EP1285103A1 - Bipolare mehrzweckelektrolysezelle für hohe strombelastungen - Google Patents

Bipolare mehrzweckelektrolysezelle für hohe strombelastungen

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EP1285103A1
EP1285103A1 EP01960214A EP01960214A EP1285103A1 EP 1285103 A1 EP1285103 A1 EP 1285103A1 EP 01960214 A EP01960214 A EP 01960214A EP 01960214 A EP01960214 A EP 01960214A EP 1285103 A1 EP1285103 A1 EP 1285103A1
Authority
EP
European Patent Office
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electrode
bipolar
electrolyte
electrolytic cell
sheets
Prior art date
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EP01960214A
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English (en)
French (fr)
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EP1285103B1 (de
Inventor
Michael Gnann
Wolfgang Thiele
Gerd Heinze
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United Initiators GmbH and Co KG
Original Assignee
United Initiators GmbH and Co KG
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Publication date
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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
    • C25B9/60—Constructional parts of cells
    • C25B9/65—Means for supplying current; Electrode connections; Electric inter-cell connections
    • 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
    • C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
    • C25B9/73—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
    • C25B9/77—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type having diaphragms

Definitions

  • the invention relates to a bipolar switched multipurpose electrolysis cell in a high design for preferably high current loads between 1 and 10 kA / m 2 per bipolar single cell.
  • a bipolar switched multipurpose electrolysis cell in a high design for preferably high current loads between 1 and 10 kA / m 2 per bipolar single cell.
  • Bipolar electrolysis cells in filter press design consisting of a clamping frame, the two electrode edge plates with power supply and any number of bipolar electrode plates along with peripheral equipment for the supply and discharge of the electrolyte solutions as well as the cooling or temperature control medium, are known in numerous embodiments and for a wide variety of applications . They can be carried out undivided or divided into two- or multi-chamber cells by means of ion exchange membranes or microporous diaphragms. The required electrode or electrolyte spaces can be designed as separate assemblies or integrated in the electrode edge plates or in the bipolar electrode plates.
  • bipolar electrolysis cells Compared to the monopolar electrolysis cells of filter press design, which have an analog structure, the great advantage of bipolar electrolysis cells is that the current supply only needs to be brought from the outside to the two edge plates, while the current transport in the bipolar individual cells only from one side of the electrode plate to the one other side is usually done internally. For the most part, a simple bipolar electrode plate, on which the anode and cathode sides are made of the same electrode material, is not sufficient. In many cases, and particularly in the case of multipurpose electrolysis cells, it is necessary to provide anodes and cathodes made of different materials, preferably consisting of metal sheets. These can then be electrically conductively connected to one another directly or indirectly via contact bodies.
  • bipolar multipurpose electrolytic cell with a large height-to-width ratio, which is necessary here in order to achieve the "gas-lift effect" for electrolyte circulation, as part of a versatile and usable gas-lift electrolysis and reaction system is described in DE 44 38 1 24. It is an electrolytic cell construction with a total height of 1.5 to 2.5 m that has been optimized with regard to the use of the buoyancy by the gases developed.
  • the bipolar electrode plates consist of electrode base bodies made of impregnated graphite or of plastics with integrated inlets and outlets for the electrolyte solutions and the cooling medium as well as electrodes applied on both sides or, in the case of the graphite base bodies, also integrated electrodes and electrolyte compartments.
  • the two electrodes are connected to one another in an electrically conductive manner, in the case of the plastic base body by inserted contact elements.
  • Such contact elements are arranged within the sealing surfaces covered by electrolyte frames made of elastic material. The contact is made by the contact pressure during assembly.
  • the electrodes used cannot normally be used as metal electrode sheets which are easy to manufacture and thus easily replaceable in the sense of a multi-purpose cell.
  • welded constructions are usually unavoidable for the two half cells of a bipolar unit, which often consist of different electrode materials or material composites.
  • the outlay on equipment to be operated for this is relatively large. Since the electrical contact between the two half cells of the bipolar units is usually brought about by a large number of screw connections, assembly is considerably more complex than that of the cell constructions, in which this contact can be established automatically when the two are clamped together. Also, the transition to other electrode materials usually requires a modified construction that is adapted to the material properties.
  • the monopole design has the fundamental disadvantage that a large number of individual cells have to be connected in series in order to reach a favorable voltage range for the current transformation (e.g. 200 V).
  • the electrolyte-side and current-side connection leads to high costs in implementation.
  • Another disadvantage of the cells described is the design as a hollow body.
  • the removal of the active coating on the anode means that the entire anode body has to be manufactured again. The same applies to the cathode.
  • the electrode hollow bodies When the electrode hollow bodies are pressed, they deform and since they have no internal support (this would be extremely difficult to achieve in terms of production technology), this leads to an insufficient plane parallelism of the electrodes. In extreme cases, this can lead to short circuits and thus to the destruction and explosion of the cell.
  • the versatile multi-purpose electrolytic cell aimed at for high current loads can therefore hardly be realized on this basis.
  • the invention is therefore based on the problem of providing a bipolar multipurpose electrolytic cell constructed according to the filter press principle with plastic base bodies, in which a good and reliable contacting of the metal electrode sheets is ensured even at high current loads while circumventing the disadvantages of the known technical solutions.
  • the cathode and anode sheets of a bipolar element are expediently screwed to the respective contact rails on one or both sides by means of countersunk screws.
  • this screw connection only serves for better handling and is only responsible to a small extent for the current flow, which is only optimized by the press contact.
  • the metal electrode sheets are in the case of the anode sheets made of valve metals, preferably titanium, which in the electrochemically active area in a known manner with active layers of precious metals, noble metal oxides, mixed oxides of noble metals and other metals, and other metal oxides, such as, for. B. lead dioxide are occupied.
  • valve metals such as tantalum, niobium or zirconium, can also be used as supports for such active layers. But also leaded, nickel-plated, copper-plated steel or nickel-based alloys are suitable for special applications.
  • the anode sheets have a noble metal coating made of solid platinum and can be obtained by hot isostatic pressing of platinum foil and titanium sheet.
  • Stainless steel, nickel, titanium, steel and lead are preferably used as the cathode material.
  • Openwork metal electrode sheets are to be understood in particular as those made of expanded metals. But perforated sheets or blind electrodes are also possible in another way.
  • the contact rails used are preferably copper, which can be tin-plated or silver-plated on the contact surfaces or coated with precious metals.
  • the current contact surfaces of the electrodes are preferably provided with well-conductive coatings, e.g. platinum, gold, silver or copper layers applied by electroplating.
  • the contact rails and the electrode contacts are preferably gold-plated or platinum-plated, and the current transmission takes place through the press contact which is produced by tensioning the electrode package.
  • the following advantages also result in electrodes without gas evolution: first, with the same width of the contact rails, the available contact area increases proportionally to the cell height, which results in lower thermal loads on the contacts.
  • the transport of electricity from the contact areas through the metal electrode plates is also favored, since with the same effective electrode area, the same thickness of the electrode plates and the same current load, the cross-section relevant for the current transport increases with the height of the electrode plates and, at the same time, the path length for the current transport decreases with increasing height . Under these boundary conditions, the electrical resistance and thus the voltage drop in the electrode plates decrease with the square of the cell height.
  • the thinner and taller electrode plates to be used according to the invention can therefore be made of much thinner or less electrically conductive electrode plates or of significantly higher current loads. This is of great importance particularly in the case of perforated electrode sheets, in which a reduction in the cross section for the current transport has to be accepted. Also, in the case of mounting the cell stack in the case of thin sheet metal electrodes, any ripple in the sheet is compensated for after pressing and thus a plane parallelism of the electrode is achieved.
  • the contacts Due to copper pipes soldered to the outside of the contact rails, the contacts can be opened or cooled by means of cooling water even with high current loads be kept below room temperature. In this way, heating of the cell frame, the sealing system and the current contacts and the associated problems such as deformation and overheating are completely avoided.
  • the plane parallelism of the electrodes to each other is the prerequisite for high current yields and uniform electrode corrosion.
  • the height of the cell plays a role in cooling the highly stressed contact rails.
  • the contacts in particular at higher electrolyte temperatures in a bipolar cell constructed according to the invention, assume a significantly lower temperature than in the electrolysis cells with internal contact elements, in which, under comparable conditions, significantly higher temperatures are measured on the contact elements than in the interior of the cell.
  • the advantage of the distance between the cell frame and the contact web is that it can be used to drain a possibly small amount of electrolyte. If electrolyte penetrates the contact gap, salt is formed and the contact deteriorates within a very short time.
  • the leaking coolant is set at a level below the height of the inlet. This creates a vacuum that can be adjusted by means of the level difference, which sucks the anode sheet onto the plastic base body and at the same time improves the plane parallelism and prevents the anode from bulging in the event of pressure fluctuations in the cell. This measure enables a very small electrode gap of 2 to 4 mm and thus a low electrolyte resistance and a high flow rate to be achieved.
  • Fig. 1 a shows a simplified vertical section of a first invention
  • Fig. 1 b is a sectional view along the line Ib-Ib in Fig. 1 a; 2a shows a simplified vertical section of a second embodiment according to the invention with two solid electrode sheets, both cooled from the rear.
  • Fig. 2b is a sectional view taken along the line IIb-llb in Fig. 2a;
  • FIG 3a shows a simplified vertical section of a third embodiment according to the invention with two perforated metal electrode sheets without additional cooling.
  • Fig. 3b is a sectional view taken along the line IIIb-IIIb in Fig. 3a;
  • FIG. 4 shows a simplified vertical section through a bipolar electrolytic cell with three bipolar electrode plates constructed according to FIG. 1 a and a clamping frame shown in simplified form.
  • FIGS. 1 a to 3 c three exemplary embodiments of a divided bipolar multipurpose electrolysis cell are shown by way of example and schematically in sectional views through the electrochemically active areas, the upper figures showing side views and the lower figures showing top views.
  • the bipolar multipurpose electrolytic cell as shown in its first embodiment according to FIGS. 1 a and 1 b, and with the reference number 1 0, is part of an electrolysis device, not shown.
  • the bipolar multipurpose electrolytic cell 10 consists of an electrode base body 1 2 made of plastic, to which metal electrode sheets or electrode plates are attached on both sides, in this embodiment one electrode plate 14 is solid, and the other electrode plate 16 is broken through in the electrochemically active region.
  • the electrode base body 12 has a double-T shape in cross section both in the vertical and in the horizontal direction, as a result of which channels 18, 20 are formed between the electrode base body 12 and the respective electrode sheets 14, 16.
  • an electrolyte sealing frame 22 made of elastic material is additionally attached, which forms a further channel 24 on the outside of the solid electrode sheet 14 viewed from the electrode base body 1 2.
  • the channel 18 formed between the electrode base body 12 and the solid electrode sheet 14 serves to receive cooling liquid for cooling the solid electrode sheet 14 and optionally the electrode base body 12 and is referred to below as the cooling space.
  • Inlets and outlets for the electrolyte solutions are incorporated in the electrode base body 12, the inlets 26 and 28 being arranged in a lower middle region of the electrode base body 12 and the associated outlets 30 and 32 being arranged in an upper middle region thereof.
  • the inlet and outlet lines are connected via respective inlet openings 34, 36 and outlet openings 38, 40 to the electrolyte channels 24 and 20, through which the electrolyte solutions for the electrolysis are passed, the inlet and outlet openings 34 and 38 for the most massive one Guide the electrode plate 14 formed channel 24 through the solid electrode plate 14.
  • Cooling chamber 1 8 is provided, into or through which a coolant, in this case cooling water, can be conducted or pumped via feed lines 42 and discharge lines 44 and corresponding connection channels 46 and 48 arranged in a lower or upper middle region of the electrode base body 1 2 .
  • a coolant in this case cooling water
  • feed lines 42 and discharge lines 44 and corresponding connection channels 46 and 48 arranged in a lower or upper middle region of the electrode base body 1 2 .
  • a "lift effect” can also be used, but coolants with a reverse effect would also be conceivable.
  • the perforated metal electrode plate does not require additional cooling, since it is sufficiently cooled by the electrolyte solution and only rests on the base body in marginal areas, which prevents heat build-up.
  • An ion exchange membrane 50 rests on the perforated metal electrode sheet 1 6 and is attached to the perforated electrode sheet 1 6 by suitable means.
  • contact rails 52 contact the laterally elongated metal electrode sheets 14 and 16 and that 2 columns 54 are formed between the respective contact rails and the edge of the base body, which are laterally delimited by the metal electrode sheets .
  • FIGS. 2a and 2b A further embodiment of the invention is shown in FIGS. 2a and 2b.
  • a multipurpose electrolysis cell denoted by 1 1 0 is shown therein, components which correspond to those of the first embodiment according to FIGS. 1 a and 1 b being provided with the same reference numbers, in each case increased by the number 100. Only the differences are dealt with below, so that reference is made to the description of the first exemplary embodiment.
  • Cooling spaces 1 1 8 are provided on both sides of the base body 1 1 2 between the base body 1 1 2 and the electrode sheets in order to cool the solid electrode sheets 1 14.
  • the cooling rooms 1 1 8 are in turn supplied with cooling liquid via supply lines 142 and discharge lines 144 as well as corresponding connection channels 146 and 148.
  • 3a and 3b show a further multipurpose electrolysis cell according to the invention, designated 210, components, which correspond to those of the first embodiment according to FIGS. 1a and 1b, being provided with the same reference numbers, each increased by the number 200. In the following, only the differences will be narrowed down.
  • a solid 14 and a perforated electrode plate 16 are used in the first embodiment, two perforated electrode plates 21 6 are used in this embodiment, with a thin sealing frame 256 on which the Ion exchanger membrane 250 is attached by suitable means.
  • the ion exchange membrane 250 can, however, also be arranged directly on an electrode plate, in which case a thin sealing frame is attached to the membrane or the free electrode plate. Due to the exclusive use of perforated electrode sheets, cold rooms are not required in this embodiment.
  • FIG. 4 illustrates the current transport through a cell made up of three bipolar electrode plates constructed according to the invention and the two edge electrode plates with current supply on both sides and plastic base bodies widened up to the side contact rails.
  • FIG. 1 a The construction variant according to FIG. 1 a was based on one perforated and one solid metal electrode sheet per bipolar electrode sheet. The designations of the numbered components are the same as in FIG. 1.
  • the invention is not restricted to the constructive embodiments shown in FIGS. 1 to 4.
  • undivided cells or multi-chamber cells can also be constructed using the principle of the invention.
  • microporous diaphragms can also be used.
  • the inlets and outlets for the electrolyte solutions can also be arranged differently than shown here, e.g. they can be led out of the upper and lower end faces of the plastic base body or they are routed to the edge plates via manifolds within the bipolar electrode plates.

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Abstract

Eine erfindungsgemässe bipolare Mehrzweckelektrolysezelle für hohe Strombelastungen besteht aus einem Spannrahmen, zwei Elektrodenrandplatten mit Metallektrodenblechen und Stromzuführung sowie aus bipolaren Elektrodenplatten, letztere bestehend aus: je einem Elektrodengrundkörper (12) aus Kunststoff, mit einseitig oder beidseitigeingearbeiteten Elektrodenrückräumen (20, 24) und/oder Kühlräumen (18), eingearbeiteten Zu- (26, 28, 42) und Abführungsleitungen (30, 32, 44) für die Elektrolytlösungen und das Kühlmedium, beidseitig auf den Grundkörper aufgebrachten Metallelektrodenblechen (14, 16), die im elektrochemisch wirksamen Bereich massiv und/oder durchbrochen sind, auf den massiven Metallelektrodenblechen aufliegende Elektrolytdichtrahmen aus elastischem Kunststoff, auf den durchbrochenen Metallelektrodenblechen und/oder Elektrolytdichtrahmen aufliegende Ionenaustauschermembranen (50) zur Trennung der Elektrodenräume.

Description

Bipolare Mehrzweckelektrolysezelle für hohe Strombelastungen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine bipolar geschaltete Mehrzweckelektrolysezelle in hoher Bauform für vorzugsweise hohe Strombelastungen zwischen 1 und 1 0 kA/m2 je bipolarer Einzelzelle. Sie ist bei entsprechender Anpassung der Materialien für die Elektroden und die übrigen Zellenbaugruppen an das betreffende Stoffsystem sowohl in der Umwelttechnik zum elektrochemischen Abbau von anorganischen und organischen Schadstoffen als auch in der chemischen und pharmazeutischen Industrie zur Herstellung anorganischer und organischer Produkte einsetzbar. Eine spezielle Anwendung ergibt sich mit der Herstellung von Peroxodisulfaten und Perchloraten.
Bipolare Elektrolysezellen in Filterpressenbauart, bestehend aus einem Spannrahmen, den beiden Elektrodenrandplatten mit Stromzuführungen und einer beliebigen Anzahl bipolarer Elektrodenplatten nebst peripherer Ausrüstungen für die Zu- und Abführung der Elektrolytlösungen sowie des Kühl- bzw. Temperiermediums, sind in zahlreichen Ausführungsformen und für die unterschiedlichsten Anwendungen bekannt. Sie können ungeteilt oder mittels lonenaustauschermembranen bzw. mikroporösen Diaphragmen in Zwei- oder Mehrkammerzellen geteilt ausgeführt werden. Die erforderlichen Elektroden- bzw. Elektrolyträume können als separate Baugruppen ausgebildet oder in die Elektrodenrandplatten bzw. in die bipolaren Elektrodenplatten integriert sein.
Gegenüber den analog aufgebauten monopolaren Elektrolysezellen in Filterpressenbauart besteht der große Vorteil der bipolaren Elektrolysezellen darin, daß die Stromzuführung nur zu den beiden Randplatten von außen herangeführt zu werden braucht, wahrend der Stromtransport in den bipolaren Einzelzellen nur von der einen Seite der Elektrodenplatte auf die andere Seite meist intern erfolgt. Größtenteils kommt man nicht mit einer einfachen bipolaren Elektrodenplatte aus, bei der Anoden- und Kathodenseite aus dem gleichen Elektrodenmaterial bestehen. Vielfach und besonders bei Mehrzweckelektrolysezellen ist es erforderlich, Anoden und Katho- den aus unterschiedlichen Materialien, vorzugsweise aus Metallblechen bestehend, bereitzustellen. Diese können dann direkt oder indirekt über Kontaktkörper elektrisch leitend miteinander verbunden sein.
Eine mögliche Ausführungsform für eine solche bipolare Mehrzweckelektro- lysezelle mit großem Höhen-zu Breiten-Verhältnis, welches hier notwendig ist, um den "Gas-Lift-Effekt" zur Elektrolytumwälzung zu erzielen, als Bestandteil eines vielseitig aufgebauten und anwendbaren Gas-Lift-Elektrolyse und Reaktionssystems ist in der DE 44 38 1 24 beschrieben. Dabei handelt es sich um eine im Hinblick auf die Nutzung des Auftriebes durch die entwickelten Gase optimierte Elektrolysezellenkonstruktion mit einer Gesamthöhe von 1 ,5 bis 2,5 m. Die bipolaren Elektrodenplatten bestehen aus Elektrodengrundkorpern aus imprägniertem Graphit oder aus Kunststoffen mit eingearbeiteten Zu- und Abführungen für die Elektrolytlösungen und das Kühlmedium sowie beidseitig aufgebrachten bzw. im Falle der Graphit- grundkorper auch integrierten Elektroden und Elektrolyträumen.
Dabei sind die beiden Elektroden im Falle der Graphitgrundkörper über diesen miteinander elektrisch leitend verbunden, im Falle der Kunststoffgrundkörper durch eingebrachte Kontaktelemente. Solche Kontaktelemente sind innerhalb der durch Elektrolytrahmen aus elastischem Material abgedeckten Dichtflächen angeordnet. Die Kontaktierung erfolgt durch den Anpreßdruck beim Zusammenbau.
Bei solchen innerhalb der Kunststoffgrundkörper im Bereich der Dichtrah- men angebrachten Kontaktelementen kommt es besonders bei hohen zu übertragenden Stromstärken zu Nachteilen und Risiken. So besteht die
Gefahr einer Überhitzung einzelner Kontaktelemente und dadurch bedingt eines Ausfalls der gesamten bipolaren Einheit. Der vorzugsweise aus thermoplastischen Kunststoffen gefertigte Elektrodengrundkorper beginnt an den überhitzten Stellen zu' erweichen, der Anpreßdruck auf die Kontakte läßt nach und es kommt zwangsläufig zu einer Überlastung der anderen Kontaktelemente. Eine weitere Folge können Schmelzen der Grundplatten, elektrische Überschläge, unkontrollierte Elektrolytaustritte und auch mögliche Explosionen der sich dann mischenden Elektrolysegase sein. Jedenfalls zieht der Ausfall einer bipolaren Einheit durch solche Kontaktschäden zwangsläufig die Außerbetriebnahme der gesamten Filterpressenzelle nach sich. Das Risiko eines solchen Ausfalls ist um so größer, je höher die Strombelastung der einzelnen Kontaktelemente ist, je niedriger der Erweichungspunkt der verwendeten Kunststoffgrundkörper und um so höher die erforderliche Elektrolyttemperatur ist.
Ein weiterer Nachteil solcher innenliegender Kontakte ist, daß bei Undichtigkeiten im Dichtsystem Elektrolyt in den Preßkontakt eintritt und dort zu unkontrollierbaren Korrosionserscheinungen führt. Diese Korrosion führt ebenfalls zum Ausfall oder Zerstörung der Elektrolysezelle.
Deshalb haben sich solche bipolaren Elektrolysezellen mit Kunststoffgrundkörpern bisher nur für niedrige bis mittlere Strombelastungen von 100 bis 1000 A und für niedrige Arbeitstemperaturen durchsetzen können.
Diese Schwierigkeiten ließen sich auch dadurch beseitigen, daß auf die Verwendung solcher Kunststoffgrundkörper verzichtet wird. Der Übergang zu einer der bekannten Ganzmetallkonstruktionen für bipolare Elektrolysezellen, z.B. mit durch Schraubverbindungen elektrisch leitend verbundenen beiden Metallelektrodenblechen bzw. kathodischen und anodischen Halbzellen zur jeweiligen bipolaren Einheiten bringt gegenüber den Ausführun- gen mit Kunststoffgrundkörpern aber auch eine Reihe von Nachteilen mit sich. So erfordert die Minimierung der Verlustströme zwischen den auf unterschiedlichem Spannungsniveau liegenden, durch die Elektrolytleitun- gen miteinander verbundenen Einzelzellen besondere Maßnahmen, da der elektrische Widerstand in den Verbindungsleitungen für die Elektrolytlösun- gen wesentlich geringer ist als bei Verwendung der elektrisch isolierend wirkenden Kunststoffgrundkörper mit den darin eingearbeiteten Zu- und Abführungen für die Elektrolytlösungen.
In der Vielzahl der bisher beschriebenen Elektrolysezellen lassen sich die verwendeten Elektroden normalerweise nicht als einfach zu fertigende und damit im Sinne einer Mehrzweckzelle auch leicht auswechselbare Metall- elektrodenbleche einsetzen. Sobald Kühlkanäle oder bei Verwendung durchbrochener Elektroden Elektrolytrückräume erforderlich werden, sind Schweißkonstruktionen für die oft aus unterschiedlichen Elektrodenmaterialien oder Materialverbunden bestehenden beiden Halbzellen einer bipolaren Einheit meist unumgänglich. Insbesondere bei hochwertigen und/oder schwer verarbeitbaren Elektrodenmaterialien ist der dafür zu betreibende apparative Aufwand relativ groß. Da der elektrische Kontakt zwischen den beiden Halbzellen der bipolaren Einheiten meist durch eine Vielzahl von Schraubverbindungen bewirkt wird, ist die Montage wesentlich aufwendiger als die der Zellenkonstruktionen, bei denen dieser Kontakt beim Zusam- menspannen automatisch hergestellt werden kann. Auch erfordert der Übergang zu anderen Elektrodenmaterialien meist eine geänderte, den Materialeigenschaften angepaßte Konstruktion.
Eine Elektrolysezelle für hohe Strombelastungen in monopolarer Ausführung wird in DE- 39 38 1 60 beschrieben.
Die Monopolarbauweise hat den grundsätzlichen Nachteil, daß eine Vielzahl von Einzelzellen in Reihe geschaltet werden muß um in einen günstigen Spannungsbereich für die Stromtransformation zu kommen (z.B. 200 V).
Der Elektrolyt-seitige und Strom-seitige Anschluß führt zu hohen Kosten in der Ausführung. Ein weiterer Nachteil der beschriebenen Zellen liegt in der Ausführung als Hohlkörper.
Der Abtrag der aktiven Beschichtung der Anode führt dazu, daß der gesam- te Anodenkörper neu gefertigt werden muß. Gleiches gilt für die Kathode.
Beim Pressen der Elektrodenhohlkörper deformieren sich diese und da sie keine innere Abstützung haben (dies wäre fertigungstechnisch extrem schwierig zu realisieren) führt dies zu einer ungenügenden Planparallelität der Elektroden. Im Extremfall kann dies zu Kurzschlüssen und damit zur Zerstörung und Explosion der Zelle führen.
Diese Probleme erhöhen sich mit zunehmender Größe der Zelle und führen dazu, daß nur relativ kleine Ausführungsformen realisiert werden die mit den geschilderten Nachteilen zu hohen Bau- und Betriebskosten führen.
Die angestrebte vielseitig einsetzbare Mehrzweckelektrolysezelle für hohe Strombelastungen läßt sich deshalb auf dieser Grundlage kaum verwirklichen.
Der Erfindung liegt deshalb das Problem zugrunde, eine nach dem Filterpressenprinzip aufgebaute bipolare Mehrzweckelektrolysezelle mit Elektrodengrundkorpern aus Kunststoff bereitzustellen, bei denen eine gute und betriebssichere Kontaktierung der Metallelektrodenbleche auch bei hohen Strombelastungen unter Umgehung der dargestellten Nachteile der bekannten technischen Lösungen gewährleistet ist.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die in den Patentansprüchen dargelegte Erfindung in folgender Weise gelöst: Es werden Stromzufüh- rungsplatten und bipolare Elektrodenplatten mit einem Höhe zu Breite- Verhältnis von 30: 1 bis 1 ,5: 1 , vorzugsweise 10: 1 bis 1 ,5: 1 , eingesetzt, bei denen die Metallelektrodenbleche und die Elektrolytdichtrahmen seitlich über die Elektrodengrundkorper aus Kunststoffen hinausragen und sowohl mit beidseitig im Abstand von 1 bis 50 mm, vorzugsweise 5 bis 50 mm von den Elektrodengrundkorpern angeordneten senkrechten Kontaktschienen als auch im Bereich der Elektrolytdichtrahmen mit den Elektrodengrund- körpern zu mechanisch stabilen, als selbständige Einheiten montierbaren, bipolaren Elektrodenplatten verbunden sind, wobei der elektrische Kontakt zwischen Elektrodenplatten und Kontaktschienen sowie die elektrische Isolierung zweier benachbarter bipolarer Einheiten gegeneinander durch die Elektrolytdichtrahmen bei gleichzeitiger Abdichtung der Elektrolyträume beim Verspannen der Elektrodenplatten mittels des Spannrahmens durch den Anpreßdruck herbeigeführt wird. Um einzeln handhabbare Zellenelemente zu erhalten, werden die Kathoden- und Anodenbleche eines Bipolarelements mit den jeweiligen Kontaktschienen ein- oder beidseitig zweckmäßig mittels Senkkopfschrauben verschraubt. Diese Verschraubung dient jedoch nur dem besseren Handling und ist nur zu einem geringen Teil für den Stromfluß verantwortlich, der erst durch den Preßkontakt optimiert wird.
Da somit der Stromkontakt durch einen Luftspalt vom Elektrolyt-führenden Zellrahmen getrennt ist, führen Undichtigkeiten im Dichtsystem nicht zum mittelfristigen Ausfall der Stromzuführung, da eventuell austretender Elektrolyt drainiert wird und dadurch solche Undichtigkeiten rechtzeitig erkannt und abgestellt werden können.
Die Metallelektrodenbleche bestehen im Falle der Anodenbleche aus Ventilmetallen vorzugsweise aus Titan, welche im elektrochemisch aktiven Bereich in bekannter Weise mit Aktivschichten aus Edelmetallen, Edelmetalloxiden, Mischoxiden von Edelmetallen und anderen Metallen sowie sonstigen Metalloxiden, wie z. B. Bleidioxid, belegt sind. Alternativ kom- men als Träger solcher Aktivschichten auch andere Ventilmetalle, wie Tantal, Niob oder Zirkonium in Betracht. Aber auch verbleiter, vernickelter, verkupferter Stahl bzw. Nickelbasislegierungen, kommen für spezielle Anwendungen in Betracht.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weisen die Anodenble- ehe eine Edelmetallauflage aus massivem Platin auf und sind erhältlich durch heißisostatisches pressen von Platinfolie und Titanblech.
Als Kathodenmaterial kommt vorzugsweise Edelstahl, Nickel, Titan, Stahl und Blei zur Anwendung. Bevorzugt kommen im Rahmen der vorliegenden Erfindung Kathoden aus hochlegierten Edelstahlen der Werkstoff Nr. 1 .4539 zum Einsatz, deren aktive Elektrodenfläche als Streckmetall ausgebildet ist und die rückseitig direkt auf dem als Stütze dienenden durchbrochenen Kathodenrahmenteil aufliegen.
Unter durchbrochenen Metallelektrodenblechen sind insbesondere solche aus Streckmetallen zu verstehen. Aber auch in anderer Weise perforierte Bleche oder Jalousieelektroden kommen in Betracht.
Als Kontaktschienen werden bevorzugt solche aus Kupfer eingesetzt, die verzinnt oder an den Kontaktflächen versilbert bzw. mit Edelmetallen beschichtet sein können. Die Strom-Kontaktflächen der Elektroden sind vorzugsweise mit gut leitenden Überzügen versehen, wie z.B. durch Galvanisieren aufgebrachte Platin-, Gold-, Silber- oder Kupferschichten. Bevorzugt sind die Kontaktschienen und die Elektrodenkontakte vergoldet bzw. plati- niert und die Stromübertragung erfolgt durch den durch Verspannen des Elektrodenpaketes entstehenden Preßkontakt.
Die erfindungsgemäße konstruktive Lösung mit außerhalb der Kunststoffgrundkörper, aber noch innerhalb des Spannrahmens angeordneten Kon- taktschienen wird aber erst dann auch für Elektrolysezellen großer Strombelastung und Verwendung teurer und/oder schlecht leitfähiger Elektrodenmaterialien optimal nutzbar, wenn die erfindungsgemäße hohe und schmale Bauform mit vorzugsweise 1 ,5 bis 3 m Höhe und einem Höhen/Breiten- Verhältnis von 10: 1 bis 1 ,5: 1 der Elektrodenplatten angewandt wird. Ähnliche Zellenabmessungen sind zwar für Gas-Lift-Zellen bereits wiederholt vorgeschlagen worden, aber dort ausschließlich mit dem Ziel einer Optimierung des Auftriebes durch die entwickelten Gase zur Erziehung eines maximalen Gas-Lift-Effektes.
Im vorliegenden Fall ergeben sich in Kombination mit der erfindungsgemäßen Kontaktierung auch bei Elektroden ohne Gasentwicklung die folgen- den Vorteile: Zunächst wächst bei gleicher Breite der Kontaktschienen die verfügbare Kontaktfläche proportional zur Zellenhöhe an, wodurch sich geringere Wärmebelastungen der Kontakte ergeben. Aber auch der Stromtransport von den Kontaktflächen durch die Metallelektrodenbleche wird begünstigt, da bei gleicher wirksamer Elektrodenfläche, gleicher Dicke der Elektrodenbleche und gleicher Strombelastung der für den Stromtransport maßgebliche Querschnitt mit der Höhe der Elektrodenplatten anwächst und gleichzeitig die Weglänge für den Stromtransport mit zunehmender Höhe geringer wird. Unter diesen Randbedingungen nimmt der elektrische Widerstand und damit der Spannungsabfall in den Elektrodenblechen mit dem Quadrat der Zellenhöhe ab. Bei gleichem zulässigen Spannungsabfall können also bei den erfindungsgemäß anzuwendenden schmalen und hohen Elektrodenplatten wesentlich dünnere oder weniger elektrisch leitfähige Elektrodenbleche bzw. wesentlich höhere Strombelastungen eingesetzt werden. Dies ist besonders bei durchbrochenen Elektrodenblechen, bei denen ja eine Verringerung des Querschnitts für den Stromtransport in Kauf genommen werden muß, von großer Wichtigkeit. Auch wird im Falle der Montage des Zellenpaketes bei dünnen Blechelektroden eine evtl. Welligkeit des Bleches nach der Pressung ausgeglichen und somit eine Planparallelität der Elektrode erreicht.
Durch außen auf die Kontaktschienen aufgelötete Kupferrohre können die Kontakte mittels Kühlwasser auch bei hohen Strombelastungen auf oder unter Raumtemperatur gehalten werden. Auf diese Weise werden Erwärmungen des Zellrahmens, des Dichtsystems und der Stromkontakte und die damit verbundenen Probleme wie Verformungen und Überhitzungen vollständig vermieden.
Die Planparallelität der Elektroden zueinander ist die Voraussetzung für hohe Stromausbeuten und gleichmäßige Elektroden korrosion.
Durch die in der beschriebenen Zellenkonstruktion im Dichtrahmen frei beweglichen Elektrodenplatten (schwimmenden) führen Verspannungen und thermische Dehnungen nicht zu Verformungen und Wölbungen der Elektroden, so daß eine ausgezeichnete Parallelität erreicht wird die durch einen im Folgenden beschriebenen Unterdruck auf die Anodenrückseite, bei einer besonderen Ausführungsform, noch stabilisiert werden kann.
Schließlich spielt die Höhe der Zelle eine Rolle bei der Kühlung der hochbelasteten Kontaktschienen.
Es wurde nämlich gefunden, daß sich insbesondere bei hohen Elektrolyse- temperaturen in den oben und unten offenen Spalten zwischen Kunststoffgrundkörpern und Kontaktschienen eine Luftströmung ausbildet, die eine Kühlung der Kontakte und der seitlich über die Kunststoffgrundkörper hinausragenden Metallelektrodenbleche bewirkt. Dieser Kühleffekt nimmt ebenfalls sowohl infolge des "Schornsteineffektes" als auch der sich ver- größernden "Kühlfläche" mit der Zellenhöhe deutlich zu.
Damit konnte erreicht werden, daß die Kontakte, insbesondere bei höheren Elektrolyttemperaturen bei einer erfindungsgemäß aufgebauten Bipolarzelle, eine deutlich geringere Temperatur annehmen als bei den Elektrolysezellen mit inneren Kontaktelementen, bei denen unter vergleichbaren Bedingungen an den Kontaktelementen deutlich höhere Temperaturen gemessen werden als im Zelleninneren. Ein weiterer bereits erwähnter sehr wesentlicher Vorteil des Abstandes zwischen Zellenrahmen und Kontaktsteg ist, daß damit eine Drainage eines möglicherweise in geringem Umfang austretenden Elektrolyten erfolgen kann. Dringt nämlich Elektrolyt in den Kontaktspalt ein, so entsteht Salz und der Kontakt verschlechtert sich innerhalb kürzester Zeit.
Ein wesentlicher zusätzlicher Effekt der Anodenstabilisierung wird durch das Kühlmittel erreicht.
Das auslaufende Kühlmittel wird im Niveau unter die Höhe des Einlaufe abgesetzt. Dadurch entsteht ein durch die Niveaudifferenz einstellbarer Unterdruck, der das Anodenblech auf den Kunststoffgrundkörper saugt und somit zugleich die Planparallelität verbessert und eine Vorwölbung der Anode bei Druckschwankungen in der Zelle verhindert. Durch diese Maß- nähme kann ein sehr geringer Elektrodenabstand von 2 bis 4 mm und somit ein geringer Elektrolytwiderstand und eine hohe Strömungsgeschwindigkeit erreicht werden.
Durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit bei geringem Massedurchsatz wird ein hoher Stofftransport zur Anodenoberfläche erreicht, der zu einer hohen Ausbeute des Anodenproduktes führt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten Zeichnung erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 a einen vereinfachten Vertikalschnitt einer ersten erfindungsgemäßen
Ausführungsform mit je einem durchbrochenen und einem massiven Metallelektrodenblech, letzteres von der Rückseite her gekühlt;
Fig. 1 b eine Schnittansicht entlang der Linie Ib-Ib in Fig. 1 a; Fig. 2a einen vereinfachten Vertikalschnitt einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform mit zwei massiven Elektrodenblechen, beide von der Rückseite her gekühlt.
Fig. 2b eine Schnittansicht entlang der Linie llb-llb in Fig. 2a;
Fig. 3a einen vereinfachten Vertikalschnitt einer dritten erfindungsgemäße Ausführungsform mit zwei durchbrochenen Metallelektrodenblechen ohne zusätzliche Kühlung.
Fig. 3b eine Schnittansicht entlang der Linie lllb-lllb in Fig. 3a;
Fig. 4 einen vereinfachten Vertikalschnitt durch eine bipolare Elektrolysezelle mit drei gemäß Fig. 1 a aufgebauten bipolaren Elektrodenblechen und vereinfacht dargestelltem Spannrahmen.
Bei allen Ausführungsformn wurde auf die Wiedergabe technischer Details, wie z.B. für das Dichtsystem und die Befestigung der Elektrodenbleche und der Kontaktschienen verzichtet.
In den Figuren 1 a bis 3c sind beispielhaft und schematisch drei Ausführungsformn einer geteilten bipolaren Mehrzweckelektrolysezelle in Schnittdarstellungen durch die elektrochemisch wirksamen Bereiche dargestellt, wobei die oberen Figuren Seitenansichten und die unteren Figuren Drauf- sichten darstellen.
Die bipolare Mehrzweckelektolysezelle, wie diese in ihrer ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1 a und 1 b dargestellt ist, und dabei das Bezugszeichen 1 0 trägt, ist Teil einer nicht dargestellten Elektrolyseeinrichtung. Die bipolare Mehrzweckelektolysezelle 10 besteht aus einem Elektrodengrundkorper 1 2 aus Kunststoff, an dem beidseitig Metall-Elektrodenbleche oder Elektrodenplatten angebracht sind, wobei in dieser Ausführungsform das eine Elektrodenblech 14 massiv, und das andere Elektrodenblech 16 im elektrochemisch wirksamen Bereich durchbrochen ist. Der Elektrodengrundkorper 12 weist sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung im Querschnitt eine doppel-T Form auf, wodurch zwischen dem Elektroden- grundkorper 1 2 und den jeweiligen Elektrodenblechen 14, 16 Kanäle 18, 20 gebildet werden. Auf dem massiven Elektrodenblech 14 ist zusätzlich ein Elektrolytdichtrahmen 22 aus elastischem Material angebracht, der auf der Außenseite des massiven Elektrodenblechs 14 vom Elektrodengrundkorper 1 2 aus betrachtet einen weiteren Kanal 24 bildet. Dabei dient der von dem massiven Elektrodenblech 14 und dem Elektrolytdichtrahmen 22 gebildete Kanal 24, sowie der zwischen dem Elektrodengrundkorper 12 und dem durchbrochenen Elektrodenblech 16 gebildete Kanal 20, der im folgenden als Elektrodenrückraum bezeichnet wird, dazu, die Elektolytlösungen für die Elektrolyse aufzunehmen. Der zwischen dem Elektrodengrundkorper 12 und dem massiven Elektrodenblech 14 gebildete Kanal 18 dient dazu, Kühlflüssigkeit zur Kühlung des massiven Elektrodenblechs 14 sowie gegebenenfalls des Elektrodengrundkörpers 12 aufzunehmen und wird im folgeneden als Kühlraum bezeichnet.
In den Elektrodengrundkorper 12 sind Zu- und Ableitungen für die Elektro- lytlösungen eingearbeitet, wobei die Zuleitungen 26 und 28 in einem unteren Mittelbereich des Elektrodengrundkörpers 12 angeordnet sind und die zugehörigen Ableitungen 30 und 32 in einem oberen Mittelbereich davon angeordnet sind. Die Zu- und Ableitungen sind über jeweilige Einlaßöff- nungen 34, 36 und Auslaßöffnungen 38, 40 mit den Elektrolytkanälen 24 und 20 verbunden, durch welche die Elektolytlösungen für die Elektrolyse geleitet werden, wobei die Einlass- und Auslassöffnungen 34 und 38 für den am massiven Elektrodenblech 14 ausgebildeten Kanal 24 durch das massive Elektrodenblech 14 hindurchführen.
Wie bereits erwähnt, ist zur Kühlung des massiven Elektrodenblechs 14 zwischen dem Elektrodengrundkorper 12 und dem Elektrodenblech 14 ein Kühlraum 1 8 vorgesehen, in den, bzw. durch den ein Kühlmittel, in diesem Fall Kühlwasser, über in einem unteren bzw. oberen Mittelbereich des Elektrodengrundkörpers 1 2 angeordnete Zuleitungen 42 und Ableitungen 44 sowie entsprechende Verbindungskanäle 46 und 48 geleitet bzw. gepumpt werden kann. Dabei kann natürlich auch ein "Lift-Effekt" ausgenutzt werden, wobei aber auch Kühlmittel denkbar wären, bei denen ein umgekehrter Effekt auftritt. Das durchbrochene Metallelektrodenblech benötigt keine zusätzliche Kühlung, da sie von der Elektrolytlösung ausreichend gekühlt wird und nur in Randbereichen auf dem Grundkörper auf- liegt, wodurch ein Wärmestau vermieden wird.
Auf dem durchbrochenen Metallelektrodenblech 1 6 liegt eine lonenaustau- schermembran 50 auf, die über geeignete Mittel an dem durchbrochenen Elektrodenblech 1 6 angebracht ist.
Aus der Draufsicht in Fig. 1 b ist schließlich ersichtlich, daß Kontaktschienen 52 die seitlich verlängerten Metallelektrodenbleche 14 und 1 6 kontaktieren und zwischen den jeweiligen Kontaktschienen und dem Rand des Grundkörpers 1 2 Spalten 54 ausgebildet sind, welche durch die Metallelek- trodenbleche seitlich begrenzt sind.
In den Fig. 2a und 2b ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Darin wird eine mit 1 1 0 bezeichnete Mehrzweckelektrolysezelle dargestellt, wobei Bauelemente, die solchen der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1 a und 1 b entsprechen, mit denselben Bezugsziffern, jeweils vermehrt um die Zahl 100, versehen sind. Es wird im folgenden nur auf die Unterschiede eingegangen, so daß im übrigen auf die Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels verwiesen wird.
Während bei der ersten Ausführungsform ein massives 14 und ein durchbrochenes Elektrodenblech 1 6 verwendet werden, werden bei der zweiten Ausführungsform zwei massive Elektrodenbleche 1 14 verwendet, auf denen jeweils ein Elektrolytdichtramen 1 22 aufliegt. Die Einlass- und Auslassöffnungen 1 34, 136 und 138, 140 für die an den massiven Elektrodenblechen 1 14 ausgebildeten Kanäle 1 28 sind in dieser Ausführungsform durch beide Elektrodenbleche 1 14 hindurchführen.
Beidseitig des Grundkörpers 1 1 2 sind zwischen dem Grundkörper 1 1 2 und den Elektrodenblechen Kühlräume 1 1 8 vorgesehen, um die massiven Elektrodenbleche 1 14 zu kühlen. Die Kühlräume 1 1 8 werden wiederum über Zuleitungen 142 und Ableitungen 144 sowie entsprechende Verbin- dungskanäle 146 und 148 mit Kühlflüssigkeit versorgt.
Bei der Verwendung von Mehrzweckelektrolysezellen mit zwei massiven Elektrodenblechen 1 1 4, wird im eingespannten Zustand, d.h. wenn mehrere erfindungsgemäße Mehrzweckelektrolysezellen durch Spannrahmen zusammengeschlossen werden, zwischen die dann in der Mitte zwischen zwei Dichtrahmen liegende Membran und die Kathoden bzw. Anodenfläche ein sogenanntes "Spacer-gitter" eingebracht, welche das Aufliegen der Membran auf einer der Elektrodenoberflächen verhindert und einen geord- ne-ten Elektrolytfluß sicherstellt. Derartige Spacer werden in verschiedenen Formen für Elektrolysezwecke angeboten.
In den Fig. 3a und 3b ist eine weitere, mit 210 bezeichnete erfindungsgemäße Mehrzweckelektrolysezelle dargestellt, wobei Bauelemente, die solchen der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1 a und 1 b entsprechen, mit denselben Bezugsziffern, jeweils vermehrt um die Zahl 200, versehen sind. Es wird im folgenden nur auf die Unterschiede eingegengen.
Während bei der ersten Ausführungsform ein massives 14 und ein durchbrochenes Elektrodenblech 1 6 verwendet wird, werden bei dieser Ausfüh- rungsform zwei durchbrochene Elektrodenbleche 21 6 verwendet, wobei zu deren elektrischen Isolierung zusätzlich auf einer der Elektrodenbleche ein dünner Dichtrahmen 256 angebracht ist, auf dem die Ionenaustauscher- membran 250 über geeignete Mittel angebracht ist. Die lonenaustauscher- membran 250 kann aber auch direkt auf einem Elektrodenblech angeordnet sein, wobei dann ein dünner Dichtrahmen auf der Membran, oder dem freien Elektrodenblech angebracht wird. Durch die ausschließliche Verwen- düng von durchbrochenen Elektrodenblechen sind in dieser Ausführungsform Kühlräume nicht erforderlich.
In Fig. 4 wird der Stromtransport durch eine Zelle aus drei erfindungsgemäß aufgebauten bipolaren Elektrodenplatten und den beiden Randelektro- denplatten mit beidseitiger Stromzuführung und bis zu den seitlichen Kontaktschienen verbreiterten Kunststoffgrundkörpern verdeutlicht.
Zugrundegelegt wurde die Aufbauvariante nach Fig. 1 a mit einem durchbrochenen und einem massiven Metallelektrodenblech je bipolarer Elektro- denblech. Die Bezeichnungen der numerierten Bauelemente sind die gleichen wie bei Fig 1 .
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren 1 bis 4 dargestellten konstruktiven Ausführungsformen beschränkt. So können auch ungeteilte Zellen bzw. Mehrkammerzellen unter Nutzung des Erfindungsprinzips aufgebaut werden. Anstelle der lonenaustauschermembranen können auch mikroporöse Diaphragmen eingesetzt werden. Auch die Zu- und Abführungen für die Elektrolytlösungen können anders als hier dargestellt angeordnet werden, z.B. können sie aus den oberen und unteren Stirnflächen der Kunst- stoffgrundkörper herausgeführt werden oder sie werden über Sammelleitungen innerhalb der bipolaren Elektrodenplatten bis zu den Randplatten geführt.

Claims

Patentansprüche
1. Bipolare Mehrzweckelektrolysezelle für hohe Strombelastungen, bestehend aus einem Spannrahmen, zwei Elektrodenrandplatten mit
Metallelektrodenblechen und Stromzuführung sowie aus bipolaren Elektrodenplatten, letztere bestehend aus:
je einem Elektrodengrundkorper (12) aus Kunststoff, mit einseitig oder beidseitig eingearbeiteten Elektrodenrückräumen (20) und/oder
Kühlräumen (18), eingearbeiteten Zu- und Abführungsleitungen für die Elektrolytlösungen (26,28,30,32) und das Kühlmedium (42, 44),
beidseitig auf den Grundkörper (12) aufgebrachten Metallelektroden- blechen (14,16), die im elektrochemisch wirksamen Bereich massiv und/oder durchbrochen sind,
auf den massiven Metallelektrodenblechen (14,16) aufliegende Elektrolytdichtrahmen (22) aus elastischem Kunststoff,
auf den durchbrochenen Metallelektrodenblechen ( 14, 16) und/oder den Elektrolytdichtrahmen (22) aufliegende lonenaustauschermem- branen (50) zur Trennung der Elektrodenräume, d ad u rc h g e ken n zei c h n et, daß die Elektrodenplatten ein Höhen zu Breiten-Verhältnis von 30:1 bis 1,5:1 aufweisen, die Metallelektrodenbleche (14,16) und die Elektrolytdichtrahmen (22) seitlich über die Elektrodengrundkorper (12) hinausragen und sowohl mit beidseitig im Abstand von 1 bis 50 mm von den Elektrodengrundkorpern ( 12) angeordneten senkrechten Kontaktschienen (52), als auch im Bereich der Elektrolytdichtrahmen
(22) mit den Elektrodengrundkorpern (12) zu mechanisch stabilen, als selbständige Einheiten montierbaren, bipolaren Elektrodenplatten verbunden sind, wobei die elektrische Isolierung zweier benachbarter bipolarer Einheiten gegeneinander durch die Elektrolytdichtrahmen (22) bei gleichzeitiger Abdichtung der Elektrolyträume beim Verspannen der Elektrodenplatten mittels des Spannrahmens durch den Anpreßdruck herbeigeführt wird.
2. Bipolare Mehrzweckelektrolysezelle nach Anspruch 1, d ad u rc h g e ke n n zei c h n et, daß die Anodenbleche aus Ventilmetallen, vorzugsweise Titan, mit Aktivschichten aus Edelmetallen bestehen.
3. Bipolare Mehrzweckelektrolysezelle nach Anspruch 1 oder 2, d ad u rc h g eke n nzei c h n et, daß die Anodenbleche eine Edelmetallauflage aus massivem Platin, erhältlich durch heißisostatisches Pressen von Platinfolie und Titanblech aufweisen.
4. Bipolare Mehrzweckelektrolysezelle nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u rc h g e ke n n ze i c h n et, daß das Kathodenblechmaterial Nickel, Titan, Stahl, Edelstahl oder
Blei ist.
5. Bipolare Mehrzweckelektrolysezelle nach Anspruch 4, d a d u r c h g e ke n n ze i c h n et , daß die Kathodenbleche aus hochlegierten Edelstahlen, z.B. solchen mit der Werkstoffnr. 1.4539, bestehen, deren aktive Elektrodenflächen als Streckmetall ausgebildet sind und die rückseitig direkt auf dem als Stütze dienenden, durchbrochenen Kathodenrahmenteil aufliegen.
6. Bipolare Mehrzweckelektrolysezelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u rc h g e ke n n ze i c h n et , daß die Stromkontaktflächen der Elektroden mit gut leitenden Überzügen aus Platin, Gold, Silber oder Kupferschichten versehen sind.
7. Bipolare Mehrzweckelektrolysezelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u rc h g e ke n n ze i c h n et , daß die Kontaktschienen aus Kupfer bestehen, welches verzinnt, vorsilbert oder mit einem Edelmetall beschichtet ist.
8. Bipolare Mehrzweckelektrolysezelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u rc h ge ke n n ze i c h n et , daß die Kontaktschienen und die Elektrodenkontakte vergoldet bzw. platiniert sind und die Stromübertragung durch den durch Verspannen des Elektrodenpaketes entstehenden Preßkontakt erfolgt.
9. Bipolare Mehrzweckelektrolysezelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u rc h g e ke n n zei c h n et , daß zwischen Zellrahmen und senkrecht stehenden Kontaktschienen ein Luftspalt von mehreren Millimetern besteht, der bei leichten Elektrolytleckagen eine Drainage erlaubt und eine Unterwanderung der Stromkontakte verhindert.
10. Bipolare Mehrzweckelektrolysezelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u rc h g e ke n n zei c h n et, daß die Elektrodenplatten eine Höhe von 1,5 bis 3 m und eine Hö- hen/Breitenverhältnis von 10:1 bis 1,5:1 aufweisen.
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