with a thin layer of oxide. Between the oxide layer and the base body can be arranged an intermediate layer. The constructive elements can constitute separators, electrode holders, walls, etc.

Description

Bauteile von Elektrolysezellen Components of electrolytic cells
In allen Elektrolysezellen, wie z.B. für die Erzeugung von Chlor, von Wasserstoff und Sauerstoff, von Hypochlorit, Persul fat, usf., gibt es Bauteile, die gegenüber dem Elektrolyten und den stromleitenden Elektroden elektrisch isoliert sein müssen. Die Anforderungen die an diese Bauteile gestellt werden, sind mehr oder weniger anspruchsvoll je nachdem um welche Bauteile es sich handelt. Abgesehen von der Korrosionsbeständigkeit gegenüber dem Elektrolyten oder anderen sich in der Zelle befindliche Stoffen, wie z.B. Chlor oder Sauerstoff, bei den Betriebsbedingungen, müssen sie eine gewisse mechanische Festigkeit, oder andere spezifische Eigenschaften aufweisen. Ein besonders anspruchvolles Beispiel ist der Separator in Wasserelektrolysezellen, die bei hohem Druck und Temperatur über 100ºC arbeiten. Der Separator muss genügend dünn und porös sein , um den elektrischen Widerstand der Zelle so wenig wie möglich zu erhöhen, gegenüber der stark konzentrierten Kalilauge korrosionsbeständi sein, und genügend mechanische Eigenschaften besitzen, um in einer industriellen Zelle einfach eingebaut zu werden. Andere Beispiele sind Elektroden, die an gewissen Stellen isolierend sein sollten, oder die Wandungen von Zellen die der Grenzfläche zwischen den Elektrolyten und der Gasphase ausgesetzt sind, oder die Durchführung der Elektroden durch die Zellwandungen.In all electrolytic cells, e.g. For the production of chlorine, hydrogen and oxygen, hypochlorite, persulfate, etc., there are components that must be electrically insulated from the electrolyte and the current-carrying electrodes. The demands placed on these components are more or less demanding depending on which components are involved. Apart from the corrosion resistance to the electrolyte or other substances in the cell, e.g. Chlorine or oxygen, under operating conditions, must have some mechanical strength, or other specific properties. A particularly demanding example is the separator in water electrolysis cells that operate at high pressure and temperature above 100ºC. The separator must be sufficiently thin and porous to increase the electrical resistance of the cell as little as possible, be corrosion-resistant to the highly concentrated potassium hydroxide solution, and have sufficient mechanical properties to be easily installed in an industrial cell. Other examples are electrodes, which should be insulating in certain places, the walls of cells which are exposed to the interface between the electrolytes and the gas phase, or the passage of the electrodes through the cell walls.
Beim heutigen Stand der Technik werden meist Kunststoffe eingesetzt. Keramische Substanzen, wie z.B. Aluminiumoxyd oder K2 O - 6TiO2 werden ebenfalls vorgeschlagen. Alle diese Lösungen befriedigen jedoch nicht vollauf. Entweder mangelt es an Korrosionsfestigkeit, oder an den notwendigen mechanischen Eigenschaften, oder an der Möglichkeit einer komplizierten Formgebung die eine optimale Zellenkonstruktion erlauben würde. Es wurde nun überraschenderweise gefunden, dass man korrosionsbeständige, elektrisch isolierende Elektrolysezellenbauteile sehr komplexer Form mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften erhalten kann, indem man auf einem billigen, metallischen, leicht zu bearbeitenden Grundwerkstoff mit Hilfe des CVD-Verf ahrens eine dünne Schicht eines keramischen Materials wie z.B. Aluminiumoxyd aufbringt. Es hat sich überrasche derweise weiterhin gezeigt, dass man die Widerstandsfähigkeit dieser Bauteile gegenüber den in der Elektrolysezelle herrschenden Bedingungen noch stark erhöhen kann, wenn man zwischen den Grundwerkstoff und die isolierende Oxydschicht eine Zwischenschicht aus z.B. Titankarbid oder ähnlichen Verbindungen anbringt.In today's state of the art, plastics are mostly used. Ceramic substances such as aluminum oxide or K 2 O - 6TiO 2 are also proposed. However, all of these solutions are not entirely satisfactory. Either there is a lack of corrosion resistance, or the necessary mechanical properties, or the possibility of a complicated shape that would allow an optimal cell construction. Surprisingly, it has now been found that corrosion-resistant, electrically insulating electrolytic cell components of very complex shape with excellent mechanical properties can be obtained by using a CVD method to apply a thin layer of a ceramic material such as, for example, to a cheap, metallic, easily machined base material Aluminum oxide. Surprisingly, it has also been shown that the resistance of these components to the conditions prevailing in the electrolysis cell can be greatly increased if an intermediate layer of, for example, titanium carbide or similar compounds is applied between the base material and the insulating oxide layer.
Die hier beschriebene Erfindung ist also ein Bauteil einer elektrochemischen Elektrolysezelle, der aus einem metallischem Grundwerkstoff besteht, der entweder direkt mi t einer dünnen Oxydschicht überzogen ist, oder der zwischen der Oxydschicht und dem Grundwerkstoff noch eine geeignete Zwischenschicht besitzt.The invention described here is therefore a component of an electrochemical electrolysis cell, which consists of a metallic base material, which is either directly coated with a thin oxide layer, or which still has a suitable intermediate layer between the oxide layer and the base material.
Beispiel 1. : Ein Separator für eine Elektrolysezelle besteht aus einem feinmaschigen Netz aus Stahldraht mit einer Maschenweite von -30 μm, das mit Hilfe des CVD-Verfahrens mit einer 2 ym dicken Schicht aus Tiθ2 überzogen und anschliessend bei erhöhter Temperatur in konzentrierter Kalilauge behandelt wurde. Der so erhal tene Bauteil ist korrosionsbeständig, flexibel und kann einfach in eine Elektrolysezelle eingebaut werden.Example 1. A separator for an electrolysis cell consists of a fine-meshed network of steel wire with a mesh size of -30 μm, which was covered with a 2 μm thick layer of TiO 2 using the CVD process and then treated at elevated temperature in concentrated potassium hydroxide solution . The component thus obtained is corrosion-resistant, flexible and can easily be installed in an electrolysis cell.
Beispiel 2. : Ein Separator für eine Elektrolysezelle besteht aus einem feinmaschigen Netz aus austeni ti schem Stahl , das zunächst mit einer 1 μm dicken TiN Schicht und darauf mit einer 1 μm dicken Al2O3 Schicht mit Hilfe des CVD-Verfahrens versehen wurde. Beispiel 3.: Ein Separator für eine Elektrolysezelle besteht aus einem Filz aus rostfreiem, ferritischem Stahl , der in seinem ganzen Volumen mit Hilfe des CVD- Verfahrens zunächst mit einer 0,5 μm bis 1 μm dicken Schicht aus TiC und darauf mit einer 1 μm dicken Schicht aus Al2O3 übe rzogen wurde.Example 2. A separator for an electrolysis cell consists of a fine-mesh network made of austenitic steel, which was first provided with a 1 μm thick TiN layer and then with a 1 μm thick Al 2 O 3 layer using the CVD process. Example 3 .: A separator for an electrolysis cell consists of a felt made of rustproof, ferritic steel, which in its entire volume is first of all coated with a 0.5 μm to 1 μm thick layer of TiC using the CVD process and then with a 1 μm layer thick layer of Al 2 O 3 was coated.
Beispiel 4.: Eine Elektrodenhalterung, die in der Zelle sowohl dem Elektrolyten als auch den korrodierenden Gasen ausgesetzt ist, besteht aus einem ferritischem, nichtrostendem Stahl, der zunächst mit einer 2 μm dicken TiC Schicht und darauf mit einer 1 μm dicken AI2O3 Schicht mit Hilfe des CVD- Verfahrens versehen wurde.Example 4 .: An electrode holder that is exposed to both the electrolyte and the corrosive gases in the cell consists of a ferritic, stainless steel, which is initially coated with a 2 μm thick TiC layer and then with a 1 μm thick Al 2 O 3 Layer was provided using the CVD process.
Es versteht sich von selbst, dass die aufgeführten Beispiele nicht erschöpfend sind. So können z.B. die isolierende, keramische Schichten nicht nur aus AI2O3 oder TiO2 sondern auch aus anderen keramischen Stoffen, wie z.B. Zirkonoxyd, Zirkonaten, Titanaten und ähnliche Stoffe, bestehen. Die Zwischenschicht kann ausser aus TiC oder TiN aus Karbiden, Nitriden, oder Boriden der Elemente Ti, Zr, Nb, Te oder ähnliche bestehen.It goes without saying that the examples given are not exhaustive. For example, the insulating, ceramic layers can consist not only of Al 2 O 3 or TiO 2 but also of other ceramic materials, such as zirconium oxide, zirconates, titanates and similar substances. In addition to TiC or TiN, the intermediate layer can consist of carbides, nitrides or borides of the elements Ti, Zr, Nb, Te or the like.
Obwohl für das Aufbringen der Schichten das CVD-Verfahren besonders geeignet ist, können auch andere Verfahren, wie z.B. Plasmaspritzen, Flammspritzen und ähnliche angewandt werden. Although the CVD process is particularly suitable for the application of the layers, other processes, e.g. Plasma spraying, flame spraying and the like are used.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Bauteil von elektrochemischen Elektrolysezellen dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem metallischem Grundkörper besteht der mit einer dünnen Oxydschicht bedeckt ist1. Component of electrochemical electrolysis cells, characterized in that it consists of a metallic base body which is covered with a thin oxide layer
2. Bauteil von elektrochemischen Elektrolysezellen gemäss Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen dem Grundkörper und der Oxydschicht eine Zwischenschicht befindet.2. Component of electrochemical electrolytic cells according to claim 1, characterized in that there is an intermediate layer between the base body and the oxide layer.
3. Bauteil von elektrochemischen Elektrolysezellen gemäss Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der beiden erwähnten Schichten mit Hilfe des CVD-Verfahrens aufgebracht wird.3. Component of electrochemical electrolytic cells according to claim 1 and 2, characterized in that at least one of the two layers mentioned is applied with the aid of the CVD method.
4. Bauteil von elektrochemischen Elektrolysezellen gemäss Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Oxydschicht aus Al2O3 besteht.4. Component of electrochemical electrolytic cells according to claim 1 and 2, characterized in that the oxide layer consists of Al 2 O 3 .
5. Bauteil von elektrochemischen Elektrolysezellen gemäss Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Oxydschicht aus TiO2 oder K2Ti6O13 besteht.5. Component of electrochemical electrolytic cells according to claim 1 and 2, characterized in that the oxide layer consists of TiO 2 or K 2 Ti 6 O 13 .
6. Bauteil von elektrochemischen Elektrolysezellen gemäss Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Oxydschicht aus einer d e r folgenden Verbindungen besteht: Zirkonoxyd, Zirkonate, Titanate, Niobate, Tantalate.6. Component of electrochemical electrolysis cells according to claim 1 and 2, characterized in that the oxide layer consists of one of the following compounds: zirconium oxide, zirconates, titanates, niobates, tantalates.
7. Bauteil von elektrochemischen Elektrolysezellen gemäss Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht aus TiC, TiN oder TiBχ ( X = 1 bis 2 ) besteht.7. Component of electrochemical electrolysis cells according to claim 2, characterized in that the intermediate layer consists of TiC, TiN or TiB χ (X = 1 to 2).
8. Bauteil von elektrochemischen Elektrolysezellen gemäss Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Zwi s ch e n s ch i c h t aus einem Karbid, Nitrid oder Borid de r Elemente der 4., 5., oder 6. Gruppe des periodischen Systems der Elemente besteht.8. The component of electrochemical electrolysis cells according to claim 2, characterized in that the interchangeability consists of a carbide, nitride or boride of the elements of the 4th, 5th or 6th group of the periodic system of the elements.
9. Bauteil von elektrochemischen Elektrolysezellen gemäss Anspruch 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass d e r Grundkörper aus einem ferritischen oder austenitischen nichtrostendem Stahl 9. Component of electrochemical electrolytic cells according to claim 1 to 8, characterized in that the base body made of a ferritic or austenitic stainless steel
10. Bauteil von elektrochemischen Elektrolysezellen gemäss Anspruch 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass der Bauteil ein Separator ist, wobei der Grundkörper die Form eines Netzes oder eines Filzes besitzt. 10. Component of electrochemical electrolytic cells according to claim 1 to 9, characterized in that the component is a separator, wherein the base body has the shape of a network or a felt.
EP19820900783 1981-03-20 1982-03-19 Constructive elements of electrolysis cells Withdrawn EP0074963A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH1888/81 1981-03-20
CH188881 1981-03-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP0074963A1 true EP0074963A1 (en) 1983-03-30

Family

ID=4220940

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP19820900783 Withdrawn EP0074963A1 (en) 1981-03-20 1982-03-19 Constructive elements of electrolysis cells

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP0074963A1 (en)
WO (1) WO1982003231A1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100361548B1 (en) 1999-04-19 2002-11-21 스미토모 긴조쿠 고교 가부시키가이샤 Stainless steel product for producing polymer electrode fuel cell
US6884363B2 (en) 2000-11-10 2005-04-26 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Method of surface treatment for stainless steel product for fuel cell

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3222265A (en) * 1958-10-29 1965-12-07 Amalgamated Curacao Patents Co Electrolysis method and apparatus employing a novel diaphragm
FR1255946A (en) * 1958-10-29 1961-03-17 Amalgamated Curacao Patents Co Electrolysis diaphragm
US3248311A (en) * 1962-03-29 1966-04-26 Ethyl Corp Manufacture of sodium
FR2067802A5 (en) * 1969-11-18 1971-08-20 Paris Rene Metal boride electrodes
IT1115372B (en) * 1977-07-15 1986-02-03 Oronzio De Nora Impianti TWO-STAGE CERAMIC MEMBRANES FOR ELECTROLYTIC CELLS
US4157943A (en) * 1978-07-14 1979-06-12 The International Nickel Company, Inc. Composite electrode for electrolytic processes

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO8203231A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO1982003231A1 (en) 1982-09-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69016459T2 (en) ELECTROCHEMICAL CHLORINE DIOXIDE GENERATOR.
DE19948184C2 (en) Electrochemical production of peroxodisulfuric acid using diamond coated electrodes
DE2403573C2 (en) Process for the production of anodes
DE1252643B (en) Diaphragm cell for generating chlorine and caustic potash by electrolysis of an alkali metal chloride solution
US3809630A (en) Electrolysis cell with permeable valve metal anode and diaphragms on both the anode and cathode
EP0168600B1 (en) Bipolar apparatus for electrolysis using a gas diffusion cathode
DE2405010A1 (en) ELECTRODE FOR ELECTROCHEMICAL PROCESSES
DE2735237A1 (en) BIPOLAR UNIT FOR AN ELECTROLYSIS CELL
DE2651948A1 (en) METHOD OF ELECTROLYZING AN AQUATIC ALKALICHLORIDE SOLUTION
US3423300A (en) Electrolytic regeneration of reduced chromium compounds
DE2545339A1 (en) BIPOLAR ELECTROLYSIS CELLS
DE3001614A1 (en) METHOD FOR THE ELECTROLYTIC DECOMPOSITION OF HYDROCHLORIC ACID IN AN ELECTROLYSIS DEVICE
DE2652152A1 (en) Electrodes for electrolytic devices - comprising conductive substrate, electrolyte-resistant coating with occlusions to improve electrode activity
EP0074963A1 (en) Constructive elements of electrolysis cells
DE2821978A1 (en) ANODE ELEMENT FOR MONOPOLAR ELECTROLYSIS CELLS ARRANGED IN THE LIKE OF A FILTER PRESS
DE2710670B2 (en) Method of electrolyzing using an auxiliary electrode in the cell liquid collecting container to prevent corrosion
EP1673491A2 (en) Constructional unit for bipolar electrolysers
DE2819964C2 (en) Metallic diaphragm
DE2653536B2 (en) Bipolar electrolyzer with an electrolyte equalization device
DE1244749B (en) Method and device for the immediate and simultaneous production of inorganic alkali salts and chlorine gas
DE2756569C3 (en) Process and electrolysis cell for the production of hydrogen and oxygen
US825057A (en) Method of making sulfuric acid.
GB2108529A (en) Electrochemically decomposing nitric acid
DE2032645A1 (en) Process for the production of diffusion coatings from tantalum or niobium on metals or metal alloys
EP0437842A1 (en) Electrode for electrochemical reactors

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Designated state(s): AT BE CH DE FR GB LI LU NL SE

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 19830531

RIN1 Information on inventor provided before grant (corrected)

Inventor name: TANNENBERGER, HELMUT