FI77271C - Elektrod, elektrokemisk cell, bipolar cell och foerfarande foer framstaellning av en elektrod. - Google Patents

Description

! 77271

Elektrodi, sähkökemiallinen kenno, bipolaarinen kenno ja menetelmä elektrodin valmistamiseksi

Esillä oleva keksintö kohdistuuu elektrodiin, joka 5 käsittää useita vierekkäisiä, jatkuvia kuituja, jolloin kunkin kuidun päällä on ohut, lujasti kiinnittynyt metal-lipäällyste.

Esillä oleva keksintö kohdistuu myös sähkökemialliseen kennoon, joka käsittää vähintään yhden elektrodi-10 parin, jolloin kunkin parin elektrodien sähkövaraukset ovat vastakkaismerkkiset ja ainakin toinen jokaisen parin elektrodeista käsittää useita vierekkäisiä, jatkuvia kuituja, jolloin kunkin kuidun päällä on ohut, lujasti kiinnittynyt metallipäällyste.

15 Edelleen esillä oleva keksintö kohdistuu bipolaa- riseen sähkökemialliseen kennoon sekä menetelmään elektrodin valmistamiseksi.

Terhokkuus sähkökemiallisissa prosesseissa kuten elektrolyysissä, galvanoinnissa, sähkötalteenotossa, 20 elektro-orgaanisessa synteesissä ja jätteiden talteenotossa riippuu huomattavassa määrässä elektrodin pinta-alasta. On rakennettu elektrodeja, joissa on harjakkeita tai poimutuksia pinta-alan suurentamiseksi. On myös käytetty hiekkapuhallusta elektrodin pinnan karhentamiseksi 25 ja suuren pinta-alan muodostamiseksi tällä tavalla. Näiden tunnettujen menettelyjen tehokkuus pinta-alan suurentamiseksi on havaittu rajoitetuksi.

Viime aikoina hiilikuituja elektrodeja varten suuren pinta-alan saamiseksi on esitetty US-patenteissa 30 4 046 663, 4 108 754 ja 4 108 757. Elektrodit muodostuvat useista hiilikuiduista, jotka on sijoitettu yleensä rinnakkain keskenään ja puristettu toisesta päästään sähkö-liitäntään. Vaikka näiden elektrodien pinta-alat voivat olla suuria, muodostavat ne verrattain heikon sähkölii- 2 77271 tännän. Erikoisesti suuri määrä hiilikuituja poikkeuksetta katkeilee kun näiden kuitujen muodostama kimppu puristetaan sähköliitäntään. Tämä kuitujen katkeileminen vaikuttaa haitallisesti kimpun sähköiseen tehokkuuteen.

5 Lisäksi hiilikuitujen mekaaninen liittäminen aiheuttaa epäedullisen suuren sähkövastuksen liitäntään. Täten elektrodien teoreettista tehokkuutta ei voida saavuttaa mekaanisesti murtuvan ja tehottoman sähköliitännän vuoksi.

10 US-patenteissa 4 046 663, 4 046 664, 4 108 754 ja 4 108 757 esitetyt elektrodit vaikuttavat myös imusukan tavoin, jolloin elektrolyyttiä imeytyy niihin aina lii-toskappaleen alueelle. Kun elektrolyytti haihtuu, jää jäljelle suolatähteitä, jotka vaikuttavat haitallisesti 15 sähköliitäntään. Suolasaostumat peittävät päätteen termisesti, mikä aiheuttaa lämmönnousua, vastuksen kasvua ja mahdollisesti päätteen vioittumisen sillanmuodostuksen vuoksi. Vaikka imeytymistä ja kuitujen vaurioitumista voitaisiin valvoa, esiintyy huono sähköinen liitäntä 20 kimpun keskellä oleviin kuituihin.

On tehty useita yrityksiä metallipäällysteiden sijoittamiseksi hiilikuiduille niin, että päällystettyjen hiilikuitujen muodostamia kimppuja voitaisiin käyttää tehokkaammin elektrodeina eri sähkökemiallisissa proses-25 seissa. Useimmissa tapauksissa näille hiilikuiduille muodostettu päällystys on ollut epäjatkuva, hauras ja kallis tehdä. Esimerkiksi US-patentissa 4 132 828 on esitetty nikkelin tyhjiösaostusta hiilikuiduille. Tässä patentissa esitetty päällyste ei kuitenkaan ole jatkuvas-30 ti kosketuksessa hiilikuitujen kanssa ja murtuu helposti ja putoilee pois kuitua taivutettaessa.

Sähköttömiä (kemiallisia) nikkelikylpyjä on myös käytetty hiilikuitujen päällystämiseen. Tämä päällys-tysmenetelmä on kuitenkn hidas, kallis soveltaa ja 3 77271 jälleen aiheutuu huono, epäjatkuva päällyste. Muita epäedullisesti päällystettyjä kuituja on esitetty US-patentissa 3 662 283.

Edellä esitetyn perusteella on esillä olevan 5 keksinnön kohteena valmistaa kuituja sisältäviä elektrodeja, joiden pinta-alat ovat suuret, sähköliitännät tehokkaat ja joiden kuiduilla on jatkuva metallipäällys-te, jonka sidoslujuus kuituihin on suuri.

Esillä olevan keksinnön seuraavana kohteena on 10 valmistaa päällystettyjä ja päällystämättömiä kuituelekt-rodeja, joita voidaan taivuttaa, kiertää, kutoa tai neuloa lukuisiksi rakenteiksi tehokasta käyttöä varten sähkökemiallisissa kennoissa.

Keksinnön seuraavina kohteina ovat edelleen säh-15 kökemialliset kennot ja menetelmät, joiden avulla sähköä johtavat kuidut muodostetaan elektrodeiksi, joissa ei esiinny alan aikaisempien elektrodien epäkohtia.

Esillä olevan keksinnön mukaiselle elektrodille on tunnusomaista, että metallilla päällystetyn kuidun 20 päässä on liitin, ja että sähköisesti johtava metalli ulottuu kuitujen päissä olevien metallipäällysteiden välillä ja liittää ne toinen toisiinsa ja mainittuun liittimeen yhtenäisen metallimatriisin muodostamiseksi, joka muodostaa tehokkaan sähköisen kytkennän metal-25 lipäällysteisten kuitujen ja mainitun liittimen välille. Päällyste on edullisesti jatkuva ja on kiinnitetty niin hyvin, että jos metallipäällysteistä kuitua taivutetaan, päällyste voi halkeilla, mutta se ei kuoriudu pois.

Kuidut keksinnön mukaisia elektrodeja varten voivat 30 olla semi-metallisia, kuten hiili- ja piikarbidikui- tuja tai johtamattomia kuten nailonia, polyesteriä ja/ tai aramidi-kuituja.

Jos kuidut ovat semi-metallisia, hiiltä tai piikarbidia, metallipäällyste voidaan muodostaa mene- 4 77271 telmän avulla, joka on esitetty US-patenttijulkaisussa 4 661 403. Kuitupäällyste, joka on esitetty US-patentti-julkaisussa 4 661 403, on jatkuva ja sen kiinnittymis-ja taipuisuusominaisuudet ovat parannetut. Tämän tulok- 5 sena on mahdollista muodostaa kuituja, jotka on päällystetty US-patenttijulkaisun 4 661 403 mukaisen menetelmän avulla, rakenteiksi, jotka ovat käyttökelpoisia elektrodeiksi ja joita on pidetty saavuttamattomina käytettäessä alan aikaisempia metallipäällysteisiä hiili- tai 10 piikarbidikuituja. On huomattava kuitenkin, että vaikka US-patenttijulkaisussa 4 661 403 esitetään suositeltava menetelmä hiili- tai piikarbidikuitujen päällystämiseksi, esillä oleva keksintö ei rajoitu tähän.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle kuituja sisältä-15 vän elektrodin valmistamiseksi on tunnusomaista, että se käsittää useiden jatkuvapituisten ydinkuitujen muodostamisen; jokaisen ydinkuidun ainakin toisen pään pinnoittamisen oleellisesti tasaisella, lujasti kiinnittyneellä metallipäällysteellä; sähköliittimen sijoittamisen kos-20 ketukseen ydinkuitujen metallipäällysteisten päiden kanssa, ja metallipäällysteisten päiden ja sähköliit-timien yhdistämisen toisiinsa sähköisesti johtavan metallin avulla, joka ulottuu metallipäällysteisten kuitujen päiden väliin muodostaen yhtenäisen kuitu/metalli-matrii-25 sin, joka aikaansaa tehokkaan sähköisen kytkennän.

Edellä esitetyn menetelmän mukaan valmistetuissa kuiduissa on metallin liittymislujuus ytimeen riittävän suuri sen takaamiseksi, että jos kuitua taivutetaan, päällyste voi halkeilla, mutta se ei poistu kuoriutumal-30 la. Lisäksi suositeltavissa kuiduissa sidoslujuus on enemmän kuin riittävä kuitujen solmimisen sallimiseksi ilman, että huomattava määrä, esimerkiksi enemmän kuin 5 tilavuusprosenttia päällysteestä irtoaa ja hilseilee.

Jos kuidut ovat sähköä johtamattomia, esimerkiksi 5 77271 nailonia, polyesteriä ja/tai aramideja tai vastaavia, tehdään ne ensin johtaviksi muodostamalla erittäin ohut metallinen välikerros, kuten FI-patenttihakemuksessa 842529 on esitetty ja päällystetään sitten metalliker-5 roksella, kuten US-patenttijulkaisussa 4 661 403 on esitetty.

Jos ydinkuidut ovat semi-metallisia tai ei-metal-lisia, keksinnön mukainen elektrodi muodostetaan edullisesti kuiduista, jotka on päällystetty metallilla 10 elektrodin liitäntäkohdan lähellä teholähteeseen. Kuitujen metallipäällyste sallii liitoksen tekemisen teholähteeseen esimerkiksi juottamalla jatkuvan kuitu/-metalli-matriisin muodostamiseksi sähköliitoksen läheisyyteen, jolloin vältytään mekaanisilta liitoksilta 15 kuten puristusliitoksilta, jotka vaurioittavat kuituja ja heikentävät elektrodin tehokkuutta. Lisäksi juotos-liitos ja muodostunut kuitu/metalli-matriisi estää imeytymisen, mikä on ollut yleistä alan aikaisemmissa mekaanisissa liitoksissa ja joka nopeasti heikentää 20 sähköliitoksen laatua. Lisäksi juotosliitos ja muodostunut kuitu/-metalli-matriisi sulkee kaikki kuidut metalliin, jolloin saadaan pieni kosketusvastus jopa 100 000 kuidun muodostaman kimpun keskelle.

Esillä oleva elektrodi voidaan varustaa metal-25 lipäällysteellä vain kuitukimpun sillä osalla, joka on sähköliitoksen läheisyydessä. Elektrodi voidaan valmistaa myös kuitukimpusta, joka on täysin päällystetty metallilla ja josta on sitten poistettu osa metallipääl-lysteestä ennen käyttöä elektrodina. Useimmissa sähkö-30 kemiallisissa sovellutuksissa elektrodi, joka on päällystetty metallilla vain liitoskohdan läheisyydessä, toimii edullisesti anodina.

Esillä olevaan keksintöön kuuluu edelleen kuitu-ryhmä, jolloin jokainen ryhmän kuitu on jatkuvasti __- - τ^. ______ 77271 6 päällystetty metallilla koko pituudeltaan. Nämä päällystetyt kuidut muodostavat suuren pinnan, jonka sähkönjohtokyky on suuri. Ne liitetään teholähteeseen esimerkiksi juottamalla yhtenäisen hiili/metalli-matriisin 5 muodostamiseksi sähköliitoksen läheisyyteen. Kuten edellä on esitetty, tämä jatkuva matriisi estää kuitujen vaurioitumisen ja estää huomattavasti imeytymistä.

Elektrodia, joka on muodostettu galvanoimalla pitkin jokaisen kuidun koko pituutta, käytetään tyypillisesti 10 katodina.

Tuloksena kuitujen päällysteen parantamisesta, kuten edellä ja US-patenttijulkaisussa 4 661 403 ja FI-patenttihakemuksessa 842529 on esitetty, mitkä julkaisut on liitetty tähän viitteeksi, on mahdollista muotoilla 15 esillä oleva kuituelektrodi useiksi käyttökelpoisiksi rakenteiksi, joita tähän mennessä ei ole voitu saavuttaa. Erikoisesti metallipäällysteinen kuitukimppu voidaan käämiä läpivirtaustukikappaleen ympärille, jolloin metallipäällysteen irtautumismahdollisuus kuiduista on 20 pieni tai sitä ei esiinny lainkaan, Muihin galvanoituihin elektrodirakenteisiin kuuluvat kudotut matot, jotka voidaan tukea tasomaiseksi rakenteeksi tai kiertää läpivirtaustukikappaleen ympärille ja punotut putkimaiset rakenteet, jotka voidaan sijoittaa sylinterimäisen lä-25 pivirtaustukikappaleen ympärille.

Keksinnön mukaiselle sähkökemialliselle kennolle on tunnusomaista patenttivaatimuksen 2 tunnusmerkkiosas-sa esitetyt seikat.

Keksinnön mukaiselle bipolaariselle kennolle on 30 puolestaan tunnusomaista patenttivaatimuksen 4 tunnus-merkkiosassa esitetyt seikat.

Esillä olevien elektrodien monipuolisuuden vuoksi useat kennorakenteet ja prosessit ovat mahdollisia. Esimerkiksi anodeja ja katodeja, jotka on sijoitettu läpivirtaus 7 77271 tukikäppaleiden ympärille, voidaan vuorotellen sijoittaa yhteen tai useampaan kennoon. Elektrolyytti voi sitten siirtyä kennojen lävitse tavalla, joka takaa maksimikosketuksen hiilikuitujen kanssa. Eräässä toteutuksessa jokainen kenno 5 voi sisältää anodin läpivirtaustukikappaleen ympärillä ja katodin läpivirtaustukikappaleen ympärillä. Jokainen tällainen kenno voidaan eristää johtamattoman estoseinän avulla, jolloin jokaisessa estoseinässä on läpikulkuja elektrolyyttiä varten yhden tai useamman reiän muodossa. Halutun vir-10 tauskuvion saavuttamiseksi kulkutiet irtoseinässä voivat sijaita vuorotellen pohjakulmassa tai vastakkaisessa yläkulmassa. Tällä tavalla sijoitetut reiät estokerroksissa auttavat elektrolyytin maksimikosketuksen saavuttamiseksi elektrodien kanssa.

15 Edellä esitetyn toteutuksen toisessa toteutuksessa jokaiseen kennoon voi sisältyä useita kuituja sisältäviä . . anodeja ja katodeja, jotka on kierretty läpivirtaustukikappa- leiden ympärille. Useita näitä monielektrodikennoja voidaan sijoittaa sarjaan käyttäen liitäntöjä kennojen välillä, jot-20 ka on suunniteltu siten, että taataan elektrolyytin maksimi-kosketus elektrodeihin. Kuten aikaisemmin on mainittu, tämä elektrolyytin virtauskuvio voidaan saada sijoittamalla vuorotellen aukkoja kennon välisiin estoseiniin niiden ylä- ja alakulmiin.

25 Esillä olevaan keksintöön kuuluu myös muita sähkö kemiallisia kennoja, joiden rakenteet vaihtelevat. Esimerkiksi huokoisia metallilevyjä voidaan käyttää katodeina ja sijoittaa vuorotellen edellä esitettyjen anodien kanssa. Vielä seuraavana toteutuksena voidaan valmistaa erottelukenno, 30 jossa käytetään pientä anodia kuten platinalankaa yhdessä suuren pinta-alan omaavan, metallilla päällystetyn kuitu-katodin kanssa määrättyjen metallien saostamiseksi katodille ja muut metallit jäävät liuokseen. Elektrolyytin optimikos-ketuksen takaamiseksi edellä mainitun erottelukennon elektro-35 dien kanssa voidaan metallilla päällystetty kuitukatodi muodostaa sylinterimäiseksi rakenteeksi, mikä sylinteri on 8 77271 sijoitettu samankeskisesti anodin ympärille. Sylinterimäinen kuitukatodi voidaan muodostaa joko kiertämällä kuitukimppu kierukkamaisesti huokoisen sylinterimäisen muotin ympärille tai kutomalla putkimainen rakenne metallipäällysteisestä 5 kuidusta. Seuraava keksinnön mukainen kenno, jota voidaan käyttää hapetus/pelkistys-reaktioissa, on bipolaarinen kenno, joka käsittää vuorotellen sijoitettuna anodeja ja katodeja kennossa, joka sisältää molempia liuoksia, jolloin yksi esiteltävän keksinnön mukaisista toisiinsa kytketyistä elektro-10 deista on sijoitettu toiseen liuokseen, kun taas toinen keskenään kytketyistä elektrodeista on sijoitettu toiseen liuokseen .

Jokaisessa edellä esitetyssä toteutuksessa keksinnön mukaiset elektrodit muodostavat suuret pinta-alat, tehokkaat 15 sähköliitokset ja suuren sitoutumislujuuden ydinkuitujen ja niillä olevan metallipäällysteen välille.

Seuraavassa on esitetty yksityiskohtainen kuvaus mu-kaanliitettyjen piirrosten kanssa keksinnön edustavista toteutuksista. On otettava huomioon, että alan asiantuntijat 20 pystyvät modifioimaan ja muuttelemaan keksintöä sen hengessä ja alueen puitteissa.

Kuvio 1 on pystykuva osittain aukileikattuna esillä olevan keksinnön mukaisesta elektrodista, joka käsittää osittain metalloitujen kuitujen muodostaman kimpun ja siihen 25 kuuluvan kuitu/metalli-matriisin sen päässä? kuvio la on suurennettu poikkileikkauskuva kuviosta 1 pitkin sen viivaa la-la; kuvio Ib on suurennettu poikkileikkauskuva kuviosta 1 pitkin sen viivaa lb-lb; 30 kuvio le on suurennettu poikkileikkauskuva kuviosta 1 pitkin sen viivaa lc-lc; kuvio Id on suurennettu poikkileikkauskuva kuviosta 1 pitkin viivaa ld-ld? kuvio 2 on suurennettu pystykuva osittain aukileikat-35 tuna kuvion 1 mukaisen elektrodin yhdestä kuidusta; kuvio 3 on pystykuva osittain aukileikattuna kuvion 1 9 77271 mukaisesta elektrodista yhdessä suojaputken kanssa; kuvio 4 on pystykuva osittain aukileikattuna toisesta esillä olevan keksinnön mukaisesta elektrodista, joka käsittää täydellisesti metalloitujen kuitujen muodostaman kimpun; 5 kuvio 4a on suurennettu poikkileikkauskuva kuvion 4 mukaisesta elektrodista pitkin viivaa 4a-4a; kuvio 4b on kuvan 4 suurennettu poikkileikkausesitys pitkin viivaa 4b-4b; kuvio 4c on kuvan 4 suurennettu poikkileikkausesitys 10 pitkin viivaa 4c-4c; kuvio 5 on suurennettu pystyesitys osittain aukileikattuna kuviossa 4 esitetyn elektrodin yhdestä kuidusta; kuvio 6 on pystyesitys osittain aukileikattuna kuvion 4 mukaisesta elektrodista, jota käytetään suojaputken kanssa; 15 kuvio 7 on osiinsa hajoitettu perspektiiviesitys toi sesta esillä olevan keksinnön mukaisen elektrodin toteutuksesta, jolloin kuitukimppu on kierretty virtaustukikappa-leen ympärille; kuvio 8 on pystyesitys osittain aukileikattuna kuvios-20 sa 7 esitetystä elektrodista; kuvio 9 on sivuesitys osittain aukileikattuna kuviossa 7 esitetystä elektrodista; kuvio LO on sivuesitys osittain aukileikattuna esillä olevan keksinnön mukaisesta sähkökemiallisesta kennosta, 25 joka käsittää kuvien 7-9 mukaisen elektrodin; kuvio 11 on perspektiiviesitys jakolevyistä, joita käytetään kuvion 10 mukaisessa sähkökemiallisessa kennossa; kuvio 12 on perspektiiviesitys läpivirtauserottimesta, joka on sijoitettu kuvion 10 mukaisten elektrodien väliin; 30 kuvio 13 on kaaviokuva sähkökemiallisesta järjestel mästä, johon kuuluu esillä olevan keksinnön mukainen sähkökemiallinen kenno; kuvio 14 on tasoesitys kuvion 13 mukaisesta sähkökemiallisesta kennosta; 35 kuvio 15 on aukileikattu sivukuva kuviosta 14 pitkin viivaa 15-15; kuvio 16 on poikkileikkaus kuvion 14 esityksestä pitkin sen viivaa 16-16; 77271 ίο kuvio 17 on pystyesitys osittain aukileikattuna esillä olevan keksinnön mukaisesta erottelevasta sähkökemiallisesta kennosta; kuvio 18 on perspektiiviesitys kuvion 17 kennosta; 5 kuvio 19 on pystysivukuva osittain aukileikattuna kek sinnön mukaisesta sähkökemiallisesta kennosta, johon kuuluu huokoinen levyelektrodi; kuvio 20 on perspektiiviesitys kuvion 19 kennon huokoisesta levyelektrodista; 10 kuvio 21 on pystysivukuva osittain aukileikattuna esillä olevan keksinnön mukaisesta bipolaarisesta sähkökemiallisesta kennosta; ja kuvio 22 on perspektiiviesitys kuvion 21 jako- ja aktiivisesta elektrodista.

15 Esillä olevan keksinnön mukainen elektrodi on esitetty yleisesti numerolla 10kuvioissa 1, la, Ib, le, Id ja 2. Elektrodi 10 on muodostettu useista kuiduista 12, joista jokainen käsittää keskeisen, edullisesti hiiltä olevan kuidun 13, jonka läpimitta on noin 7-11 mikrometriä ja ohuen, saman-20 keskisen, jatkuvan kerroksen 14 nikkeliä tai muuta galvanoitua metallia, jonka paksuus on esimerkiksi noin 0,5 mikro-metriä. Päällystetyt kuidut 12 on muodostettu kimpuksi 15, joka on yleisesti lukuisten metalloitujen kuitujen 12, esimerkiksi noin 40 000 - 50 000 kuidun muodostama rinnakkais-25 järjestely, jolloin kimpun läpimitta on tyypillisesti noin 3,2 mm. Halutun pituinen kimppu 15 on sijoitettu sähköliit-timeen 15 siten, että sähköliittimen 16 puristusvarret 17 kiinnittyvät kimpun 15 toisen pään ympärille. Tarkemmin sanottuna sähköliittimen. 16 varret 17 kiinnittyvät kimpun 15 30 ympärille voimalla, joka on riittävä pitämään kiinni löyhästi kimpusta 15, mutta taataan kuitenkin, että metalloidut kuidut 12 eivät vaurioidu. Tämä puristusvarsien 17 kimppuun 15 kohdistama voima on huomattavasti pienempi kuin se voima, jota normaalisti käytetään, jos tämän mekaanisen liitoksen 35 täytyisi huolehtia sähkön johtamisesta.

Kun kimppu 15 on kiinnitetty sähköliittimeen 16, n 77271 liittimen 16 ja kimpun 15 muodostama yhdistelmä kastetaan sulaan metallikylpyyn, kuten noin 60 % tinaa ja noin 40 % lyijyä sisältävään juotoskylpyyn. Juote 18 imeytyy vierekkäisten metalloitujen kuitujen 12 välisiin alueisiin sekä sähkö-5 liittimen 16 ja metalloitujen kuitujen 12 väliseen alueeseen, jolloin muodostuu itse asiassa hiili/metalli-matriisi elektrodin 10 päähän, jolloin saadaan tehokas sähköäjohtava liitos kimpun 15 ja liittimen 16 välille. Metalloitujen kuitujen 12 haluttu imeytyminen voidaan tehdä sekunneissa, tyypillisesti 10 noin 10 sekunnin aikana.

Osa jokaisen kuidun metallipäällysteestä 14 poispäin liittimestä 16 poistetaan sitten esimerkiksi kastamalla typpihappokylpyyn. Tarkemmin sanottuna metallointi 14 poistetaan siten, että jäljelle jää lyhyt osa metallointia 14, 15 joka ulottuu poispäin juotoksesta 18. Edullisesti metallointi 14 ulottuu 1,25-5 cm juotoksesta 18, kuten mitta "x" kuvassa 2 esittää. Täten, kuten kuvassa la on esitetty, ylin osa elektrodista 10 muodostaa yhtenäisen hiili/metalli-mat-riisin, joka käsittää hiilikuidut 13, metalloinnin 15, juot-20 teen 18 ja liittimen 16 varret 17. Hieman kauempana liittimestä 16, kuten kuvassa Ib on esitetty, yhtenäinen hiili/ metalli-matriisi käsittää hiilikuidun 13, metalloinnin 14 ja juotoksen 18. Vielä kauempana liittimestä, kuten kuvassa le on esitetty, elektrodi 10 käsittää hiilikuidut 13 ja metal-25 loinnin 14 mutta ei juotetta 18. Tämän ilman juotetta oleva metallointi 14 muodostaa askelvastuksen keskimääräiselle sähkövirralle liittimestä 16 kuituun 13, josta metallointi on poistettu. Tällöin muodostuu virtagradientti, joka estää syöksyvirta-alueen muodostumisen, johon sen kanssa kosketuk-30 sessa oleva elektrolyytti vaikuttaisi nopeammin. Lopuksi, kuten kuvassa Id on esitetty, loppuosa elektrodin 10 kuiduista 13 on sijoitettu löyhästi kimpuksi 15, jossa ei ole metallointia ja elektrolyytti, kuten yleisesti nuoli 19 osoittaa, voi virrata vapaasti niiden välissä ja saavutetaan 35 maksimikosketus kuitujen 13 kanssa. Nämä hiilikuidut ovat grafiittia eikä niissä yleensä ole amorfista hiiltä.

12 77271

Kuvion 3 mukaan elektrodia 10 käytetään yhdessä johtamattoman suojaputken 20 kanssa, joka on valmistettu muovista tai muusta inertistä materiaalista. Putki 20 mukautuu löyhästi elektrodin 10 ylitse ja ulottuu yleensä liittimestä 16 5 kohtaan pitkin elektrodia 10, joka sijaitsee useita senttimetrejä elektrolyytin pinnan alapuolella, kun elektrodia 10 käytetään. Suojaputken 20 sijainti vastaa sitä tosiasiaa, että voimakkaimmin tuhoavat elektrolyyttireaktiot tapahtuvat alueella, joka sijaitsee välittömästi elektrolyytin pinnan 10 alapuolella. Suojaputki 20 siten minimoi vaurioittavat vaikutukset tällä elektrolyytin kriittisellä alueella. Elektrolyytin ja elektrodin 10 välisten siirtymävaikutusten minimoimiseksi edelleen suojaputki 20 on varustettu useilla pienillä rei'illä 21 suojaputken 20 siinä päässä, joka on kauimpana 15 sähköliittimestä 16 sähkövirtagradientin siirtymäalueen muodostamiseksi tehokkaasti sysäysvirran alueen ja elektrolyyttisen vaikutuksen minimoimiseksi.

Toinen keksinnön mukainen elektrodi 22 on esitetty kuvioissa 4, 4a, 4b, 4c ja 5. Elektrodi 22 on rakenteeltaan 20 samanlainen kuin edellä esitetty elektrodi 10 paitsi, että elektrodi 22 käsittää metalloinnin 14, joka sijaitsee jatkuvasti pitkin jokaisen kuidun 13 koko pituutta. Täten, kuten kuviossa 4a on esitetty, elektrodin 22 osa, joka sijaitsee liittimen 16 vieressä, muodostaa yhtenäisen hiili/ 25 metalli-matriisin, joka käsittää hiilikuidut 13, metalli-päällysteen 14, juotoksen 18 ja liittimen 16 varret 17. Elektrodin 22 kohdassa, joka sijaitsee hieman kauempana liittimestä 16, yhtenäinen hiili/metalli-matriisi käsittää hiilikuidut 13, metalloinnin 14 ja juotoksen 18, kuten kuviossa 30 4b on esitetty. Kauempana liittimestä 16 ja ulottuen elektrodin vastakkaiseen päähän kaikilla kuiduilla 13 on metalli-päällyste 14 mutta, kuten nuoli 19 osoittaa, elektrolyytti voi vapaasti virrata elektrodin 22 lävitse. Näiden metal-loitujen kuitujen sähkönjohtokyky on suuri.

35 Kuvio 6 esittää elektrodia 22 käytettynä yhdessä suojaputken 20 kanssa, joka, kuten edellä on mainittu, mini-

II

i3 77271 moi elektrolyytin vaurioittavat vaikutukset elektrolyytin ja ympäristön rajapinnalla. Useimmissa sähkökemiallisissa sovellutuksissa elektrodeja, jotka on esitetty kuvioissa 4-6 käytetään katodeina.

5 Kuvioissa 7-9 on esitetty yleisesti tasoelektrodi 30, jossa sovelletaan esillä olevaa keksintöä. Elektrodi 30 on valmistettu pitkänomaisesta kimpusta 32, joka on kierretty yleensä suorakulmaisen inertin läpivirtaustukikappaleen 34 ympärille ja jota pidetään paikallaan tukikappaleella 34 10 inertin verkon 36 avulla. Suurin osa metallointia voi olla poistettu kimpusta 32, kuten kuvioissa 1-3 on esitetty tai se voi olla täysin metalloitu, kuten kuvioissa 4-6 on esitetty. Kaikkiin elektrodeihin 30, käytetäänkö niitä anodeina tai katodeina, kuuluu metalloitu alue 38. Tämä metalloitu 15 alue 38 sallii juotteen 40 käyttämisen sähköliitoskappaleen 42 kiinnittämisen kimppuun 32 ja siten yhtenäisen hiili/me-talli-matriisin muodostamisen. Kuten edellä on esitetty, metalloitu alue 38 ulottuu edullisesti juotetun alueen 40 rajan taakse ja määrätyissä elektrodeissa voi se ulottua 20 kimpun 32 koko pituudelta. Elektrodi 30 käsittää edelleen suojaputken 44, joka tyypillisesti ulottuu ilman ja elektro-lyytin rajapinnan yläpuolelta kohtaan, joka sijaitsee 7,8-10 cm elektrolyytissä. Vaikka suojaputki 44 voi päättyä läpivirtaustukikappaleen 34 yläpuolelle, se edullisesti ulottuu 25 alueelle, joka on läpivirtaustukikappaleen 34 vieressä kimpun 32 asentamisen helpottamiseksi tukikappaleelle 34. Kuten selvimmin kuviossa 7 on esitetty, läpivirtaustukikappa-leessa 34 on useita aukkoja 48 ja voi siihen kuulua pitkänomainen leikkaamalla poistettu osa tai ura 46, johon putki 30 44 on sijoitettu. Kimppu 32 voidaan kiertämällä työntää au kon kautta läpivirtaustukikappaleeseen 34 ja kiertää tuki-kappaleen 34 ympärille jatkuvalla tavalla. Vaikka kuviossa 8 on esitetty yksi kimppu 32, joka on päätetty molemmista päistään, useita kimppuja ja päätteitä voidaan käyttää keksintöä 35 sovellettaessa. Kimppua 32 pidetään paikallaan tukikappaleella 34 ja suojataan sitä vaurioitumiselta verkon 36 avulla, 14 77271 joka on taivutettu yhdistetyn läpivirtaustukikappaleen ja kimpun 32 ympärille. Verkko 36, joka voi olla valmistettu nailonista tai lasikuidusta, estää myös irrallisten kuitujen toisesta elektrodista koskettamasta toista elektrodia.

5 Jos elektrodia 30 käytetään katodina, pidetään kimppu 32 tyypillisesti kokonaisuudessaan metalloituna. Käytettäessä edellä esitettyä suositeltavaa galvanointia, säilyy metallointi ehjänä kimpun 32 kuiduilla huolimatta useista terävistä taivutuksista, joita kimppuun 32 tehdään elektrodia 30 10 valmistettaessa.

Jos elektrodia 30 käytetään anodina, poistetaan metallointi tyypillisesti kimpulta 32 kaikilta kimpun 32 alueilta paitsi alueelta, joka sijaitsee lähellä kimpun 32 juotos-liitosta 40 sähköliittimeen 42. Tämä metalloinnin poisto kim-15 pusta 32 voidaan suorittaa joko ennen kimpun 32 sijoittamista läpivirtaustukikappaleeseen 34 tai sen jälkeen.

Kuvioissa 1-9 esitetyissä toteutuksissa kuidut 12, jotka muodostavat elektrodin 10 tai 30 ytimen, ovat hiiltä. Lisäksi kuidut 12 voidaan valmistaa muusta semi-metallisesta 20 materiaalista kuten nailonista, polyestereistä ja/tai arami-deista ja vastaavista, jotka on tehty sähköä johtaviksi hopeaa, kuparia, nikkeliä ja vastaavaa olevan ohuen välikerroksen avulla.

Metallipäällyste 14 voidaan muodostaa useista metal-25 leista, joihin kuuluvat nikkeli, kupari, hopea, lyijy, sinkki, platinaryhmän metallit sekä muita metalleja sovellutuksesta riippuen. Metallipäällyste voi olla myös useampikerroksinen, esimerkiksi käsittää nikkeliä olevan aluskerroksen ja ulkokerroksen hopeasta.

30 Matriisin suhteen tässä käytettynä termiin "juote” kuuluvat metalliseokset kuten tina ja lyijy tai kupari ja hopea sekä puhtaat metallit esimerkiksi kupari. Juotematrii-si muoodostaa sähköisen sillan päätteen seinien ja jokaisen kuidun 12 välille.

35 Kuitujen 12 muodostaman kimpun pituus riippuu levey destä ja pituudesta, jotka vaaditaan elektrodia 10 tai 30 1K 77271 varten ja voidaan se kääriä, kuten kuvioissa 7-9 on esitetty tai kutoa tai solmia. Esimerkiksi kimppuja, joiden pituus on muutamasta senttimetristä 12 metriin tai enemmän, on tyydyttävästi käytetty keksintöä sovellettaessa.

5 Eräs esillä olevan keksinnön ominaisuuksista on suuri pinta-ala, joka elektrodien avulla saadaan pieneen liuostila- vuuteen, mikä antaa pienen virtatiheyden suuren kokonaisvir- ran kanssa Faraday-yksikköinä. Esimerkiksi 7 mikrometrin paksuisesta kuidusta, jonka läpimitta metalloinnin jälkeen 10 on 8 mikrometriä, saadaan valmistettaessa 40 000 (40K) kui- 2 tuinen kimppu pinta-alaksi 258 cm 2,5 cm kohti kimpun pituutta .

Galvanoitujen kuitujen sähkövastus on lisäksi niin pieni, että potentiaali kimpussa on oleellisesti tasainen 15 jopa huomattavan etäisyyden päässä liittimistä.

Esillä olevan keksinnön mukaisia elektrodeja voidaan käyttää poistettaessa ja talteenotettaessa liukoisia metalleja laimeista liuoksista kuten prosessivirroista galva-noinnissa, hydrometallurgiassa kaivosteollisuudessa, kaivos-20 ten jätevesivirroista sekä aina kun metalleja on läsnä laimeissa liuoksissa kuten valokuvaus- ja katalyyttisissä menetelmissä. Kuten on esitetty, esillä olevan keksinnön mukaisten elektrodien tehokas pinta-ala on suuri. Tämän tuloksena tehokkaita talteenottovirtoja ja erottelujännitteitä voidaan 25 saavuttaa metallien selektiivisessä talteenotossa ja epäpuhtauksien poistossa. Elektrodeja voidaan lisäksi käyttää bipolaarisissa kennojärjestelmissä tehokasta hapettamista ja pelkistystä varten erillisissä kammioissa liuotteiden tal-teenottamiseksija sähköorgaanisessa kemiassa.

30 Seuraavissa toteutuksissa esitellään sähkökemiallisia kennoja sekä menetelmiä, joissa käytetään esillä olevan keksinnön mukaisia elektrodeja.

Edellä esitettyjen elektrodien tyypillinen sovellutus on esitetty kuviossa 10, jossa on kuvattu tankki 52, jota 35 käytetään sähkökemiallisessa menetelmässä kuten poistettaessa tai talteenotettaessa metalleja elektrolyytistä 54. Elektro- 1Ä 77271 1 o

dit, joita käytetään anodeina, on merkitty numerolla 30A, kun taas elektrodit, joita käytetään katodeina, on merkitty numerolla 30C. Anodit 30A ja katodit 30C on sijoitettu vuorotellen tankkiin 52 läpivirtauserotuslevyjen 56 kanssa, jotka 5 on sijoitettu vierekkäisten anodien 30A ja katodien 30C

väliin. Tankki 52 käsittää useita kennoja, joista jokaiseen kennoon kuuluu yksi anodi 30A, yksi läpivirtauserotuslevy 56 ja yksi katodi 30C.

Anodit 30A ja katodit 30B on kytketty sähköisesti 10 teholähteeseen 58 tavanomaisen johdotuksen avulla, kuten kuviossa 10 on esitetty. Teholähteen muodostama jännite-ero on funktio virta/jännite-suhteesta kulloistakin elektrolyytti-liuosta varten. Suositeltava jännite vastaa sopivaa "mutkaa" virta/jännite-käyrässä kulloistakin metallia varten, joka on 15 poistettava tai talteenotettava.

Jokaisen kennon tankissa 52 muodostaa kaksi erotus-levyä 60, kuten kuviossa 11 on esitetty. Kukin levyistä 60 on valmistettu inertistä, läpinäkyvästä materiaalista kuten polymetyylimetakrylaatista ja käsittää useita reikiä 62 20 levyn 60 yhden kulman läheisyydessä ja on ne esitetty sijoitettuina pystysuoraan riviin. Aukkojen 62 kokonaispinta-ala on edullisesti noin 50 % suurempi kuin poistoputken 66 pinta-ala. Aukkojen 62 läpimitta voi olla noin 1,6 cm ja sijaitsevat ne likimain 1,3 cm etäisyydellä toisistaan.

25 Aukkoja 62 käytetään elektrolyytin virtauksen sallimiseksi yhdestä kennosta seuraavaan kennoon tankissa 52. Tarkemmin sanottuna levyt 60 on kierretty 180° levyn 60 tasossa.

Tämän tuloksena yhdessä levyssä 60 on aukot 62 pohjakulmassa, kun taas viereisessä levyssä 60 aukot 62 sijaitsevat vastak-30 kaisessa yläkulmassa.

Käytön aikana elektrolyyttiä 54 johdetaan tankkiin 52 syöttöputken 64 kautta, joka sijaitsee tankin 52 yläreunan läheisyydessä. Elektrolyytti 54 saapuu ensin keräilyalueelle 55 ennen siirtymistään aukkojen 62 kautta ensimmäisessä 35 jakolevyssä 60. Tämä rakenne takaa edullisen elektrolyytin 54 virtauskuvion ensimmäiseen kennoon ja sen lävitse. Keräilyalue 17 77271

toimii myös syöksytasaajana ja kerää elektrolyytissä 54 mahdollisesti olevat kasaumat. Elektrolyytti 54 poistetaan lopuksi tankista 52 poistoputken 66 kautta. Reikien 62 sijoitus levyihin 60 kauttaaltaan tankissa 52 aiheuttaa 5 elektrolyytin virtaamisen vuorotellen ylöspäin ja alaspäin ja yhden kennon lävitse seuraavaan. Tämä elektrolyytin yleinen virtauskuvio tankin 52 lävitse, joka on esitetty graafisesti nuolilla 68, aiheuttaa elektrolyytin matkan kasvun pituus- ja leveyssuunnassa tankin 52 suhteen, jolloin elektro-10 lyytin viipymisaika tankissa 52 maksimoituu ja myös kosketus-aika elektrodien 30 kanssa, mikä kaikki optimoi metallin poiston tai talteenoton liuoksesta. Täten edellä esitetty anodien 30A ja katodien 30C rakenne muodostaa erittäin suuren pinta-alan, kun taas tankin rakenne takaa elektrolyytin 15 54 maksimaalisen kosketuksen anodien 30A ja katodien 30C

kanssa.

Poistettava tai talteenotettava metalli saostuu katodille 30C. Aika ajoin on siten välttämätöntä poistaa katodit 30C kennosta metallin talteenottamiseksi. Tämä poistetun 20 metallin talteenotto katodilta 30C voidaan tyypillisesti suorittaa uuttamalla, pyrometallurgisesti tai tekemällä katodi anodiseksi konsentraatiokennossa.

Edellä esitetyt sähkökemialliset ja rakenteelliset periaatteet voidaan soveltaa järjestelmään, kuten kuviossa 25 13 on esitetty, prosessivirran käsittelemiseksi, jossa käyte tään yksityiskohtaisesti kuvioissa 14 ja 16 esitettyä sähkökemiallista kennoa. Tässä järjestelmässä prosessivirtaa pumpataan varastotankkiin 70 ja sitten se syötetään moni-kennotankkiin 72. Prosessivirrasta poistetaan metalli tan-30 kissa 72 ja poistetaan sitten putken 98 kautta keräystankkiin 97. Poisto keräystankissa 97 pumpataan pumpun 99 avulla neutralointitankkiin 100, joka sisältää kalkkikiveä ja jossa se neutraloidaan ja sitten johdetaan jätteeksi putken 101 kautta.

35 Kuvioiden 14-16 mukaan prosessivirta, joka sisältää metallin esimerkiksi nikkelin, tinan, lyijyn, kuparin jne.

77271

IS

laimeaa happoliuosta, johdetaan syöttöputken 76 kautta kerääjään 78. Esitetty tankki on suorakulmainen ja erotuslevy 80 ulottuu sen poikki toisessa päässä ja muodostaa siten kammion, joka toimii kerääjänä 78. Jakoseinä 80 kerääjän 78 ja 5 tankin 72 ensimmäisen kennon 82A välissä käsittää kanavan 84, joka sallii prosessivirran 74 virtauksen syöksynvalvonta-alueen 86 yläosaan. Tarkemmin sanottuna syöksynvalvonta-alueen 86 muodostaa syöksylevy 88, joka ulottuu kennon toisen pään poikki prosessivirran 74 yläpuolella ensimmäisessä ken-10 nossa 82a kylvyn 72 pohjaseinästä 90 erillään olevaan kohtaan. Tällöin muodostuu pöhjakanava 91, jonka lävitse pro-sessivirta siirtyy ensimmäiseen kennoon 82A. Ensimmäinen kenno 82A on varustettu vuorottelevalla ja toistuvalla järjestelyllä, joka käsittää anodin 30A, läpivirtauserotuslevyn 15 56, katodin 30C ja toisen läpivirtauserotuslevyn 56. Tämä järjestely toistuu siten, että jokaiseen kennoon 82A kuuluu useita vuorottelevia anodeja 30A ja katodeja 30C. Kuten kuviossa 15 on esitetty, anodit 30A ja katodit 30C on sijoitettu erilleen pohjaseinästä 90 ja tuettu osiin 93 laskeumien 20 keräämisen sallimiseksi. Kuten kuviossa 13 on esitetty, anodit 30A ja katodit 30C on liitetty säädettävään teholähteeseen tavanomaisen johdotuksen, kuten yhteisten virtakiskojen avulla. Selvyyden vuoksi sähköliittimiä ei ole esitetty kuvioissa 14-16. Kuten edellä on esitetty, jännite järjestelmän 25 toimintaa varten valitaan siten, että optimoidaan metallien poisto tai talteenotto elektrolyytistä 54.

Kennot 82A-82D ulottuvat tankin 72 poikki kerääjän kanssa yhdensuuntaisina ja on ne erotettu toisistaan jako-levyjen 94 avulla. Jokaiseen jakolevyyn kuuluu yksi tai 30 useampia aukkoja 96, jotka sijaitsevat jakolevyn 94 yhdessä kulmassa. Kuten edellä on esitetty, jakolevyjä 94 on vuorotellen kierretty 180° tasojensa suhteen siten, että aukot sijaitsevat vuorotellen vastakkaisissa ylä- ja alakulmissa. Täten jakolevyssä 94 kennojen 82A ja 82B välissä on aukot, 35 jotka sijaitsevat kulmassa, joka on mahdollisimman etäällä pohjaseinästä ja syöksylevystä 88. Tästä aiheutuu se, että 19 77271 jakolevy 94 kennojen 82B ja 82C välillä on sijoitettu kulmaan, joka on lähinnä pohjalevyä 92 ja syöksylevyä 88. Tämä määrätty rakenne takaa prosessivirran virtauskuvion päästä päähän jokaisessa kennossa 82A-82D joko pinnalta pohjalle tai 5 pohjalta pinnalle virtauskuvion mukaan. Kuten aikaisemmin on . . esitetty, tämä virtauskuvio optimoi prosessivirran viipymis- ajan tankissa 72 minimoiden samalla kanavoitumisen. Prosessi-virta 74 poistetaan lopuksi kylvystä 72 poistoputken 98 kautta, joka sijaitsee lähellä kylvyn 72 pohjaseinää 92.

10 Kuvioissa 10-12 ja 13-16 esitetyt sähkökemialliset kennot ja menetelmät sopivat metallien, mukaanluettuna puoli-jalot ja jalot metallit, poistoon ja talteenottoon prosessi-tai jätevirroista pienempään kuin 1 ppm olevaan pitoisuuteen. Esimerkiksi kuvioiden 13-16 mukaista järjestelmää voidaan 15 käyttää poistamaan yhtenä läpikulkuna noin 50 % nikkelistä prosessivirrasta, joka sisältää 30 ppm nikkeliä, virtausnopeudella 18,9 litraa minuutissa 189 litran vetoisessa moni-kennotankissa 72. Nikkelin poistamiseksi edelleen prosessi voidaan toistaa, kunnes nikkelipitoisuus on laskenut hyväk-20 syttävälle tasolle poisjohtamista varten. Tämä voidaan tehdä kierrättämällä prosessivirtaa putkesta 98 putkeen 76 putken 103 kautta ennen virran lopullista johtamista neutralointiin.

Esitettyjä kennoja voidaan käyttää myös liuoksen käsittelemiseksi, jolloin liukoiset suolat, esimerkiksi kunnallis-25 jätevesissä, tehdään liukenemattomiksi suodatusta varten jätevedestä.

Esillä olevia elektrodeja voidaan edelleen käyttää erottelukennossa, kuten kuvioissa 17 ja 18 on esitetty, jolloin jännitettä muutetaan määrättyyn tarkoin valittuun tasoon 30 halutun metallin saostamiseksi katodille ja sähkökemiallisessa sarjassa korkeammalla olevat metallit jäävät liuokseen. Tämän tyyppisen erottelugalvanoinnin suorittamiseksi on välttämätöntä käyttää suuren pinta-alan omaavaa katodia.

Tämä voidaan saada aikaan pienessä tilassa ja pienellä mää-35 rällä elektrolyyttiä kuvioissa 17 ja 18 esitetyn erottelu-kennon 100 avulla, jossa käytetään hiilikuitukatodia 102 --- - τ ______ 20 77271 ohuen yksilankaisen anodin 104 kanssa esimerkiksi platinasta. Elektrolyytti 106 syötetään erottelukennoon 100 syöttöputken 108 kautta, joka sijaitsee likimain keskellä erottelukennoa 100. Syöttöputki 108 on asennettu ohjauskantaan 110 ja siinä 5 on useita aukkoja 111, joiden vaikutuksesta elektrolyytti 106 jakaantuu tasaisesti kennoon 100. Yksilankainen anodi 104 on kierretty kierukkamaisesti syöttöputken 108 ympärille.

Katodi 102 on sitten sijoitettu samankeskisesti anodin 104 ympärille, mutta siitä erilleen. Tuloksena tästä rakenteesta 10 syöttöputkesta 108 ulosvirtaava elektrolyytti pakotetaan kulkemaan anodin 104 ohitse ja katodin 102 lävitse metallien halutun saostumisen suorittamiseksi katodille 102.

Erottelukennossa 100 käytetty katodi 102 on nikkelillä metalloitu hiilikuituelektrodi. Katodin 102 samankeskinen 15 asennus anodin 104 ympärille suoritetaan käämimällä tasaisesti katodi 102 yleensä sylinterimäisen, muovisen läpi-virtaustukikappaleen tai hilan 112 ympärille. Läpivirtaus-tukikappale 112 voidaan muodostaa esimerkiksi tukevasta mutta taipuisasta muoviverkosta, joka on taivutettu ja kiin-20 nitetty sylinterimäiseksi rakenteeksi. Katodi 102 on kiinnitetty tukikappaleeseen 112 huokoisen ulkopuolisen verkon 114 avulla. Tukikappaleen 112' ja verkon 114 läpivirtausominai-suudet sallivat elektrolyytin 106 virtaamisen helposti katodin 102 lävitse kosketuksessa useiden nikkelillä päällystet-25 tyjen hiilikuitujen kanssa, jotka muodostavat katodin 102.

Vaikka katodi 102 on esitetty kierrettynä tasaisesti hilan 112 ympärille, on huomattava, että katodi 102 voidaan punoa sylinterimäiseksi rakenteeksi tai kutoa matoksi, joka vuorostaan kierretään hilan 112 ympärille tai jonkin muun 30 läpivirtausrakenteen omaavan tukikappaleen ympärille. Käytetään myös poistoputkea 116 elektrolyytin 106 poistamiseksi erottelukennosta 100. Tyypillisesti erottelukenno 100 muodostaa suljetun järjestelmän, jossa poistoputki 116 ja syöttöputki 106 ovat yhteydessä yhteiseen elektrolyytti-35 liuoksen lähteeseen, josta metalli poistetaan. Erottelukenno voidaan suunnitella halutun kokoiseksi. Esimerkiksi kenno 100 21 77271 voi olla pieni yksikkö, joka on asennettu elektrolyytti-liuosta sisältävään suureen tankkiin. Tyypillisessä sovellutuksessa 40 000 nikkelipäällysteistä kuitua käsittävä kimppu-katodi 102 on muodostettu sylinteriksi, kuten kuviossa 17 5 on esitetty, jonka läpimitta on noin 10 cm ja pituus noin 2 305 cm. Tämän katodin 102 pinta-ala on noin 9 m 3a se voidaan asentaa erottelukennoon, jonka tilavuus on pienempi kuin 3,8 litraa. Haluttaessa voidaan rakentaa paljon suurempia tankkeja. Kuten edellä on esitetty, kun sopiva määrä elektro-10 lyytissä 106 olevaa metallia on saostunut katodille 102, prosessi keskeytetään väliaikaisesti katodin 102 poistamiseksi ja/tai korvaamiseksi niin, että sille saostunut metalli voidaan sopivasti poistaa, jos metalli on epäpuhdas tai ottaa talteen, jos metallilla on arvoa.

15 Kuvioissa 19 ja 20 on esitetty sähkökemiallinen kenno, johon kuuluu tankki 122, joka on oleellisesti identtinen kuviossa 10 esitetyn tankin 52 kanssa. Tankkiin 122 kuuluu useita jakoseiniä 124, joissa jokaisessa on useita aukkoja 126, joiden lävitse elektrolyytti 128 voi kulkea. Kuten 20 edellä on esitetty, aukot 126 on sijoitettu levyn 124 kulman läheisyyteen ja levyjä 124 on vuorotellen kierretty 180° tasonsa suhteen halutun elektrolyytin ylös ja alas sekä sivulta sivulle tapahtuvan virtauksen muodostamiseksi tankin 122 lävitse ja sen ylitse.

25 Kuten edellä on esitetty, levyt 124 erottavat eri kennot toisistaan, jolloin kennoon 130 kuuluu anodi 132 ja katodi 134 läpivirtauserotuslevyn 136 erottamina. Anodi 132 käsittää hiilikuitukimpun 138, joka on kierretty läpivirtaus-tukikappaleen 140 ympärille. Tarkemmin sanottuna jokaisen 30 anodin 132 hiilikuitukimppu 138 on muodostettu useista hiilikuiduista, joista jokainen on päällystetty metallilla sähkölaitoksen läheisyydessä, mutta on päällystämätön tai metalli on poistettu alueilta, jotka ovat kauempana sähkölaitoksesta. Täten jokainen anodi 132 on rakenteeltaan oleellises-35 ti samanlainen kuin edellä esitetty anodi 30A.

Kuten kuviossa 20 on esitetty, katodit 134 ovat läpi- 22 77271 virtaavia tai huokoisia metallilevyjä, joissa on useita aukkoja 142. Tässä toteutuksessa levy 134 on ruostumatonta terästä. Läpivirtauserotuslevyt 136, jotka on sijoitettu jokaisen anodin 132 ja katodin 134 väliin, ovat oleellisesti 5 samanlaisia kuin edellä esitetyt läpivirtauserotuslevyt 56.

Kuvioissa 21 ja 22 on esitetty seuraava keksinnön toteutus, joka on erikoisen käyttökelpoinen sähköorgaanisessa kemiassa ja synteesissä sekä orgaanisten tähteiden käsittelyssä. Kuvion 21 mukaan kennoon kuuluu tankki 150, joka on 10 huokoisen membraanin 152 avulla jaettu kahteen kammioon kahta erilaista elektrolyyttiliuosta 154 ja 156 varten. Kennoon kuuluu myös anodi 158 ja katodi 160, jotka ovat oleellisesti identtisiä edellä esitettyjen anodien 30Δ ja katodien 30C kanssa. Anodi 158 ja katodi 160 ovat passiivisia elektrodeja, 15 jotka on sähköisesti kytketty toisiinsa kohdassa 164, mutta joita ei ole kytketty sähköisesti ulkopuoliseen teholähteeseen ja ovat siten bipolaarisia. Anodi 158 ja katodi 160 on edullisesti erotettu toisistaan huokoisen membraanin 152 avulla niin, että anodi 160 on kammiossa, joka sisältää 20 elektrolyyttiä 154 ja katodi on kammiossa, joka sisältää elektrolyyttiä 156. Membraaniin 152 kuuluu ontto tukikappale 161, jonka ympärille on kiinnitetty huokoinen osa 168, kuten purjekangasta. Kuten on esitetty, membraani 152 on liuoksen 165 täyttämä, joka voi olla neutraali. Kennon aktiiviset 25 elektrodit ovat levykatodi 166 elektrolyytissä 154 ja levy-anodi 168 elektrolyytissä 156. Kuten edellä on mainittu, elektrolyyttiliuokset 154 ja 156 ovat erilaiset, joista toinen on hapan ja toinen on emäksinen. Liuos 154 hapettuu anodilla 158, kun taas liuos 156 pelkistyy katodilla 160 30 ilman, että kuituelektrodit polaroituvat. Käytännössä membraanin 152 ei tarvitse olla ioniselektiivinen. Täten membraani 152 on verrattain halpa eikä vaadi suurta sähköenergiaa.

Bipolaarinen kenno soveltuu erikoisen hyvin käyttöön, jossa anolyytti ja katolyytti on pidettävä erillään, jossa 35 hapettuminen tai pelkistys kennon jommalla kummalla puolella voi olla ioninen tai jossa halutaan polaroitua elektrodia.

Il 23 77271

Laajalti katsottuna keksintö ei rajoitu esitettyihin määrättyihin toteutuksiin ja muutoksia voidaan tehdä mukaan-liitettyjen patenttivaatimusten puitteissa poikkeamatta keksinnön periaatteista ja vaarantamatta sen pääetuja.

Claims (5)

77271

1. Elektrodi (10; 22), joka käsittää useita vierekkäisiä, jatkuvia kuituja (12), jolloin kunkin kuidun (12) 5 päällä on ohut, lujasti kiinnittynyt metallipäällyste (14),tunnettu siitä, että metallilla päällystetyn kuidun (12) päässä on liitin (16), ja että sähköisesti johtava metalli (18) ulottuu kuitujen (12) päissä olevien metallipäällysteiden (14) välillä ja liittää ne toinen 10 toisiinsa ja mainittuun liittimeen (16) yhtenäisen metal-limatriisin muodostamiseksi, joka muodostaa tehokkaan sähköisen kytkennän metallipäällysteisten kuitujen (12) ja mainitun liittimen (16) välille.

2. Sähkökemiallinen kenno, joka käsittää vähintään 15 yhden elektrodiparin, jolloin kunkin parin elektrodien (30a, 30c; 102, 104; 132, 134; 158, 160; 166, 168) sähkö-varaukset ovat vastakkaismerkkiset ja ainakin toinen jokaisen parin elektrodeista käsittää useita vierekkäisiä, jatkuvia kuituja (12), jolloin kunkin kuidun päällä on 20 ohut, lujasti kiinnittynyt metallipäällyste (14), tunnettu siitä, että mainitun ainakin yhden kuidun sisältävän elektrodin kuitujen (12) päät ovat lähellä toi-sisaan, ja että mainittu elektrodi käsittää jokaisen kuidun (12) päällä mainituissa päissä metallipäällys-25 teen, joka ulottuu pitkin jokaista kuitua (12), liittimen mainituissa metallipäällystetyissä kuitujen päissä sekä sähköä johtavan metallin (18), joka ulottuu kuitujen päissä olevien metallipäällysteiden välillä ja liittää ne toisiinsa ja mainittuun liittimeen yhtenäisen metal-30 limatriisin aikaansaamiseksi, joka muodostaa tehokkaan sähköisen kytkennän metallipäällysteisten kuitujen ja mainitun liittimen välille.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sähkökemiallinen kenno, tunnettu siitä, että toinen elektro- 35 deista (134) on metallilevy, jossa on useita aukkoja 25 77271 (142) sen läpi.

4. Blpolaarinen sähkökemiallinen kenno, tunnet-t u siitä, että se käsittää tankin (150), jossa on kaksi kammiota eri elektrolyyttiliuosten sisältämiseksi, jolloin 5 toiseen kammioon sisältyy aktiivinen anodi (168) ja passiivinen katodi (160), toiseen kammioon sisältyy aktiivinen katodi (166) ja passiivinen anodi (158) ja jolloin aktiiviset elektrodit (166, 168) on kytketty teholähteeseen (170) ja passiiviset elektrodit (158, 160) on sähköi-10 sesti kytketyt toisiinsa ja jolloin sekä passiivinen anodi että katodi (158, 160) muodostuvat mainituista kuituja sisältävistä elektrodeista ja jolloin jos ensimmäinen ja toinen elektrolyyttiliuos on sijoitettu mainittuun ensimmäiseen ja toiseen kammioon, ensimmäinen liuos 15 pelkistyy ja toinen liuos hapettuu.

5. Menetelmä patenttivaatimuksen 1 mukaisen kuituja sisältävän elektrodin valmistamiseksi, tunnettu siitä, että se käsittää useiden jatkuvapituisten ydinkuitujen (13) muodos-20 tamisen; jokaisen ydinkuidun (13) ainakin toisen pään pinnoittamisen oleellisesti tasaisella, lujasti kiinnittyneellä metallipäällysteellä (14); sähköliittimen (16) sijoittamisen kosketukseen 25 ydinkuitujen (13) metallipäällysteisten päiden kanssa, ja metallipäällysteisten päiden ja sähköliittimien (16) yhdistämisen toisiinsa sähköisesti johtavan metallin (18) avulla, joka ulottuu metallipäällysteisten kuitujen (12) päiden väliin muodostaen yhtenäisen kuitu/metalli-30 matriisin, joka aikaansaa tehokkaan sähköisen kytkennän. --- ' 1. _____ 26 7 7 2 71