JP2014502314A - 電気化学セルへの酸素消費電極の組み込み方法、および電気化学セル - Google Patents
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Abstract
Description
シーリングフィルムを製造するため、1〜30μmのD50を有する粒度分布を有する酸化銀を使用するが、より粗いまたはより細かい粉末を使用することもできる。使用するポリマーは、OCEを使用する条件の下で化学的に安定でなければならない。例えば、塩素アルカリ電気分解において、ポリマーは、純酸素の存在下90℃で、32重量%濃度のNaOHに対して安定でなければならない。例えば、フッ素化ポリマーまたは部分フッ素化ポリマー、例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を使用することができる。また、ポリマーは、特に製造条件下で、酸化銀の酸化作用に対してもほぼ安定でなければならない。
図1は、電気化学半セル(2)の概略断面図を示す。
図2は、隣接領域7が記載されている、半開状態の実験室用セル(2)、(10)の概略断面図を示す。
図2aは、酸素消費電極(1)および(1a)が互いに隣接している領域(7)におけるシーリングフィルム(9)と2つの酸素消費電極(1)および(1a)との重なり、およびシーリングフィルム(9)と酸素消費電極(1a)の割れ(6)との重なりの概略図を示す。
図3は、重なり領域が記載されている、実験室用セル(2)、(10)の概略断面図を示す。
図3aは、酸素消費電極(1)および(1a)が重なった領域(8)におけるシーリングフィルム(9)と2つの酸素消費電極(1)および(1a)との重なりの概略図を示す。
1、1a 酸素消費電極
2 電気化学半セル(2)
3 フレーム(3)
4 気体室(4)
5 屈曲領域(5)
6 割れ領域(6)
7 隣接エッジ領域(7)
8 重なり領域(8)
9 シーリングフィルム(9)
10 陽極を有する陽極半セル
11 イオン交換膜
12 スペーサー
13 支持構造体
14 シーリング形材
15 陽極
88重量%の酸化銀、5重量%のPTFEおよび7重量%の銀粉の混合物2kgを、Eirich RO2ミキサーで5分間激しく混合し、次いで混合物を室温まで放冷し、続いて3分間再び激しく混合した。室温まで冷却した後、厚さ1mmの粉末層が強化用織物上に形成されるように、ニッケル製網(ワイヤー太さ0.14mm、網の目0.5mm)で構成された強化用織物上に混合物を散布した。この粉末層を、強化用織物と一緒に圧延によって圧縮した。圧縮比は3.4であった。得られたフィルム(9)の厚さは290μmであり、計算多孔率は44%であった。
このようにして得られるフィルム(9)は、連続フィルムとして製造することができる。その幅は、圧延カレンダーのロールの幅によって制限される。使用の際、フィルム(9)を、適当なシーリング/屈曲および/または重なり領域の寸法に切断することができる。
フィルム(9)のシーリング作用を電解セルにおいて試験した。陰極半セル(2)において、支持構造体(13)を介して陰極(1、1a)に電力を供給した。このために、2つの酸化銀ベース酸素消費陰極(1、1a)(OCE)を、それらが隣接し、フレーム(3)の側面エッジにシーリング形材(14)によって固定されるように、一緒に配置した(図2参照)。先に記載した酸化銀ベースフィルム(9)が隣接エッジ(7)のそれぞれの面に約3mm重なるように、フィルム(9)を隣接エッジ(7)の上に置いてプレスした。図2aは、図2に対応する概略側面図における、隣接エッジ領域(7)に関するOCE(1、1a)およびフィルム(9)の位置を示している。陽極半セル(10)は、市販の貴金属酸化物ベースDSA(登録商標)被覆剤(Denora製)で被覆されたエキスパンドチタンで作られた陽極(15)を有していた。電解液および気体の流入および流出は切断面外なので、図には示されていない。電解セルは流下薄膜セルとして稼働するので、陰極入口は半セルの上部に位置し、出口はスペーサー(12)の下端に位置する。次いで、電解セルを組み立てると起動した。OCEの下端におけるアルカリの圧力は、20mbarであった。気体室(4)における気圧(酸素)は60mbarであった。塩化ナトリウム含量210g/Lを有する塩化ナトリウム溶液がアノード液となり、30%濃度の水酸化ナトリウム溶液がカソード液となった。電解液の温度は約85℃であり、電流密度は4kA/m2であった。セル電圧の増大が観察された。
2 電気化学半セル
3 フレーム
4 気体室
5 屈曲領域
6 割れ領域
7 隣接エッジ領域
8 重なり領域
9 シーリングフィルム
10 陽極を有する陽極半セル
11 イオン交換膜
12 スペーサー
13 支持構造体
14 シーリング形材
15 陽極
Claims (15)
- 電気化学半セル(2)に1つ以上の隣接した酸素消費電極(1、1a)を気密および液密に組み込む方法であって、酸素消費電極(1、1a)の屈曲領域(5)および/または割れ領域(6)、および/または酸素消費電極(1、1a)をセル(2)の気体室(4)のフレーム(3)に並置すると発現する隣接した酸素消費電極(1)と(1a)の隣接エッジ領域(7)および/または重なり領域(8)を、酸素消費電極(1、1a)と同等の組成を有しており、酸素消費電極(1、1a)の層厚さより薄い付加フィルム(9)で覆うことを特徴とする方法。
- フィルム(9)が、酸素消費電極(1、1a)と同じ触媒活性成分を含有することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- フィルム(9)および/または酸素消費電極(1、1a)が互いに独立に、フッ素化ポリマー、特にポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、および銀含有触媒活性成分に基づくことを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
- フィルム(9)および/または酸素消費電極(1、1a)における触媒活性成分が、銀、酸化銀(I)、酸化銀(II)、または銀と酸化銀との混合物を含んでなることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
- フィルム(9)における触媒活性成分が、少なくとも50重量%の酸化銀、特に好ましくは少なくとも80重量%の酸化銀を含んでなることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
- フィルム(9)および/または酸素消費電極(1、1a)が、互いに独立して、触媒活性成分として、70〜95重量%の酸化銀、0〜15重量%の金属銀粉、および3〜15重量%のフッ素化ポリマー、特にPTFEを含有する混合物を含んでなることを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の方法。
- フィルム(9)の適用後、フィルム(9)および酸素消費電極(1、1a)を一緒にプレスすることを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の方法。
- セル(2)を起動するときに、フィルム(9)の適用後の接触点でフィルム(9)と酸素消費電極(1、1a)が結合していることを特徴とする、請求項1〜7のいずれかに記載の方法。
- フィルム(9)が10μm〜800μm、好ましくは50μm〜600μmの層厚さを有することを特徴とする、請求項1〜8のいずれかに記載の方法。
- 酸素消費電極(1、1a)が0.1〜0.8mm、好ましくは0.2〜0.7mmの層厚さを有することを特徴とする、請求項1〜9のいずれかに記載の方法。
- 1つ以上の隣接した酸素消費電極(1、1a)を有する電気化学セル(2)、特に電気分解装置(2’)であって、酸素消費電極(1、1a)が、酸素消費電極(1、1a)の屈曲領域(5)および/または割れ領域(6)、および/またはセル(2)の気体室(4)のフレーム(3)に組み込むと発現する隣接した酸素消費電極(1)と(1a)の隣接エッジ領域(7)および/または重なり領域(8)を有しており、これらの領域が、酸素消費電極(1、1a)と同等の組成を有し、酸素消費電極(1、1a)の層厚さより薄い付加フィルム(9)で覆われていることを特徴とする電気化学セル(2)、特に電気分解装置(2’)。
- 酸素消費電極(1、1a)の気体拡散層にフッ素化ポリマー、特にPTFEを含有することを特徴とする、請求項11に記載の電気化学セル(2)。
- 酸素消費電極(1、1a)および/またはフィルム(9)に、付加的な支持要素として、特に金属糸で構成された、好ましくはニッケルまたは銀被覆ニッケルで構成された導電性可撓性繊維構造体を有することを特徴とする、請求項10または11に記載の電気化学セル(2)。
- 請求項1〜10のいずれかに記載の方法に従って酸素消費電極(1、1a)が組み込まれた電気化学セル(2)。
- 塩素アルカリ電気分解における、特にNaClの電気分解における請求項9〜11のいずれかに記載の電気化学セル(2)の使用。
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