FI75370B - Foerfarande foer framstaellning av en bipolar elektrod. - Google Patents

Description

1 75370

Menetelmä kaksinapaisen elektrodin valmistamiseksi

Keksinnön kohteena on menetelmä kaksinapaisen elektrodin valmistamiseksi, joka elektrodi sopii käytettäväksi kloraatti-elektrolyysissä, jolloin kaksi titaanista ja teräksestä muodostuvaa elektrodiosaa liitetään toisiinsa välikappaleella, joka muodostuu kahdesta normaalisti toisiinsa ei-hitsattavasta materi aali sta.

Tähän asti tällaisissa elektrolyysikennoissa on käytetty etusijalla ennen kaikkea kahta ratkaisua a) anodi- ja katodiosa koostuvat molemmat samasta materiaalista ja anodiosassa on sähkökatalyyttisesti aktiivinen päällyste tai molemmat osat on valmistettu seoksista, jotka koostuvat samoista pääaineosista (vrt. esimerkiksi DE-kuulutus-julkai su 24 35 185); b) anodi ja katodi ovat rinnakkain ja etäisyydellä toistensa suhteen ja ne on yhdistetty keskenään kaksikerroksisista metallisuikaleista muodostuvien takalevyjen kautta (vrt. DE-hakemusjui kai su 26 56 110 ).

Kaksinapaisissa elektrodeissa, joiden anodi- ja katodiosa on järjestetty yhdensuuntaisesti ja etäisyydellä toistensa suhteen, on molempien osien liittämiseksi keskenään käytettävissä riittävä pinta, mistä syystä ne voidaan toteuttaa helposti tavanomaisilla menetelmillä.

Keksinnön tehtävänä on valmistaa kaksinapainen elektrodi, joka on muodostettu yhtenä kappaleena ja etenkin juuri levymäiseksi ja koostuu kahdesta aivan erilaisesta materiaalista, jotka on yhdistettävä yhdessä tasossa.

Keksinnön mukaisen menetelmän tunnusmerkit selviävät oheisesta patenttivaatimuksesta.

Keksinnön erityisinä etuina ovat yksinkertainen valmistettavuus, alhainen potentiaali, etenkin vety-ylijännite, hydridi-muodostuksen välttäminen katodi sivulla, etenkin kloraattiken-noi ssa.

2 75370

Koska keksinnön mukaisessa ratkaisussa voidaan käyttää myös normaalisti ei-hitsattavia materiaaleja, ne vastaavat anodille ja katodille toivottuja sähkökemiallisia ominaisuuksia, jolloin voidaan optimoida myös kulloinkin kyseessä olevan elektrokemiallisen prosessin olosuhteet halutulla tavalla.

Keksinnön muut edut ja tunnusmerkit selviävät ammattihenkilölle seuraavasta selityksestä ja sovellutusesimerkkien piirustuksista, ilman että keksintö olisi rajoitettu näihin.

Piirustuksessa kuvio 1 esittää päällyskuvaa yhdistetystä kaksinapaisesta elektrodista, kuvio 2 esittää pitkittäisleikkausta kuvion 1 mukaisesta elektrodista.

Kaksinapaisessa elektrodissa on anodiosa 1 ja katodiosa 2. Molemmat on yhdistetty yhdessä tasossa keskenään välikappaleen 3 kautta, kuten kuvioissa on esitetty. Välikappale 3 muodostuu anodiin päin olevasta osastaan 5 anodisesta materiaalista ja katodiin päin olevasta sivustaan 6 katodisesta materiaalista. Molemmat alueet on erotettu raja- tai puskupin-nalla 4, joka nähdään ulkoa vain viivana ja jonka paksuus vastaa olennaisesti anodia ja katodia. Liitoskappaleeksi muodostettu välikappale 3 on järjestetty puskukohtien väliin anodin ja katodin kapeilla sivuilla, jotka ovat toisiinsa päin, ja se yhdistetään näiden kanssa hitsaamalla. Mieluum-min käytetään tavanomaisia sulahitsausmenetelmiä, nimittäin vastus- ja pistehitsausta, WIG- tai NIG-hitsausta, lasersäteen avulla tapahtuvaa hitsausta ja vastaavia. Anodimate-riaalina tulevat kysymykseen niin kutsutut venttiilimetallit, joita käytetään tavanomaisesti mittastabiileissa anodeissa, nimittäin titaani, tantaali, sirkonium, niobi, wolframi. Tällaisella anodimateriaalin peruskappaleella on vielä sähköäjohtava pinta, joka koostuu esimerkiksi platinametallista, platinametallioksidista tai johtavasta, anolyytin suhteen kestävästä metallioksidista tai oksidiseoksesta. Venttiili- 3 75370 metalleja ovat metallit, jotka muodostavat johtamattomia oksideja, jotka ovat kestäviä anolyytin suhteen. Verkkome-talli-, verkko- tai hila-anodi ovat etusijalla suuremman sähkökatalyyttisesti vaikuttavan pinnan ja elektrolyytin hyvien virtausmahdollisuuksien johdosta.

Katodi on samoin mieluummin perforoitu ja valmistettu tasaisesta pellistä tai levyistä kuten anodi ja muodostuu yksinomaan sähköäjohtavasta katolyytin suhteen kestävästä aineesta, kuten teräksestä, nikkelistä, raudasta tai näiden materiaalien seoksista. Edullisesti katodi päällystetään pinnaltaan nikkelillä tai nikkeliseoksella tai -yhdisteellä.

Erityisen ongelman on tähän asti muodostanut niin kutsuttujen sopimattomien materiaalia!, kuten esimerkiksi tantaalin ja teräksen tai vast, titaanin ja teräksen ja muiden liitäntä, joita ei normaalisti voida hitsata keskenään. Tällöin on järjestetty välikappale, joka on materiaalista, kuten esimerkiksi kuparista, joka voitiin yhdistää moitteettomasti molempien aineiden, so. anodin ja katodin materiaalin kanssa.

On kuitenkin tunnettua, ettei ole olemassa etenkään kuparin korroosionkestävyyttä, yleensäkään kestävyyttä elektrolyytin suhteen.

Jos on haluttu valmistaa kahdesta normaalisti keskenään ei-hitsattavasta metallista kaksoismetalli, se tapahtuu tavanomaisesti valssauspäällystämällä. Tällainen päällystysliitos ei ole kuitenkaan kestänyt sulahitsausmenetelmän olosuhteita tavanomaisille anodi- ja katodimateriaaleille tarvittavien korkeiden lämpötilojen johdosta.

Keksintö lähtee tässä toista tietä:

Valmistetaan välikappaleet sekakappaleesta, esimerkiksi kulloinkin puoliksi anodi- ja katodimateriaalista ja tylpästi vastakkain olennaisesti levymäisen elektrodin leveydellä ja paksuudella. Sekakappaleet on muodostettu olennaisesti ennen 4 75370 niiden liittämistä elektrodiosiin suikalemaisiksi ja suunnilleen elektrodin levyisiksi. Ne valmistetaan esimerkiksi seuraavasti:

Titaani- ja teräslevy hitsattiin kammiossa argonatmosfää-rillä, edullisesti samasta teräksestä valmistetussa kapselissa, jolloin teräskapselin toisessa sivussa on jo liitoskappa-leen teräsosan haluttu paksuus, sen jälkeen kun ne oli esi-puhdistettu, etenkin petsattu ja/tai poistettu rasvasta. Kapselit puristettiin 800-2000 baarin paineessa ja noin 780-820°C:n lämpötila-alueella kuumaisostaattisesti ja pidettiin paineessa ja lämpötilassa noin 30-180, etenkin 60-120 minuutin ajan edeltävän kuumennuksen ja sen jälkeen tapahtuvan jäähdyttämisen kanssa. Näin valmistettu sekakappale vapautettiin tämän jälkeen kapselista, esimerkiksi mekaanisen tai kemiallisen poiston avulla. Puristettu kappale voidaan jakaa mahdollisesti tämän jälkeen loppumuotoon - pieniksi suikaleiksi.

Olennaista on, että näin valmistetussa sekakappaleessa on metallien välinen faasiliitos, jossa on materiaalien hyvä hienorakeisuus ja erittäin suuri tiheys, so. ilman virhekoh-tia, kuten hiussäröjä ja vastaavia. Siten on mahdollista saada aikaan hyvä virranvirtaus ja siten myös pienet potentiaali-häviöt.

Kuumaisostaattinen puristusmenetelmä suoritettiin tunnetulla tavalla firman W.C. Heraeus GmbH, Hanau, tehtaassa. Kuuma-isostaattisen puristusmenetelmän sijasta voidaan valmistaa myös metallien välinen liitos kahden normaalista ei-hitsatta-van materiaalin välillä kastelupäällystyksen tai tavanomaisen diffuusiohitsausmenetelmän avulla, mutta kuumaisostaattista puristamista pidetään parempana.

On selvää, että kaksinapaiset yhdistetyt elektrodit voidaan yhdistää myös useista pareittain yhdistetyistä anodi- ja katodiosista välikappaleiden kanssa yksikappaleisen tasaisen, etenkin levymäisen elektrodin muodostamiseksi. Elektrodin li 5 75370 muoto on yksinomaan riippuvainen kennon ja siinä olevan laitteen koosta sekä halutusta elektrolyyttivirrasta ja virransyöttö- ja poistojohdoista.

Keksinnön mukaisia kaksinapaisia elektrodeja voidaan käyttää sähkökemiallisissa kennoissa, etenkin ne soveltuvat hyvin alkalikloridien vesipitoisten liuosten elektrolyysiin. Kaksinapainen elektrodi ei ole yhdistetty suoraan virransyöttöön, vaan toinen pinta vaikuttaa anodina ja toinen katodina, kun virta virtaa kennon läpi. Virransyöttöön soveltuvat pinteet, jotka yhdistävät kulloinkin elektrodin samannapaiset osat. Edullisesti uudet kaksinapaiset elektrodit voidaan järjestää kennoon niin (vaakasuorasti tai pystysuorasti), että kulloinkin yksi katodialue on kulloinkin vastapäätä yhtä anodialuetta.

Elektrolyyttien virtaussuunta voi olla levymäisten elektrodien välistä, so. niiden tasoa pitkin, tai kulloinkin elektrodien rei'itysten läpi. Kennon tulo- ja poistopään välissä tapahtuu mahdollisesti elektrolyyttikierto.

Sovellutusesimerkkien muita muunnelmia voidaan suorittaa rajoittamatta siten yleistä keksinnön ajatusta, joka on esitetty etenkin patenttivaatimuksissa.