EP0150018A1 - Method for electrolyzing of liquid electrolytes - Google Patents

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EP0150018A1
EP0150018A1 EP85100185A EP85100185A EP0150018A1 EP 0150018 A1 EP0150018 A1 EP 0150018A1 EP 85100185 A EP85100185 A EP 85100185A EP 85100185 A EP85100185 A EP 85100185A EP 0150018 A1 EP0150018 A1 EP 0150018A1
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EP
European Patent Office
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electrolyte
electrode
flow
electrodes
partition
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EP85100185A
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EP0150018B1 (en
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Karl-Heinz Dr. Tetzlaff
Dieter Dr. Schmid
Jürgen Dr. Russow
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ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Original Assignee
Hoechst AG
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Publication of EP0150018A1 publication Critical patent/EP0150018A1/en
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/02—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form
    • C25B11/03—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form perforated or foraminous
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/08—Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes

Definitions

  • the electrolyte can also be partially deflected in a meandering manner.
  • both sides can be operated according to the proposed methods, or only one side, the other side being able to be operated according to the prior art.
  • All or part of the electrolyte may flow on the back of the electrode.
  • the resulting gas bubbles release their gas content in the gas space adjacent to the main flow direction by bursting at the phase boundary. In the case of plate-shaped electrodes, this is the rear space behind the electrode.
  • FIG. 10 and 11 show an electrode in which the openings are not led through to the rear.
  • Fig. 10 shows a vertical section
  • Fig. 11 shows a horizontal section of the same arrangement.
  • the electrolyte 1 b flows downwards in channels, wetting the partition 6 and part of the electrode 3.
  • the partial wetting can be achieved in that the regions of the electrode 3 adjoining the partition 6 are made hydrophilic and the more distant regions are hydrophobic.
  • Another possibility is to operate the arrangement with an angle ⁇ ⁇ 90 °.
  • the gas space adjoining the main flow direction of the electrolyte is enclosed here by the electrode 3 itself.
  • This type of electrode can also serve as a bipolar partition.

Abstract

This process, in which gas bubbles are formed in the electrolyte, is carried out in electrolytic cells which are non-partitioned or partitioned by at least one separator and in which at least one electrode is perforated. For this purpose, the electrolyte is caused to flow by means of gravity through the electrolytic cell in such a manner that a gas space is formed laterally to the main direction of flow of the electrolyte, both electrodes or the separators or one separator and the perforated electrode being wetted.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Elektrolysieren von flüssigen Elektrolyten mit Gasblasenbildung im Elektrolyten in ungeteilten oder durch mindestens eine Trennwand geteilten Elektrolysezellen, bei denen mindestens eine Elektrode durchbrochen ist.The invention relates to a method for the electrolysis of liquid electrolytes with gas bubbles in the electrolyte in undivided or divided by at least one partition electrolysis cells, in which at least one electrode is broken.

Es ist eine große Zahl von Elektrolyseprozessen mit ungeteilten und durch Trennwände geteilten Elektrolysezellen bekannt, bei denen Gas im Elektrolyt freigesetzt wird. Die negativen Auswirkungen eines derartigen Blasenregimes zu vermindern, ist Gegenstand dieser Erfindung. Bei vielen dieser Prozesse nach dem Stand der Technik läßt man die direkt kontaktierten Elektroden zur Erzielung einer kompakten Bauweise vertikal in die Elektrolytflüssigkeit eintauchen. Besonders bei geteilten Elektrolysezellen, in denen anodenseitig und kathodenseitig Gas entwickelt wird, ist diese Bauweise anzutreffen. Die Gasblasen stören jedoch in vielfältiger Weise den Elektrolyseprozeß. Besonders zu nennen sind:

  • - Erhöhung des Ohmschen Spannungsabfalls,
  • - Blockierung von Elektroden und Trennwänden,
  • - ungleichmäßige Strombelastung zwischen oben und unten
  • - Druckschwankungen zwischen Anolytraum und Katholytraum bei verändertem Gasgehalt in geteilten Elektrolysezellen
  • - Vibration durch Masseverlagerung von Großblasen in der Zweiphasenströmung
  • - hochfrequente Druckschwankungen, verursacht durch die Zweiphasenströmung an den verengten Auslaßöffnungen,
  • - Druckschwarkungen durch Veränderung der Strombelastung
A large number of electrolysis processes with undivided and divided by partition electrolysis cells are known, in which gas is released in the electrolyte. To reduce the negative effects of such a bladder regime is the subject of this invention. In many of these prior art processes, the directly contacted electrodes are vertically immersed in the electrolyte liquid to achieve a compact design. This type of construction is particularly common in split electrolysis cells in which gas is developed on the anode and cathode sides. However, the gas bubbles interfere with the electrolysis process in a variety of ways. Particularly noteworthy are:
  • - increasing the ohmic voltage drop,
  • - blocking of electrodes and partitions,
  • - Uneven current load between top and bottom
  • - Pressure fluctuations between anolyte space and catholyte space with changed gas content in divided electrolysis cells
  • - Vibration due to mass displacement of large bubbles in the two-phase flow
  • - high-frequency pressure fluctuations caused by the two-phase flow at the narrowed outlet openings,
  • - Pressure fluctuations due to changes in the current load

Die Zweiphasenströmung beeinträchtigt nicht nur die elektrochemischen Bedingungen, sondern auch die Festigkeit und Lebensdauer der Bauteile.The two-phase flow affects not only the electrochemical conditions, but also the strength and service life of the components.

Nach der französischen Patentanmeldung 2 514 376 ist ein Elektrolyseverfahren in durch Trennwände geteilten Elektrolysezellen bekannt, bei dem der Elektrolyt unter dem Einfluß der Schwerkraft als Film über die Oberfläche einer Elektrode geleitet wird. Eventuell entstehendes Gas kann durch die Durchbrüche der darüber angeordneten Streckmetallelektrode entweichen. Wie das Verfahren für gasentwickelnde technische Elelctrolyseprozesse auszuführen ist, ist nicht erwähnt.According to French patent application 2 514 376, an electrolysis process in electrolysis cells divided by partition walls is known, in which the electrolyte is passed as a film over the surface of an electrode under the influence of gravity. Any gas that is formed can escape through the openings in the expanded metal electrode arranged above it. There is no mention of how to carry out the process for gas-developing technical electrolysis processes.

Man hat auch durch eine Reihe von anderen Maßnahmen versucht, die geschilderten Störungen abzumildern. Bekannt sind folgende Maßnahmen:

  • - Verminderung der Höhe,
  • - Verwendung-von durchbrochenen Elektroden,
  • - Vergrößerung des rückwärtigen Raumes hinter der Elektrode,
  • - Rezirkulierung des Elektrolyten in Verbindung mit einem Gasabscheider
A number of other measures have also been taken to alleviate the disruptions described. The following measures are known:
  • - reduction in height,
  • - use of perforated electrodes,
  • - enlarging the rear space behind the electrode,
  • - Recirculation of the electrolyte in connection with a gas separator

Diese Maßnahmen erhöhen jedoch die Apparatekosten und das Bauvolumen und mildern nur einige der genannten Störungen ab.However, these measures increase the apparatus costs and the construction volume and only alleviate some of the malfunctions mentioned.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, die hydro- 'statischen und hydrodynamischen Effekte zu beseitigen, den Einfluß der Bauhöhe auf den Gasblasengehalt des Elektrolyten zu vermindern und den rückwärtigen Raum hinter der Elektrode zu verkleinern.The object of the invention is now to eliminate the hydro- 'static and hydrodynamic effects, to reduce the influence of height on the gas bubble content of the electrolyte and to reduce the back space behind the electrode.

Es wird daher ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem mindestens eine durchbrochene Elektrode verwendet wird und das dadurch gekennzeichnet ist, daß man den Elektrolyten unter Ausnutzung der Schwerkraft so durch die Elektrolysezelle fließen läßt, daß seitlich zur Hauptfließrichtung des Elektrolyten ein Gasraum entsteht.A method is therefore proposed in which at least one perforated electrode is used and which is characterized in that the electrolyte is allowed to flow through the electrolysis cell using gravity in such a way that a gas space is formed laterally to the main flow direction of the electrolyte.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens läßt man den Elektrolyten so fließen, daß beide Elektroden, die durchbrochene Elektrode und eine Trennwand, oder die Trennwände benetzt werden.In one embodiment of the method, the electrolyte is allowed to flow in such a way that both electrodes, the perforated electrode and a partition, or the partition walls are wetted.

Man kann den Elektrolyten auch teilweise durch die Trennwand fließen lassen, mehrfach anstauen oder in mehreren Kanälen nebeneinander fließen lassen.You can also partially let the electrolyte flow through the partition, accumulate it several times or let it flow side by side in several channels.

Der Elektrolyt kann auch teilweise mäanderförmig umgelenkt werden.The electrolyte can also be partially deflected in a meandering manner.

Unter einer durchbrochenen Elektrode ist eine Elektrode zu verstehen, die Öffnungen aufweist, die größer sind als der Durchmesser der entstehenden Gasblasen, damit die Öffnungen nicht von einzelnen Gasblasen blockiert werden können. Geeignete Elektroden sind beispielsweise Lochbleche, Streckmetalle, Drahtgewebe, Elektroden aus einzelnen Stäben oder Blechstreifen, sogenannte Spaghetti-Elektroden. Elektroden mit eingearbeiteten Vertiefungen, in denen das Gas abgezogen werden kann, sind ebenfalls geeignet. Die durchbrochene Struktur der Elektroden kann auch so ausgebildet sein, daß der herabfließende Elektrolyt mehrfach angestaut wird. Die Elektroden können auch aus porösem Material hergestellt sein.A perforated electrode is to be understood as an electrode which has openings which are larger than the diameter of the resulting gas bubbles, so that the openings cannot be blocked by individual gas bubbles. Suitable electrodes are, for example, perforated sheets, expanded metals, wire mesh, electrodes made from individual rods or sheet strips, so-called spaghetti electrodes. Electrodes with recesses in which the gas can be drawn off are also suitable. The openwork structure of the electrodes can also be designed so that the down flowing electrolyte is accumulated several times. The electrodes can also be made of porous material.

Als Gegenelektrode können Elektroden mit geschlossener oder durchbrochener Struktur verwendet werden. Auch Gasdiffusionselektroden sind geeignet. Als Trennwände können Diaphragmen oder Ionenaustauschermembranen benutzt werden. Die Trennwände können mehrlagig aufgebaut sein. Die Elektrolysezellen können auch durch Trennwände in mehrere Kammern unterteilt sein.Electrodes with a closed or openwork structure can be used as the counter electrode. Gas diffusion electrodes are also suitable. Diaphragms or ion exchange membranes can be used as partitions. The partitions can be constructed in several layers. The electrolysis cells can also be divided into several chambers by partitions.

Bei geteilten Elektrolysezellen kann man beide Seiten nach den vorgeschlagenen Verfahren betreiben oder aber nur eine Seite, wobei die andere Seite nach dem Stand der Technik betrieben werden kann.In the case of divided electrolysis cells, both sides can be operated according to the proposed methods, or only one side, the other side being able to be operated according to the prior art.

Die Elektroden können eben oder gekrümmt sein. Die Elektroden sollen zur Gegenelektrode oder zur Trennwand einen geringeren Abstand haben oder mehr oder weniger vollständig auf der Trennwand aufliegen. Sie können auch mit dieser mechanisch verbunden sein. Zur Fixierung des Abstandes von Elektrode und Gegenelektrode bzw. Elektrode und Trennwand können an sich bekannte Abstandshalter benutzt werden. Ein zu großer Abstand von der Gegenelektrode oder der Trennwand würde zu einem unnötig großen Elektrolytdurchsatz führen, weil eine ionenleitende Verbindung von Elektrode und_Gegenelektrode bzw. Elektrode und Trennwand selbstverständlich erreicht werden muß.The electrodes can be flat or curved. The electrodes should be at a smaller distance from the counterelectrode or from the dividing wall or should lie more or less completely on the dividing wall. You can also be mechanically connected to this. Known spacers can be used to fix the distance between the electrode and counterelectrode or electrode and partition. Too great a distance from the counter electrode or the partition would lead to an unnecessarily large electrolyte throughput, because an ion-conducting connection of the electrode and counter electrode or electrode and partition must of course be achieved.

Der Elektrolyt darf auch ganz oder teilweise auf der Rückseite der Elektrode fließen. Die entstehenden Gasblasen geben durch Zerplatzen an der Phasengrenze ihren Gasinhalt in den seitlich zur Hauptfließrichtung angrenzenden Gasraum ab. Bei plattenförmigen Elektroden ist das der rückwärtige Raum hinter der Elektrode.All or part of the electrolyte may flow on the back of the electrode. The resulting gas bubbles release their gas content in the gas space adjacent to the main flow direction by bursting at the phase boundary. In the case of plate-shaped electrodes, this is the rear space behind the electrode.

Es findet also direkt im herabfallenden'Flüssigkeitsfilm eine Phasentrennung statt. Die beim Aufplatzen der Blasen eventuell mitgerissenen Elektrolyttröpfchen können beispielsweise durch schräg angeordnete Bleche, die auch der Stromzufuhr dienen können, wieder an die Elektrode zurückgeleitet werden. Elektrolyt und Gas können - da sie weitgehend getrennt sind - einzeln abgezogen werden. Der Elektrolyt soll der Elektrode über die gesamte Breite zulaufen. Die dazu erforderlichen Einrichtungen wie beispielsweise Verteilerrinnen sind an sich bekannt.There is therefore a phase separation directly in the falling liquid film. The electrolyte droplets which may be entrained when the bubbles burst open can be returned to the electrode again, for example, by obliquely arranged metal sheets which can also serve to supply current. Electrolyte and gas can be removed individually as they are largely separated. The electrolyte should run across the entire width of the electrode. The facilities required for this, such as distribution channels, are known per se.

Der Elektrolyt kann auch zwischen den Trennwänden, und in Sonderfällen auch innerhalb der Trennwände, fließen. Um eine bessere Benetzbarkeit von Elektrode und Ionenaustauschermembran bei geringem Elektrolytfluß zu erzielen, kann ein Diaphragma zwischen beiden angeordnet sein. Ionenaustauschermembran, Diaphragma und Elektrode können dicht aufeinanderliegen. Bei größerem Elektrolytdurchsatz kann es jedoch zweckmäßig sein, zwischen Ionenaustauschermembran und Diaphragma einen Spalt zu lassen, in dem der Elektrolyt fließen kann. Der Elektrolyt bleibt damit weitgehend blasenfrei.The electrolyte can also flow between the partitions, and in special cases also within the partitions. In order to achieve better wettability of the electrode and ion exchange membrane with a low electrolyte flow, a diaphragm can be arranged between the two. Ion exchange membrane, diaphragm and electrode can lie close together. If the electrolyte throughput is greater, however, it may be expedient to leave a gap between the ion exchange membrane and the diaphragm in which the electrolyte can flow. The electrolyte thus remains largely free of bubbles.

Bei Elektrolysezellen mit mehreren Kammern, wie beispielsweise bei der Elektrodialyse von Meerwasser, bei der abwechselnd Kationen- und Anionenaustauschermembranen angeordnet sind, kann der Elektrolyt auch zwischen diesen Trennwänden fließen.In electrolysis cells with several chambers, such as for example in the electrodialysis of sea water, in which cation and anion exchange membranes are arranged alternately, the electrolyte can also flow between these partition walls.

Man kann den Elektrolyten auch mäanderförmig herabfließen lassen. Man erreicht das beispielsweise durch eine entsprechende Gestaltung der Abstandshalter oder der Elektroden.You can also let the electrolyte flow down in a meandering shape. This can be achieved, for example, by appropriately designing the spacers or the electrodes.

Durch entsprechend gestaltete Abstandshalter oder Elektroden kann auch erreicht werden, daß der Elektrolyt in mehreren Kanälen herabfließt.Correspondingly designed spacers or electrodes can also ensure that the electrolyte flows down in several channels.

Damit der Elektrolyt im Sinne des erfindungsgemäßen Vorschlages überhaupt fließen kann, müssen Elektroden und Trennwände so angeordnet sein, daß ein gewisses Gefälle, charakterisiert durch den Winkel α, gegenüber der Horizontalen entsteht. Der Winkel α muß größer als 0 und kleiner als 180° sein. Ein α größer als 90° soll bedeuten, daß der Elektrolyt an der Unterseite der durchbrochenen Elektrode fließt. Die ionenleitende Verbindung zur Gegenelektrode bzw. zur Trennwand muß dann durch Kapillarkräfte sichergestelt werden. Das bedeutet, daß hydrophile Oberflächen vorliegen müssen. Falls zwischen Elektrode und Trennwand ein Spalt gewünscht wird, muß dieser klein sein. Auch der zulässige Elektrolytdurchsatz ist in diesem Fall begrenzt. Es ist daher vorteilhafter, einen Winkel α zwischen 0 und 90° zu wählen. Aus Gründen eines einfachen und übersichtlichen Apparateaufbaus ist ein Winkel α von etwa 90° zu bevorzugen, besonders dann, wenn die Elektrolysezelle auf der Anoden-und Kathodenseite nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden soll.So that the electrolyte can flow in the sense of the proposal according to the invention, electrodes and partitions must be arranged in such a way that a certain slope, characterized by the angle α, with respect to the horizontal arises. The angle α must be greater than 0 and less than 180 °. An α greater than 90 ° should mean that the electrolyte flows on the underside of the perforated electrode. The ion-conducting connection to the counterelectrode or to the partition must then be secured by capillary forces. This means that there must be hydrophilic surfaces. If a gap is desired between the electrode and the partition, it must be small. The permissible electrolyte throughput is also limited in this case. It is therefore more advantageous to choose an angle α between 0 and 90 °. For reasons of a simple and clear apparatus construction, an angle α of approximately 90 ° is to be preferred, especially when the electrolytic cell is to be operated on the anode and cathode side using the method according to the invention.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf alle Elektrolysen anwendbar, bei denen in einem flüssigen Elektrolyt Gasblasen entstehen, wie beispielsweise auf:

  • - Alkalichlorid-Elektrolyse
  • - Salzsäure-Elektrolyse
  • - Wasser-Elektrolyse
  • - Schmelzfluß-Elektrolyse
  • - Chlorat-Elektrolyse
The method according to the invention can be applied to all electrolyses in which gas bubbles are formed in a liquid electrolyte, for example on:
  • - alkali chloride electrolysis
  • - Hydrochloric acid electrolysis
  • - water electrolysis
  • - Melt flow electrolysis
  • - chlorate electrolysis

.Das erfindungsgemäße Verfahren ist in geteilten und ungeteilten Elektrolysezellen anwendbar.The method according to the invention can be used in divided and undivided electrolysis cells.

Das vorgeschlagene Verfahren ist auch für Sekundärreaktionen innerhalb der Elektrolysezelle geeignet, beispielsweise zur Herstellung von Propylenoxid aus Propylen über die an sich bekannte Halogen-Zwischenstufe.The proposed method is also suitable for secondary reactions within the electrolytic cell, for example for the production of propylene oxide from propylene via the halogen intermediate known per se.

Am Beispiel der Natriumchlorid-Elektrolyse lassen sich deutliche Vorteile gegenüber dem Stand der Technik feststellen:

  • Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf beide Seiten einer durch Ionenaustauschermembran oder Diaphragma geteilten Elektrolysezelle kann ein gleichbleibender sehr kleiner Differenzdruck zwischen Katholytraum und Anolytraum eingestellt werden, denn hydrodynamische und hydrostatische Vibrationen und Druckunterschiede treten nicht mehr auf.
Taking sodium chloride electrolysis as an example, there are clear advantages over the prior art:
  • By applying the method according to the invention to both sides of an electrolytic cell divided by an ion exchange membrane or a diaphragm, a constant, very small differential pressure can be set between the catholyte space and the anolyte space, since hydrodynamic and hydrostatic vibrations and pressure differences no longer occur.

Da es sich um Gasdrucke handelt, ist der Druck im oberen und unteren Teil der Elektrolysezelle nahezu gleich. Die ungewollte Vermischung von Anolyt und Katholyt beim Diaphragma-Verfahren läßt sich daher auf ein Minimum reduzieren. Durch die geringere mechanische Beanspruchung von Elektroden und Trennwänden kann eine feinere Elektrodenstruktur und eine dünnere Ionenaustauschermembran eingesetzt werden, was einer Reduzierung des Ohmschen Spannungsabfalls gleichkommt.Since these are gas pressures, the pressure in the upper and lower part of the electrolytic cell is almost the same. The undesired mixing of anolyte and catholyte in the diaphragm process can therefore be reduced to a minimum. Due to the lower mechanical stress on electrodes and partition walls, a finer electrode structure and a thinner ion exchange membrane can be used, which is equivalent to a reduction in the ohmic voltage drop.

Da das Aneinanderreiben von Elektroden und Trennwänden durch Vibration entfällt, ist mit einer längeren Lebensdauer der empfindlichen Schichten auf Membran und Elektroden zu rechnen. Beim Einsatz von Gasdiffusionselektroden wird eine Gefügelockerung durch Vibration verhindert. Durch den kurzen Transportweg der Gasblasen zum Gasraum ist der Gasgehalt des Elektrolyten gering, er ist oben und unten nahezu gleich, was sich günstig auf die Stromverteilung und den Ohmschen Spannungsabfall auswirkt. Da Elektrolyt und Gas getrennt voneinander strömen, lassen sich höhere Strömungsgeschwindigkeiten verwirklichen. Das führt zu einem nur wenige Millimeter tiefen Gasraum hinter den Elektroden. Man kann daher sehr hohe und sehr flache Zelleneinheiten bauen.Since the electrodes and partition walls do not rub against each other due to vibration, a longer life of the sensitive layers on the membrane and electrodes can be expected. When using gas diffusion electrodes, loosening of the structure by vibration is prevented. Due to the short transport path of the gas bubbles The gas content of the electrolyte to the gas space is low, it is almost the same at the top and bottom, which has a favorable effect on the current distribution and the ohmic voltage drop. Since the electrolyte and gas flow separately from one another, higher flow rates can be achieved. This leads to a gas space just a few millimeters deep behind the electrodes. It is therefore possible to build very high and very flat cell units.

Die Erfindung wird anhand der Figuren 1 bis 16 beispielsweise beschrieben. Es werden nur Anordnungen von Elektroden, Trennwänden und Abstandshaltern dargestellt. Die elektronenleitende Verbindung zur Stromquelle, das Gehäuse der Elektrolysezellen, die Rohrleitungen und dergleichen mehr, werden nicht bildlich dargestellt, da sie allgemein bekannt sind. Der Einfachheit halber sind alle Anordnungen bei d= 90° dargestellt.

  • Fig. 1, 2, 3, 14, 15 zeigen ungeteilte Anordnungen;
  • Fig. 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 16 zeigen Anordnungen, die durch Trennwände geteilt sind.
The invention is described, for example, with reference to FIGS. 1 to 16. Only arrangements of electrodes, partitions and spacers are shown. The electron-conducting connection to the power source, the housing of the electrolysis cells, the pipelines and the like are not depicted as they are generally known. For the sake of simplicity, all arrangements are shown at d = 90 °.
  • Fig. 1, 2, 3, 14, 15 show undivided arrangements;
  • 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 16 show arrangements which are divided by partitions.

Die Fig. 6, 10, 11, 12, 13 wird ohne Gegenelektrode dargestellt.6, 10, 11, 12, 13 is shown without a counter electrode.

In Fig. 1 sind zwei durchbrochene Elektroden 3 und 4 dargestellt, die durch scheibenförmige Abstandshalter 5 fixiert sind. Als Abstandshalter 5 sind aber auch Netze und Fäden geeignet. Der Elektrolyt 1 wird am oberen Rand der Elektroden aufgegeben und fließt nach unten, wobei beide Elektroden benetzt werden. Dabei kann auch ein Teil des Elektrolyten 1 an der Rückseite der Elektroden 3 und 4 herabfließen.In Fig. 1, two perforated electrodes 3 and 4 are shown, which are fixed by disc-shaped spacers 5. Nets and threads are also suitable as spacers 5. The electrolyte 1 is applied to the upper edge of the electrodes and flows downward, with both electrodes being wetted. Part of the electrolyte 1 can also flow down the back of the electrodes 3 and 4.

Die Anordnungen in Fig. 2 und Fig. 3 entsprechen weitgehend der Figur 1. In Fig. 2 besitzt die Elektrode 4 jedoch eine geschlossene Struktur. In Fig. 3 besteht die . Elektrode 4 aus einer Gasdiffusionselektrode.The arrangements in FIGS. 2 and 3 largely correspond to FIG. 1. In FIG. 2, the electrode 4 however a closed structure. In Fig. 3 there is. Electrode 4 from a gas diffusion electrode.

Fig. 4 zeigt eine durch eine Trennwand 6 geteilte'Anordnung. Elektrolyt 1 a und 1b fließt daher in getrennten Räumen, wobei jeweils eine Elektrode und die Trennwand 6 benetzt werden. Der Abstand der Bauteile 3, 4 und 6 kann durch Abstandshalter ähnlich Fig. 1 fixiert werden. In Fig. 5 liegen die Elektroden 3 und 4 direkt auf der Trennwand 6 auf. Man spricht in diesem Fall vom Nullabstand. Die Elektrode 3 ist hier als Drahtgewebe dargestellt. Der größtenteils auf der Rückseite der Elektroden fließende Elektrolyt 1 a und 1 b wird infolge der durchbrochenen Struktur der Elektroden 3 und 4 ständig gemischt und befördert die entstehenden Gasblasen an die Grenze zum Gasraum. In Fig. 6 ist die Elektrode 3 direkt mit der Trennwand mechanisch verbunden. Der Elektrolyt 1 b fließt hier vollständig auf der Rückseite der Elektrode 3.4 shows an arrangement divided by a partition 6. Electrolyte 1 a and 1 b therefore flows in separate rooms, one electrode and the partition 6 each being wetted. The spacing of the components 3, 4 and 6 can be fixed by means of spacers similar to FIG. 1. 5, the electrodes 3 and 4 lie directly on the partition 6. In this case one speaks of the zero distance. The electrode 3 is shown here as a wire mesh. The largely flowing on the back of the electrodes electrolyte 1 a and 1 b is constantly mixed due to the broken structure of the electrodes 3 and 4 and conveys the resulting gas bubbles to the border to the gas space. In Fig. 6, the electrode 3 is mechanically connected directly to the partition. The electrolyte 1 b flows here completely on the back of the electrode 3.

Fig. 7 zeigt eine Anordnung mit zwei Trennwänden 6 und 2. Der Elektrolyt 1 b fließt vorzugsweise zwischen den Trennwänden 6 und 2, die zweckmäßigerweise durch Abstandshalter ähnlich Fig. 1 fixiert werden können. Es ist hier zu beachten, daß die frei zulaufende Elektrolytmenge durch die Geometrie und die Stoffeigenschaften festgelegt ist. Diesem Umstand ist beispielsweise durch Schaffung von Überläufen an der Aufgabenstelle des Elektrolytes Rechnung zu tragen. Der Elektrolyt 1 b steht durch die als Diaphragma ausgebildete Trennwand 2 in Kontakt zur Elektrode 3. Der Stoffaustausch geschieht weitgehend durch Diffusion. Die Gasblasen entstehen an der Berührungsstelle der Elektrode 3 mit dem elektrolytgefüllten Diaphragma 2 und können ihren Gasinhalt an den seitlich angrenzenden Gasraum abgeben.Fig. 7 shows an arrangement with two partitions 6 and 2. The electrolyte 1 b preferably flows between the partitions 6 and 2, which can be conveniently fixed by spacers similar to FIG. 1. It should be noted here that the free amount of electrolyte is determined by the geometry and the material properties. This fact has to be taken into account, for example, by creating overflows at the electrolyte application point. The electrolyte 1b is in contact with the electrode 3 through the partition 2 designed as a diaphragm. The gas bubbles arise at the point of contact of the electrode 3 with the electrolyte-filled diaphragm 2 and can release their gas content to the gas space adjoining on the side.

Fig. 8 zeigt eine Anordnung mit Trennwand 6, die so ausgebildet ist, daß der Elektrolyt 1 mindestens teilweise durch die Trennwand 6 herabfließt. Die Elektroden 3 und 1 liegen auf der Trennwand 6 auf. Die Anordnung ist vorzugsweise für geringen Elektrolytbedarf geeignet wie beispielsweise bei der Wasserelektrolyse.Fig. 8 shows an arrangement with partition 6, which is designed so that the electrolyte 1 flows at least partially through the partition 6. The electrodes 3 and 1 rest on the partition 6. The arrangement is preferably suitable for low electrolyte requirements, such as in water electrolysis.

Fig. 9 zeigt eine Anordnung für eine geteilte Elektrolysezelle, bei der der Elektrolyt 1 a und 1 b mehrfach mindestens teilweise angestaut wird. Die Elektrode 3 besteht aus Blechstreifen, die in einem Bereich so dicht zur Trennwand 6 angeordnet sind, daß eine Drosselstelle entsteht. Dadurch wird ein Teil des Elektrolyts gezwungen, über die obere Kante der Blechstreifen zu fließen. Eine ähnliche Wirkung wird durch die horizontal angeordneten Drähte erzielt, aus denen die Elektrode 4 aufgebaut ist. Durch den Abstandshalter 5 kann die Wirkung der Drosselstelle eingestellt werden.Fig. 9 shows an arrangement for a divided electrolytic cell, in which the electrolyte 1 a and 1 b is at least partially blocked several times. The electrode 3 consists of sheet metal strips which are arranged in a region so close to the partition 6 that a throttle point is created. This forces some of the electrolyte to flow over the top edge of the sheet metal strips. A similar effect is achieved by the horizontally arranged wires from which the electrode 4 is constructed. The effect of the throttle point can be adjusted by the spacer 5.

In Fig. 10 und Fig. 11 ist eine Elektrode gezeigt, bei der die Durchbrüche nicht bis auf die Rückseite hindurchgeführt sind. Fig. 10 zeigt einen vertikalen Schnitt und Fig. 11 einen horizontalen Schnitt derselben Anordnung. Durch die besondere Ausbildung der Elektrode 3 fließt der Elektrolyt 1 b in Kanälen nach unten, wobei er die Trennwand 6 und einen Teil der Elektrode 3 benetzt. Die teilweise Benetzung kann dadurch erreicht werden, daß die an die Trennwand 6 angrenzenden Bereiche der Elektrode 3 hydrophil und die entfernteren Bereiche hydrophob ausgebildet sind. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Anordnung mit einem Winkel α < 90° zu betreiben. Der seitlich an die Hauptflußrichtung des Elektrolyten angrenzende Gasraum wird hier durch die Elektrode 3 selbst eingeschlossen. Diese Elektrodenart kann gleichzeitig als bipolare Trennwand dienen.10 and 11 show an electrode in which the openings are not led through to the rear. Fig. 10 shows a vertical section and Fig. 11 shows a horizontal section of the same arrangement. Due to the special design of the electrode 3, the electrolyte 1 b flows downwards in channels, wetting the partition 6 and part of the electrode 3. The partial wetting can be achieved in that the regions of the electrode 3 adjoining the partition 6 are made hydrophilic and the more distant regions are hydrophobic. Another possibility is to operate the arrangement with an angle α <90 °. The gas space adjoining the main flow direction of the electrolyte is enclosed here by the electrode 3 itself. This type of electrode can also serve as a bipolar partition.

Fig. 12 zeigt einen Horizontalschnitt einer Anordnung, bei der der Elektrolyt 1 b ebenfalls in Kanälen abwärts fließt. Die Elektrode 3 ist hier aus Drähten gefertigt. )ie Elektrode 3 kann, wie dargestellt, teilweise benetzt sein oder auch ganz.Fig. 12 shows a horizontal section of an arrangement in which the electrolyte 1 b also flows down in channels. The electrode 3 is made of wires here. ) The electrode 3 can, as shown, be partially wetted or even completely.

Fig. 13 zeigt ebenfalls einen Horizontalschnitt. Die Elektrode 3 besteht aus porösem Material und ist in Streifen nebeneinander angeordnet. Die einzelnen Streifen lassen Lücken frei, durch die die Gasblasen ihren Gasinhalt in den seitlich angrenzenden Gasraum abgeben können. Ein Teil des gebildeten Gases kann dabei durch die Poren der Elektrode 3 in diesen Gasraum gelangen.13 also shows a horizontal section. The electrode 3 consists of porous material and is arranged next to one another in strips. The individual strips leave gaps through which the gas bubbles can release their gas content into the gas space adjacent to the side. Part of the gas formed can get into this gas space through the pores of the electrode 3.

Fig. 14 zeigt eine ungeteilte Anordnung, bei der die aus vielen Drähten aufgebauten Elektroden 3 und 4 kammartig ineinandergesteckt sind. Elektrode und Gegenelektrode liegen daher nicht nebeneinander sondern untereinander. Die Anode ist mit "+" und die Kathode mit "-" gekenn-' zeichnet. Der Elektrolyt 1 fließt quer zu den Drähten. Man kann den Elektrolyten 1 jedoch auch parallel zu den Drähten fließen lassen. Fig. 15 unterscheidet sich nur dadurch von Fig. 14, daß ein anderes Profil anstelle der Drähte dargestellt ist.FIG. 14 shows an undivided arrangement in which the electrodes 3 and 4 made up of many wires are inserted into one another like a comb. The electrode and counter electrode are therefore not next to each other but one below the other. The anode is marked with "+" and the cathode with "-". The electrolyte 1 flows across the wires. However, the electrolyte 1 can also be made to flow parallel to the wires. Fig. 15 differs from Fig. 14 only in that a different profile is shown instead of the wires.

Fig. 16 zeigt eine durch eine Trennwand 6 geteilte Anordnung von Elektrode 3 und Gegenelektrode 4, bei der die Einzeldrähte der Elektroden ebenfalls kammartig ineinandergesteckt sind. Die Fließrichtung der Elektrolyte 1 a und 1 b kann auch parallel zu den Drähten sein.16 shows an arrangement of electrode 3 and counterelectrode 4 divided by a partition 6, in which the individual wires of the electrodes are likewise inserted into one another like a comb. The direction of flow of the electrolytes 1 a and 1 b can also be parallel to the wires.

Claims (8)

]. Verfahren zum Elektrolysieren von flüssigen Elektrolyten mit Gasblasenbildung im Elektrolyten in ungeteilten oder durch mindestens eine Trennwand geteilten Elektrolysezellen, bei denen mindestens eine Elektrode durchbrochen ist, dadurch gekennzeichnet, daß man den Elektrolyten unter Ausnutzung der Schwerkraft so durch die Elektrolysezelle fließen läßt, daß seitlich zur Hauptfließrichtung des Elektrolyten ein Gasraum entsteht.]. Process for the electrolysis of liquid electrolytes with gas bubble formation in the electrolyte in undivided or divided by at least one partition electrolysis cells, in which at least one electrode is broken, characterized in that the electrolyte is allowed to flow through the electrolysis cell using the force of gravity, that laterally to the main flow direction of the electrolyte creates a gas space. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Elektrolyten so fließen läßt, daß beide Elektroden benetzt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the electrolyte is allowed to flow so that both electrodes are wetted. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Elektrolyten so fließen läßt, daß die durchbrochene Elektrode und eine Trennwand benetzt werden.3. The method according to claim 1, characterized in that the electrolyte is allowed to flow so that the perforated electrode and a partition are wetted. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Elektrolyten so fließen läßt, daß die Trennwände benetzt werden.4. The method according to claim 1, characterized in that the electrolyte is allowed to flow so that the partitions are wetted. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Elektrolyten mindestens teilweise durch die Trennwand fließen läßt.5. The method according to claim 1, characterized in that the electrolyte is allowed to flow at least partially through the partition. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Elektrolyten so fließen läßt, daß er mehrfach angestaut wird.6. The method according to claim 1, characterized in that the electrolyte is allowed to flow so that it is accumulated several times. 7. Verfahren nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß man den Elektrolyten in mehreren Kanälen nebeneinander fließen läßt.7. The method according to claim l, characterized in that the electrolyte is allowed to flow side by side in several channels. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt mindestens teilweise mäanderförmig umgelenkt wird.8. The method according to claim 1, characterized in that the electrolyte is deflected at least partially in a meandering shape.
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