FI85603C - Poroes gaselektrod. - Google Patents

Description

1 85603

Huokoinen kaasuelektrodi Tämä keksintö koskee huokoista kaasuelektrodia, joka käsittää elektrokatalyyttisesti vaikuttavan osan, 5 joka koostuu nikkelilankaverkosta, joka on ainakin toiselta puoleltaan päällystetty Raney-nikkelin ja polytetra-fluorietyleenin seoksella.

DE-hakemusjulkaisussa 3 342 969 kuvatulla huokoisella kaasuelektrodilla, joka on tarkoitettu vedyn kehitit) tämiseen emäksisissä väliaineissa, on erityisen edullisia ominaisuuksia. Se on sangen edullinen valmistuskustannuksiltaan ja sillä on teollisissa elektrolyysiolosuhteissa virrantiheys 3 kA/m2, elektrolyyttipitoisuus 35 paino-% NaOH:a, lämpötila 85°C ja pitkäkäyttöikä vetyä kehittävänä 15 elektrodia, ts. elektrodipontentiaali ei muutu mitattavissa määrin yli 3 vuoden käytössä. Elektrodin ohutlevyraken-teen takia tulee sähkökemiallisen kennojärjestelmän, jossa näitä elektrodeja on määrä käyttää, olla tarkasti sopiva tälle nimenomaiselle rakenteelle, jotta näitä elektrodeja 20 voitaisiin käyttää yleensäkään ja optimiolosuhteissa. Nykyisin ei kuitenkaan ole mahdollista valmistaa tällaisia elektrodirakenteita 1 m:n levyisinä tai leveämpinä. Sen ... sijaan nauhoja, joiden leveys on korkeintaan noin 200 mm, voidaan ongelmattomasti valmistaa halutun pituisina. Kos-*•"/25 ka elektrodit eivät ole muotopysyviä, ei elektrodinauhoja pystytä kiinnittämään kennon kehyksiin, koska ei pystytä saamaan aikaan tasaista ja optimaalista etäisyyttä elekt-roditilaa rajoittavaan kalvoon. Näiden elektrodien omi-naisjohtokyky on lisäksi niin pieni, että teollisuudessa 30 tarvittavien virrantiheyksien yhteydessä ja etäisyyden sähköä johtavaan kehykseen ollessa suuri käy elektrodin sisäinen jännitehäviö keskustan ja reunan välillä sietämättömän suureksi. Tämän keksinnön päämääränä on kehittää *···* näitä kalvomaisia elektrodinauhoja varten elektrodiraken- * ' 35 ne, joka mahdollistaa näiden elektrodien käyttämisen ka- • · · 2 85603 todeina kalvokennoissa, jotka ovat nykyään yleisiä teollisuudessa, saavuttaen huomattavia etuja nykyisin käytettäviin katodeihin verrattuna.

Tähän päämäärään päästään huokoisella kaasuelektro-5 dilla, jolle on tunnusmerkillistä se, että elektrokata-lyyttisesti vaikuttava osa on kiinnitettynä sähköä johtavaan tukirakenteeseen. Tällöin elektrokatalyyttisesti vaikuttava osa voi koostua korkeintaan 200 mm:n levyisistä nauhoista, jotka on kiinnitetty sähköä johtavalla tavalla 10 yhdensuuntaisesti ja 5 - 10 mm:n etäisyydelle toisistaan tukirakenteeseen. Tukirakenne voi koostua kehyksestä, joka rajoittaa ristikkoa. Ristikko voi koostua poikittaistuis-ta, joiden etäisyys toisistaan on korkeintaan 200 mm, edullisesti 100-150 mm, tai verkkometallista, edullisesti 15 valssatusta verkkometallista, jossa avoimen pinnan osuus on vähintään 60 %.

Näiden huokoisten kaasuelektrodien etuna on se, että elektrokatalyyttisesti vaikuttavat osat voidaan kiinnittää optimietäisyydelle kalvosta ja samanaikaisesti säh-20 köä johtavalla tavalla tukirakenteeseen sillä tavalla, ettei kaasuelektrodissa esiinny mitattavissa olevaa jännitehäviöitä. Huokoisen kaasuelektrodin lisäetuna on se, että kaasukuplien vapaa ulospääsy kalvon ja elektrodin välisestä tilasta paranee.

, 25 Keksintöä valaistaan seuraavassa lähemmin vain yhtä *·" suoritusmuotoa esittävien piirrosten ja esimerkkien avul la.

Kuvioissa kuvio 1 on poikkileikkauskuva huokoisesta kaasu-30 elektrodista, jossa ristikko koostuu poikittaistuista; *:·*: kuvio 2 on poikkileikkauskuva huokoisesta kaasu- elektrodista, jossa ristikko koostuu litteäksi valssatusta verkkometallista; ja ··*’ kuvio 3 esittää jännitettä virrantiheyden funktiona 35 nauhojen leveyden vaihdellessa.

3 85603

Elektrokatalyyttisesti vaikuttava osa, huokoisen kaasuelektrodin nauhat 1, kiitetään sähköä johtavilla hitsiliitoksilla sähkövirtaa johtavaan tukirakenteeseen. Tukirakenne koostuu kehyksestä 2 ja sen rajoittamasta ris-5 tikosta. Ristikko voi koostua poikittaistuista 3, joiden leveys d voi olla 5 - 200 mm ja jotka on sijoitettu yhdensuuntaisesti ja etäisyydelle c, joka on 50 - 200 mm, edullisesti 100 - 150 mm, toisiinsa nähden. Ristikko voi vaihtoehtoisesti koostua valssatusta verkkometallista 4, 10 jossa avoimen pinnan osuuden tulee olla vähintään 60 %. Elektrokatalyyttisesti vaikuttava osa hitsataan kohdassa 5 kiinni ristikkoon ja kohdassa 6 kehykseen. Yhdensuuntaisten nauhojen 1 etäisyys a toisiinsa nähden voi olla 5-10 mm ja niiden leveys b 10 - 200 mm.

15 Esimerkki

Koekennossa mitattiin kennojännite ja energiankulutus virrantiheyden ollessa vakio ja elektrokatalyyttisesti vaikuttavan osan leveyden vaihdellessa. Tukirakenne koostui 1,3 mm:n paksuisesta nikkelipellistä, jonka mitat oli-20 vat 560 x 210 mm ja jossa oli aukko, jonka mitat olivat 500 x 78 mm. Kalvomaiset kaasuelektrodinauhat asetettiin tukirakenteen päädyn suuntaisesti ja hitsattiin sähköä • johtavasti kiinni sen pitkiin sivuihin. Tämä kaasuelektro-di sijoitettiin katodiksi pystysuunnassa käytettävään kal- 25 voelektrolyysikennoon sillä tavalla, että niiden pitkä • ' sivu oli pystysuorassa ja nauhat olivat kalvon suuntaises- ‘ ' ti. Nauhojen ja kalvon (Nafion® NX 90902, DuPont) välinen *>' etäisyys oli 3 mm, anodit olivat heti kalvon takapuolella.

Kennoa käytettiin kierrättämällä 33-%:ista natriumhydrok-30 sidiliuosta katoditilassa ja syöttämällä puhdistettua nat- *:**: riumkloridiliuosta (anolyyttipitoisuus kennosta poistuvas- sa liuoksessa 200 g NaCl/1) lämpötilassa 90°C ja virrantiheyden ollessa 3 kA/m2 laskettuna nikkelipellissä olevan aukon pinta-alan 390 cm2 mukaan. Kulloinkin useita päiviä 35 kestävässä pitkäaikaiskäytössä saatiin elektrodeilla, 4 85603 joissa oli eri levyisiä nauhoja, joiden etäisyys toisistaan oli kulloinkin 5 mm, seuraavia kennojännite- ja ener-giankulutusarvoj a:

Nauhojen leveys [mm] 10 25 100 5 Kennojännite [V] 3,24 3,16 3,07

Energiankulutus (tasavirta) [KWh/t NaOH:a] 2,260 2,210 2,140 Näiden kolmen erilaisen elektrodin ominaiskäyrien 10 määrittämiseksi mitattiin kennojännite virrantiheyden funktiona alueella 0,5-4 kA/m2. Tulokset esitetään graafisesti kuviossa 3, ja ne osoittavat, että nämä kaasu-elektrodit toimivat vielä virrantiheydellä 4 kA/m2 lineaarisella alueella.

15 • · · • · ·

Claims (6)

1. Huokoinen kaasuelektrodi, joka käsittää elektro-katalyyttisesti vaikuttavan osan (1), joka koostuu nikke-5 lilankaverkosta, joka on ainakin toiselta pinnaltaan päällystetty Raney-nikkelin ja polytetrafluorietyleenin seoksella, tunnettu siitä, että elektrokatalyyttisesti vaikuttava osa (1) on kiinnitetty sähköä johtavaan tukirakenteeseen (2,3; 2,4).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen huokoinen kaa suelektrodi, tunnettu siitä, että elektrokatalyyttisesti vaikuttava osa koostuu nauhoista (1), jotka on sovitettu tukirakenteelle (2,3;2,4) yhdensuuntaisesti ja tietylle etäisyydelle (a) toisistaan.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen huokoinen kaa suelektrodi, tunnettu siitä, että tukirakenne koostuu kehyksestä (2), joka rajoittaa ristikkoa (3).

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen huokoinen kaasuelektrodi, tunnettu siitä, että ristikko koos- 20 tuu yhdensuuntaisista poikittaistuista (3), joiden etäisyys (c) toisistaan on korkeintaan 200 mm, edullisesti 100 - 150 mm.

5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen huokoinen kaa-suelektrodi, tunnettu siitä, että ristikko koos- 25 tuu verkkometallista (4), jossa avoimen pinnan osuus on vähintään 60 %.

5 85603

6. Patenttivaatimuksen 2 mukainen huokoinen kaasuelektrodi, tunnettu siitä, että nauhat (1), joiden leveys on korkeintaan 200 mm ja etäisyys (a) toisis- 30 taan 5-10 mm, on kiinnitetty tukirakenteeseen (2,3;2,4) '**" sähköä johtavalla tavalla. φ · · ' ««I · 6 85603