EP0274138B1 - Elektrodenanordnung für gasbildende Elektrolyseure mit vertikal angeordneten Plattenelektroden - Google Patents

Elektrodenanordnung für gasbildende Elektrolyseure mit vertikal angeordneten Plattenelektroden Download PDF

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EP0274138B1
EP0274138B1 EP87201843A EP87201843A EP0274138B1 EP 0274138 B1 EP0274138 B1 EP 0274138B1 EP 87201843 A EP87201843 A EP 87201843A EP 87201843 A EP87201843 A EP 87201843A EP 0274138 B1 EP0274138 B1 EP 0274138B1
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plate
electrodes
membrane
ante
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EP87201843A
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Karl Lohrberg
Peter Dr. Kohl
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GEA Group AG
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Metallgesellschaft AG
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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
    • 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

Definitions

  • the invention relates to an electrode arrangement for gas-forming, monopolar membrane electrolysers with a vertically arranged plate electrode and counter electrode and an ion-selective membrane between the plate electrode and counter electrode, the plate electrode consisting of individual strip-shaped sheets separated from one another by a gap, which have a surface on their side facing the counter electrode have activating coating.
  • Electrode arrangement is known from DE-A-31 23 665.
  • the grid-like electrode closest to the membrane is the actually active electrode, behind which there is a perforated support layer.
  • Plate electrodes of a bipolar electrolytic cell are described in EP-A-0 076 747, the electrical field mainly consisting of pre-electrodes, each of which is connected to a plate electrode.
  • Electrodes with openings for the removal of the reaction gases are used, for example perforated electrodes, wire mesh or expanded metal.
  • the disadvantages include in a reduced active surface, lack of mechanical stability and loss of high-quality coating material on the back of the electrode.
  • the electrodes are ideally also to be used as conductors of the electrical current. These Application does not cause any problems in bipolar cells, since the current is transported through the electrode in the direction of the electrolysis current, ie there is in any case a sufficient cross section for the current transport. With monopolar cells, however, the current in the electrode must be transported across the electrolysis current. Flat electrodes can be used for this, but wire mesh and expanded metals cannot be used easily. This applies in particular to those electrolysis cells which, in contrast to the diaphragm cells, operate at current densities above 3 kA / m2. In this case, internal current line elements, such as line rods, are normally used, from which the current is distributed to the active surface of the electrodes (DE-OS 28 21 984).
  • the ion-selective membrane rests on the flat structures of the anode due to the different densities of the alkali hydroxide in the cathode compartment and the acidic aqueous alkali chloride solution in the anode compartment. Since no or only a very weak electrolysis can take place on this contact surface due to the absence or only very slight presence of electrolyte, expanded metal, perforated plates or similar electrode plates made of titanium are used in technical electrolysis for this purpose, in order to flank the holes or the expanded metal and in some cases also to allow the electrolysis process to take place on the back of the electrode sheets. As a result, however, active electrode area is lost. The consequence of this is that the voltage increases undesirably.
  • the invention has for its object to avoid or reduce such voltage losses and to enable high electrolysis currents. At the same time, the current distribution between the plate electrodes be evened out.
  • this is done according to the invention in that the plate electrodes on the side facing the membrane are electrically conductively connected to an areal, perforated, electrically conductive pre-electrode running parallel to the plate electrode, the distance between the plate electrode and the pre-electrode 1 to 5 mm is.
  • the membrane is securely held at a certain distance from the plate-shaped anode and the filling of the space between the membrane and the plate surface with electrolyte is ensured.
  • the pre-electrode carries the ion-selective membrane, while the electrically highly conductive, plate-shaped electrode allows high electrolysis currents and at the same time participates in the electrolysis with its surface facing the pre-electrode.
  • the surface of the membrane that is inactive in conventional arrangements due to the necessary perforation of the usual electrodes is also included in the electrolysis process.
  • particularly effective degassing is brought about in the electrolyte.
  • the vertically arranged plate anode can consist, in a manner known per se, of strip-shaped titanium sheets which are bent in a certain way and have gas discharge lines corresponding to the type described in EP-A-0 102 099.
  • the individual strip-shaped sheets are completely separated from one another by a horizontally continuous gap .
  • the plate electrodes can also be constructed from vertical strips and from vertical strips on the one hand and horizontal strips on the other.
  • Membrane electrolysis cells of such an electrode structure in which the electrodes of one polarity are divided into several horizontal strips and the electrodes of the opposite polarity consist of vertical strips are known from EP-A-0 097 991.
  • the pre-electrode is usually connected to cams or bumps of the plate electrode by spot welding.
  • the distances or number of hump or spot welds are adapted to the requirements with regard to the current load. Of course, all other common connection techniques can also be used.
  • the perforated, electrically conductive metallic pre-electrode which is generally resilient and flexible and has a thickness of about 0.5 to 2 mm, can for example be a perforated plate (screen plate), expanded metal or wire mesh, e.g. a wire mesh or wire mesh.
  • the pre-electrode can also be formed by a system of individual wires, which are aligned in a plane essentially parallel to the plate electrode and are conductively connected to the plate electrode by spot welding. The individual wires can be arranged in parallel or at an angle to one another, so that square or diamond-like structures arise.
  • the construction material for the electrode arrangement according to the invention for monopolar electrolyzers depends in a manner known per se on the use of the electrode arrangement as an anode or cathode. If the electrode arrangement consisting of plate electrodes and pre-electrodes connected to them as anodes is used in the electrolysis of aqueous alkali chloride solutions, the plate and pre-electrodes consist, for example, of titanium, zirconium, niobium, tantalum or their alloys. When used as cathodes, the material is pre and Plate electrode, for example stainless steel, nickel or steel plated with these metals.
  • the electrode arrangement of the invention is firmly installed in a manner known per se in a frame which has connection elements for the supply of the electric current.
  • the plate electrode is only provided with an activating coating on its surface facing the membrane, in a known manner from e.g. Metal oxides and metals from the platinum, iridium, osmium, palladium, rhodium, ruthenium group.
  • the electrode arrangement according to the invention is used in monopolar electrolysers with ion-selective membranes, it being e.g. can be perfluorinated cation exchange membranes.
  • ion-selective membranes it being e.g. can be perfluorinated cation exchange membranes.
  • Such membranes allow the separation of cathodic and anodic products of an electrolysis from one another or from the reactants supplied to the counterelectrode.
  • the electrode arrangement according to the invention has a number of advantages.
  • the ion-selective membrane is kept at the desired constant distance from the plate electrode in a simple and safe manner. Due to the fact that both the perforated pre-electrode works on the flanks of the openings and the plate electrode works on the projected areas of the openings, the current in the membrane is distributed more evenly than when using only perforated electrodes. In the space between the pre-electrode and the plate electrode, a better degassing of the electrolyte and a better electrolyte exchange are achieved due to the geometrical arrangement. Due to the arrangement of the invention, it is also possible to reduce the voltage drop.
  • the K number can be reduced by values of up to 0.05 V.m2 / kA, which corresponds to a voltage gain of 200 mV at a current of 4 kA / m2.
  • a frame (1) carries the plate electrode, which consists of continuously horizontally separated, plate-shaped strips (2), the upper edges (3) of which are angled and thus conduct the evolving gases behind the active electrode surface, cf. 1, 2 and 4.
  • the electrolyte is introduced via a perforated tube, cf. 1 and 4, the tube end (9) is squeezed.
  • the electrolyte enters the cell from the frame (1) via openings (11), cf. Fig. 3.
  • FIG. 10 denotes the outlet opening for the electrolyte, which can be seen in FIG. 1.
  • the frame (1) is extended laterally by the rail (4), which has holes (5) for lines for connection to electrical energy sources.
  • the grid-like, only partially shown pre-electrode (6) is electrically conductively connected to the strips (2) of the plate electrode via a series of welded stitchings (7), cf. in particular Fig. 4.
  • a test cell with an ion-selective membrane (Nafion R 90209 from E.I. du Pont de Nemours & Co. Inc.)
  • comparative measurements were carried out with conventional perforated anode structures and with an electrode arrangement according to the invention.
  • the openwork conventional electrode consisted of expanded metal (titanium, activated with RuO2) with a free area of 20%.
  • the total height of the electrolytic cell was 300 mm, the depth 200 mm.
  • the electrode arrangement according to the invention consisted of a pre-electrode of the same expanded metal (titanium, activated with RuO2) and a triple horizontal plate electrode (titanium, activated with RuO2).
  • the gap between the front and plate electrodes was kept at a distance of 3 mm by vertical titanium wires, which simultaneously made electrical contact between the front and plate electrodes.
  • the counter electrode consisted of non-activated expanded metal made of nickel.
  • the electrode gap between the front electrode and counter electrode was 4 mm.
  • the membrane was in contact with the pre-electrode.
  • the electrolyte temperature was 70 to 80 ° C.
  • the catholyte consisted of 32% sodium hydroxide solution.
  • the brine contained 310 g NaCl / l; the anolyte contained 200 g NaCl / l.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Elektrodenanordnung für gasbildende, monopolare Membran-Elektrolyseure mit vertikal angeordneter Plattenelektrode sowie Gegenelektrode und einer ionenselektiven Membran zwischen Plattenelektrode und Gegenelektrode, wobei die Plattenelektrode aus einzelnen streifenförmigen, durch einen Spalt voneinander getrennten Blechen besteht, die auf ihrer der Gegenelektrode zugewandten Oberfläche einen aktivierenden Überzug aufweisen.
  • Eine solche Elektrodenanordnung ist aus DE-A-31 23 665 bekannt. Bei der Elektrodenanordnung gemäß EP-A-0 170 419 ist die der Membran nächstgelegene gitterartige Elektrode die eigentlich aktive Elektrode, hinter der sich eine durchbrochene Stützschicht befindet. Plattenelektroden einer bipolaren Elektrolysezelle sind in EP-A-0 076 747 beschrieben, wobei das elektrische Feld vor allem zwischen Vorelektroden besteht, die jeweils mit einer Plattenelektrode verbunden sind.
  • Bei der Durchführung elektrochemischer Prozesse kommt es auf eine gleichmäßige Verteilung des Stroms über die Elektrodenoberfläche an. Die gleichmäßige Verteilung wird durch die Streufähigkeit des Elektrolyten wie auch durch die Homogenität der Elektroden beeinflußt. Zwar kann mangelnde Streufähigkeit durch Vergrößerung des Elektrodenabstandes ausgeglichen werden, doch wird hierdurch der Spannungsabfall der Zelle erhöht. Bei Inhomogenitäten in der Elektrodenoberfläche bewirkt der Stromfluß lokale Verwerfungen. Der parallelen Anordnung der Elektroden, d.h. dem gleichförmigen Abstand zwischen Anode und Kathode kommt somit wesentliche Bedeutung zu. Die Einhaltung bzw. Einstellung eines definierten Elektrodenabstandes ist in Gase wie Chlor, Sauerstoff und Wasserstoff erzeugenden technischen Membran-Elektrolysezellen äußerst aufwendig. Bei geringem Abstand zwischen den Elektroden können die Gasblasen nicht schnell genug abgeführt werden, bei großem Abstand erfolgt die Abführung zwar schnell, jedoch steigt die Zellenspannung wegen des größeren Elektrolytwiderstandes an. Bei den häufig vorgeschlagenen Nullabstand-Zellen, d.h. Zellen, bei welchen sowohl die aktive Anodenstruktur als auch die aktive Kathodenstruktur an der Membran anliegen, sinkt die Lebensdauer der Membran, weil lokale Stromspitzen nicht vermieden werden können.
  • Die Anwesenheit von Gas im Elektrolyten zwischen den Elektroden setzt dessen elektrische Leitfähigkeit herab und steigert somit den Energieverbrauch. Des weiteren können Mikrostromverwerfungen in der Elektrodenoberfläche auftreten. Darüber hinaus ruft die Gasentwicklung Turbulenzen im Elektrolyten hervor. Eine turbulente Bewegung des Elektrolyten hat den Nachteil, daß die Membran intensiven mechanischen Belastungen ausgesetzt ist. Zur Vermeidung einer beschleunigten Zerstörung der Membran besteht im allgemeinen der Zwang zur Begrenzung der Höhe der Elektroden, zur Einstellung eines erheblichen Abstandes zwischen den Elektroden der Zelle und zur Begrenzung der elektrischen Stromdichte, was gleichzeitig für die energetische Ausbeute der Elektrolysezelle und ihre Produktivität von Nachteil ist.
  • Zur Verminderung der Nachteile von Elektrolysezellen mit Membranen und vertikal angeordneten Elektroden werden im allgemeinen durchbrochene Elektroden, d.h. Elektroden mit Öffnungen für die Abfuhr der Reaktionsgase verwendet, beispielsweise gelochte Elektroden, Drahtgewebe oder Streckmetall. Die Nachteile liegen u.a. in verminderter aktiver Oberfläche, mangelnder mechanischer Stabilität und Verlust an hochwertigem Beschichtungsmaterial auf der Elektrodenrückseite.
  • In Elektrolysezellen sind idealerweise die Elektroden auch als Leiter des elektrischen Stromes zu verwenden. Diese Anwendung verursacht keine Probleme in bipolaren Zellen, da hier der Strom in Richtung des Elektrolysestromes durch die Elektrode transportiert wird, d.h. es steht in jedem Fall ein ausreichender Querschnitt zum Stromtransport zur Verfügung. Bei monopolaren Zellen muß jedoch der Strom in der Elektrode quer zum Elektrolysestrom transportiert werden. Hierfür sind zwar Flächenelektroden verwendbar, hingegen können Drahtgeflechte und Streckmetalle nicht ohne weiteres eingesetzt werden. Dieses trifft insbesondere zu bei solchen Elektrolysezellen, die im Gegensatz zu den Diaphragmazellen bei Stromdichten oberhalb 3 kA/m² arbeiten. In diesem Falle werden normalerweise interne Stromleitungselemente, wie Leitungsstäbe, verwendet, von denen aus der Strom auf die Aktivfläche der Elektroden verteilt wird (DE-OS 28 21 984).
  • Bei Elektrolysen wäßriger Alkalichloridlösungen nach dem Membranverfahren mit ionenselektiven Membranen liegt aufgrund der unterschiedlichen Dichten des Alkali-Hydroxids im Kathodenraum und der sauren wäßrigen Alkalichloridlösung im Anodenraum die ionenselektive Membran auf den flächigen Strukturen der Anode auf. Da an dieser Auflagefläche keine oder nur eine sehr schwache Elektrolyse wegen des Fehlens oder nur sehr geringen Anwesenheit von Elektrolyt stattfinden kann, wendet man auch aus diesen Gründen in der technischen Elektrolyse Streckmetall, Lochbleche oder ähnliche Elektrodenbleche aus Titan an, um an den Flanken der Löcher oder des Streckmetalls und teilweise auch an der Rückseite der Elektrodenbleche den Elektrolysevorgang stattfinden zu lassen. Hierdurch geht jedoch aktive Elektrodenfläche verloren. Die Folge davon ist, daß die Spannung unerwünscht ansteigt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartige Spannungsverluste zu vermeiden bzw. zu verringern und hohe Elektrolyseströme zu ermöglichen. Gleichzeitig soll die Stromverteilung zwischen den Plattenelektroden vergleichmäßigt werden. Bei der eingangs genannten Elektrodenanordnung geschieht dies erfindungsgemäß dadurch, daß die Plattenelektroden auf der der Membran zugekehrten Seite elektrisch leitend mit einer flächenhaften, durchbrochenen, parallel zur Plattenelektrode verlaufenden, elektrisch leitenden Vorelektrode verbunden sind, wobei der Abstand zwischen der Plattenelektrode und der Vorelektrode 1 bis 5 mm beträgt.
  • Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird in sicherer Weise die Membran in einem bestimmten Abstand von der plattenförmigen Anode gehalten und die Füllung des Zwischenraumes zwischen Membran und Plattenoberfläche mit Elektrolyt gewährleistet. Die Vorelektrode trägt die ionenselektive Membran, während die elektrisch gut leitende, plattenförmige Elektrode hohe Elektrolyseströme gestattet und gleichzeitig mit ihrer der Vorelektrode zugekehrten Fläche an der Elektrolyse teilnimmt. Darüber hinaus ist auch diejenige Fläche der Membran in den Elektrolysevorgang einbezogen, die bei herkömmlichen Anordnungen aufgrund der notwendigen Perforation der üblichen Elektroden inaktiv ist. Ferner wird eine besonders wirkungsvolle Entgasung im Elektrolyten herbeigeführt.
  • Die vertikal angeordnete Plattenanode kann in an sich bekannter Weise aus streifenförmigen Titanblechen bestehen, die in bestimmter Weise abgekantet sind und Gasableitungen aufweisen entsprechend der in EP-A-0 102 099 beschriebenen Art. Die einzelnen streifenförmigen Bleche sind durch einen horizontal durchgehenden Spalt völlig voneinander getrennt.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die Plattenelektroden auch aus vertikalen sowie einerseits aus vertikalen und andererseits aus horizontalen Streifen aufgebaut sein. Membran-Elektrolysezellen eines solchen Elektrodenaufbaus, bei welchem die Elektroden der einen Polarität in mehrere horizontale Streifen geteilt sind und die Elektroden der entgegengesetzten Polarität aus vertikalen Streifen bestehen, sind aus EP-A-0 097 991 bekannt.
  • Zwischen der Vorelektrode und der zugehörigen Plattenelektrode besteht ein Abstand von 1 bis 5 mm und vorzugsweise von 1,5 bis 2,5 mm. Üblicherweise ist die Vorelektrode durch Punktschweißungen mit Nocken oder Buckeln der Plattenelektrode verbunden. Die Abstände bzw. Anzahl der Buckel- bzw. Punktschweißungen werden den Erfordernissen hinsichtlich der Strombelastung angepaßt. Selbstverständlich können auch alle anderen gebräuchlichen Verbindungstechniken angewendet werden.
  • Die durchbrochene, elektrisch leitende metallische Vorelektrode, die in aller Regel federnd und flexibel ist und eine Dicke von etwa 0,5 bis 2 mm aufweist, kann beispielsweise ein Lochblech (Siebblech), Streckmetall oder Drahtgewirke sein, z.B. ein Drahtgewebe oder Drahtgeflecht. Die Vorelektrode kann aber auch durch ein System von einzelnen Drähten gebildet werden, welche in einer Ebene im wesentlichen parallel zu der Plattenelektrode ausgerichtet und durch Punktschweißung an der Plattenelektrode mit dieser leitend verbunden sind. Dabei können die einzelnen Drähte parallel oder in einem Winkel zueinander angeordnet sein, so daß quadratische oder rautenähnliche Strukturen entstehen.
  • Das Konstruktionsmaterial für die Elektrodenanordnung gemäß der Erfindung für monopolare Elektrolyseure richtet sich in an sich bekannter Weise nach der Verwendung der Elektrodenanordnung als Anode oder Kathode. Wird die Elektrodenanordnung aus Plattenelektroden und mit diesen leitend verbundenen Vorelektroden als Anoden bei der Elektrolyse wäßriger Alkalichloridlösungen verwendet, bestehen Platten- und Vorelektrode beispielsweise aus Titan, Zirkonium, Niob, Tantal oder deren Legierungen. Bei der Verwendung als Kathoden ist der Werkstoff von Vor- und Plattenelektrode beispielsweise Edelstahl, Nickel oder mit diesen Metallen plattierter Stahl.
  • Die Elektrodenanordnung der Erfindung wird in an sich bekannter Weise fest in einen Rahmen eingebaut, der Anschlußorgane für die Zufuhr des elektrischen Stromes besitzt. Dabei wird die Plattenelektrode nur auf ihrer der Membran zugewandten Oberfläche mit einem aktivierenden Überzug versehen, in bekannter Weise aus z.B. Metalloxiden und Metallen der Gruppe Platin, Iridium, Osmium, Palladium, Rhodium, Ruthenium.
  • Die erfindungsgemäße Elektrodenanordnung wird in monopolaren Elektrolyseuren mit ionenselektiven Membranen eingesetzt, wobei es sich z.B. um perfluorierte Kationenaustauscher-Membranen handeln kann. Derartige Membranen erlauben die Trennung kathodischer und anodischer Produkte einer Elektrolyse voneinander oder von den der Gegenelektrode zugeführten Reaktanden.
  • Die erfindungsgemäße Elektrodenanordnung weist eine Reihe von Vorteilen auf. Es wird auf einfache und sichere Weise die ionenselektive Membran im gewünschten konstanten Abstand von der Plattenelektrode gehalten. Aufgrund der Tatsache, daß sowohl die durchbrochene Vorelektrode an den Flanken der Durchbrechungen als auch die Plattenelektrode auf den projizierten Flächen der Durchbrechungen arbeitet, wird der Strom in der Membran gleichmäßiger verteilt als bei alleiniger Verwendung von durchbrochenen Elektroden. In dem Zwischenraum zwischen Vorelektrode und Plattenelektrode wird aufgrund der geometrischen Anordnung eine bessere Entgasung des Elektrolyten und ein besserer Elektrolytaustausch erzielt. Aufgrund der Anordnung der Erfindung gelingt es ferner, den Spannungsabfall zu verringern. Bei Membranzellen mit ionenselektiven Membranen gelingt es, die K-Zahl um Werte bis zu 0,05 V.m²/kA abzusenken, was bei einem Strom von 4 kA/m² einem Spannungsgewinn von 200 mV entspricht.
  • In den Figuren 1 bis 4 ist die erfindungsgemäße Elektrodenanordnung näher und beispielsweise dargestellt.
    • Fig.
    1 zeigt eine Ansicht der Elektrodenanordnung,
    Fig. 2
    einen vertikalen Schnitt entlang der Linie C-C in Fig. 1,
    Fig. 3
    einen horizontalen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1 und
    Fig. 4
    einen Schnitt entlang der Linie D-D in Fig. 1 in vergrößerter Darstellung.
  • Ein Rahmen (1) trägt die Plattenelektrode, die aus durchgehend horizontal getrennten, plattenförmigen Streifen (2) besteht, deren Oberkanten (3) abgewinkelt sind und so die sich entwickelnden Gase hinter die aktive Elektrodenfläche ableiten, vgl. Fig. 1, 2 und 4. In den Rahmen (1) wird bei (8) der Elektrolyt über ein perforiertes Rohr eingeführt, vgl. Fig. 1 und 4, dessen Rohrende (9) verquetscht ist. Der Elektrolyt tritt aus dem Rahmen (1) über Öffnungen (11) in die Zelle ein, vgl. Fig. 3.
  • Mit (10) ist die Auslaßöffnung für den Elektrolyten bezeichnet, die in Fig. 1 zu sehen ist. Der Rahmen (1) ist seitlich durch die Schiene (4) verlängert, die Löcher (5) für Leitungen zum Anschluß an elektrische Energiequellen aufweist. Über eine Reihe von Schweißheftungen (7) ist die gitterartige, nur teilweise dargestellte Vorelektrode (6) mit den Streifen (2) der Plattenelektrode elektrisch leitend verbunden, vgl. insbesondere Fig. 4.
  • Die Erfindung wird anhand des nachstehenden Beispiels einer erfindungsgemäß ausgerüsteten Membranelektrolysezelle näher und beispielhaft erläutert.
  • In einer Testzelle mit ionenselektiver Membran (Nafion R 90209 der Firma E.I. du Pont de Nemours & Co. Inc.) wurden vergleichende Messungen mit herkömmlichen durchbrochenen Anodenstrukturen und mit einer Elektrodenanordnung gemäß Erfindung durchgeführt. Die durchbrochene herkömmliche Elektrode bestand aus Streckmetall (Titan, mit RuO₂ aktiviert) mit einer freien Fläche von 20 %. Die Gesamthöhe der Elektrolysezelle betrug 300 mm, die Tiefe 200 mm. Die Elektrodenanordnung gemäß Erfindung bestand aus einer Vorelektrode des gleichen Streckmetalls (Titan, mit RuO₂ aktiviert) und einer dreifach horizontal durchgehend geteilten Plattenelektrode (Titan, mit RuO₂ aktiviert). Der Spalt zwischen Vor- und Plattenelektrode wurde durch vertikale Titandrähte, die gleichzeitig den elektrischen Kontakt zwischen Vor- und Plattenelektrode herstellten, auf einem Abstand von 3 mm gehalten. Die Gegenelektrode bestand aus nichtaktiviertem Streckmetall aus Nickel. Der Elektrodenspalt zwischen Vorelektrode und Gegenelektrode betrug 4 mm. Die Membran lag an der Vorelektrode an. Die Elektrolyttemperatur betrug 70 bis 80°C. Der Katholyt bestand aus 32 %iger Natronlauge. Die Sole enthielt 310 g NaCl/l; der Anolyt enthielt 200 g NaCl/l.
  • Folgende Spannungsgewinne α U zugunsten der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung wurden gemessen:
    Figure imgb0001
  • Dieses Ergebnis entspricht einer beträchtlichen Ersparnis. Unterstellt man einen Strompreis von 0,10 DM/kwh, so würde der bei 4 kA/m² gemessene Spannungsgewinn in einer Elektrolyseanlage mit einer Nennkapazität von 300 Tagestonnen NaOH einer jährlichen Ersparnis von 1,37 Mio DM entsprechen.

Claims (4)

  1. Elektrodenanordnung für gasbildende, monopolare Membran-Elektrolyseure mit vertikal angeordneter Plattenelektrode sowie Gegenelektrode und einer ionenselektiven Membran zwischen Plattenelektrode und Gegenelektrode, wobei die Plattenelektrode aus einzelnen streifenförmigen, durch einen Spalt voneinander getrennten Blechen besteht, die auf ihrer der Gegenelektrode zugewandten Oberfläche einen aktivierenden Überzug aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattenelektroden auf der der Membran zugekehrten Seite elektrisch leitend mit einer flächenhaften, durchbrochenen, parallel zur Plattenelektrode verlaufenden, elektrisch leitenden Vorelektrode verbunden sind, wobei der Abstand zwischen der Plattenelektrode und der Vorelektrode 1 bis 5 mm beträgt.
  2. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Plattenelektrode und der Vorelektrode 1,5 bis 2,5 mm beträgt.
  3. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorelektrode aus Lochblech, Streckmetall, Drahtgewebe, Drahtgeflecht oder einzelnen Drähten gebildet ist.
  4. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Gegenelektroden als Plattenelektroden, die aus streifenförmigen Blechen bestehen, ausgebildet sind und die Plattenelektroden der einen Polarität horizontal verlaufende Bleche und die Plattenelektroden der anderen Polarität vertikal verlaufende Bleche aufweisen.
EP87201843A 1986-11-27 1987-09-25 Elektrodenanordnung für gasbildende Elektrolyseure mit vertikal angeordneten Plattenelektroden Expired - Lifetime EP0274138B1 (de)

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ES (1) ES2029683T3 (de)
FI (1) FI82488C (de)
IN (1) IN165046B (de)
ZA (1) ZA878895B (de)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5221452A (en) * 1990-02-15 1993-06-22 Asahi Glass Company Ltd. Monopolar ion exchange membrane electrolytic cell assembly
US5254233A (en) * 1990-02-15 1993-10-19 Asahi Glass Company Ltd. Monopolar ion exchange membrane electrolytic cell assembly
CN1019590B (zh) * 1990-09-03 1992-12-23 张学明 高效水电解制氢氧装置
DE4306889C1 (de) * 1993-03-05 1994-08-18 Heraeus Elektrochemie Elektrodenanordnung für gasbildende elektrolytische Prozesse in Membran-Zellen und deren Verwendung
IT1279069B1 (it) * 1995-11-22 1997-12-04 Permelec Spa Nora Migliorato tipo di elettrodo per elettrolizzatori a membrana a scambio ionico
US20030112916A1 (en) * 2000-02-25 2003-06-19 Keeney Franklin W. Cold nuclear fusion under non-equilibrium conditions
US6924049B2 (en) * 2000-09-11 2005-08-02 Joe G. Rich, Sr. Electrolysis fuel cell energy plant
WO2003095705A1 (en) * 2002-05-13 2003-11-20 Kirk Donald W Bifurcated electrode of use in electrolytic cells
CN102196940B (zh) * 2008-10-31 2013-09-25 丰田自动车株式会社 电动车辆的电源系统及其控制方法
US11643739B2 (en) 2014-01-15 2023-05-09 Tosoh Corporation Anode for ion exchange membrane electrolysis vessel, and ion exchange membrane electrolysis vessel using same
NL2032717B1 (en) * 2022-08-10 2024-02-16 Itrec Bv Electrolyser and method for performing electrolysis

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH288156A (de) * 1949-11-03 1953-01-15 Montedison Spa Elektrodensystem für Bipolarelektrolyseure.
US4236989A (en) * 1978-07-07 1980-12-02 Ppg Industries, Inc. Electrolytic cell
DE3123665A1 (de) * 1981-06-15 1982-12-30 Metallgesellschaft Ag, 6000 Frankfurt Vertikal angeordnete plattenelektrode fuer gasbildende elektrolyseure
FR2513663B1 (fr) * 1981-09-30 1986-02-28 Creusot Loire Electrolyseur du type filtre-presse
DE3228884A1 (de) * 1982-08-03 1984-02-09 Metallgesellschaft Ag, 6000 Frankfurt Vertikal angeordnete plattenelektrode fuer gasbildende elektrolyseure
US4588483A (en) * 1984-07-02 1986-05-13 Olin Corporation High current density cell
GB8420873D0 (en) * 1984-08-16 1984-09-19 Ici Plc Electrode for electrolytic cell

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