KR20040062953A - 전기화학 반쪽 전지 - Google Patents

Abstract

알칼리 염화물의 수용액으로부터 염소의 제조에 특히 적절한, 전기화학 반쪽 전지는 전해질에 대한 전극 챔버 (10)을 포함한다. 기체를 위한 몇 개의 기체 포켓 (20, 22) 역시 제공된다. 기체 확산 전극 (36)은 기체 포켓 (20, 22)을 전극 챔버 (10)로부터 분리한다. 연결 통로 (26) 역시 제공되는데, 이로써 2 개의 기체 포켓 (20, 22)이 서로 연결된다. 하부 기체 포켓 (20) 내 기체는 유출 개구 (28)를 통하여 연결 통로 (26) 안으로 유동할 수 있다. 상기 기체는 그 안에서 화살표 (46) 방향으로 올라가고, 유입 개구 (30)를 통하여 위에 놓인 제2 기체 포켓 (22)에 도착한다. 본 발명에서, 비-회귀 요소 (40)는 기체 포켓 (22) 안으로의 전해질 (42)의 진입을 막기 위해 연결 통로 (26) 안에 배치된다.

Description

전기화학 반쪽 전지{ELECTROCHEMICAL HALF CELL}

DE 196 22 744호는 기체 확산 전극 전면의 수산화나트륨 용액의 높이-의존성 압력과 기체 포켓을 통해 유도된, 기체 확산 전극 후면의 산소의 정압 사이에서 압력 보상을 이용하여 기체 확산 전극으로 전기분해를 하여 염소 및 수산화나트륨 용액을 제조하기 위한 전기분해 전지를 개시하였다.

알칼리 금속 할로겐화물 전기분해의 경우, 기체 확산 전극은 산소-소모 캐소드 (cathode)로서 작용한다. 기체 확산 전극은 이 경우에 개방-세공된 막이다. 이는 전해질과 기체 공간 사이에 배치되고 전해질, 촉매 및 산소 사이의 3-상 계면에서 산소를 환원시킨다. 예를 들어, DE-A 37 10 168호에 기술된 방법을 사용하여, 기체 확산 전극을 제조할 수 있다. 그러나, 기체 확산 전극은 기체 면과 액체 면 사이에서 한정된 압력 강하에 이르도록 봉인되어 있을 뿐이다. 만약 기압이 매우 높다면, 기체는 전극 사이에 새어들고, 전극의 기능은 훼손된다. 반대로, 액압이 매우 높다면, 3-상 계면이 처음에는 기체 면 쪽으로 옮겨지거나, 또는 다르게는 액체가 전해질에서 기체 공간으로 새어든다.

전해질에서 높이-의존성 압력을 보상하기 위해, 기체 공간을 다수의 기체 포켓으로 분할하도록 DE 196 22 744호에 제안되어 있다. 전기화학 반쪽-전지 (도 1 및 2)는 전해질이 충전 연결부 (12) 등을 거쳐 급송되는 전극 공간 (10)을 가진다. 상기 연결부를 거쳐, 전해질은 또한 액체 공간 (14)으로 진행한다. 예시된 반쪽-전지는 이온 교환 막 (16)으로 추가의 반쪽-전지와 분리된다. 게다가, 다수의 기체 포켓 (18, 20, 22, 24)이 각각의 위에 제공된다. 기체 포켓 (18, 20, 22, 24)은 DE 196 22 744호에서 캐소드로서 작용하는, 기체 확산 전극 (36)에 의해 전극 공간 (10)과 분리된다. 개별 기체 포켓 (18, 20, 22, 24)은 연결 통로 (26), 예를 들면, 기체 벨을 통해 서로 연결되어 있다. 개별 기체 포켓 내부의 압력에 따라, 기체 포켓 (18, 20, 22, 24) 안에 존재하는 기체는 유출 개구 (28)를 통해서 연결 통로 (26)로 유동하고, 연결 통로 (26)로부터 유입 개구 (30)를 통해 위쪽의 기체 포켓으로 유동한다. 산소, 예를 들면, 기체 포켓 안에 존재하는 산소의 유동 방향은 점선 화살표 (32)로 도 1에 예시되어 있다. 바닥 기체 포켓 (18)은 예를 들어 급송 연결부 (34)를 통해, 기체-급송 장치로 연결되어 있다. 또한, 상부 기체 포켓 (24)에서의 기체는 유출 개구 (28)를 통해 반쪽-전지의 백스페이스 (14)로 진행하고, 그곳으로부터 연결부 (11)를 거쳐 전해질과 함께 배출된다. 각각의 위에 배치된 다수의, 또는 2 이상의 기체 포켓의 설비는 압력 보상을 생기게 하여, 더 높은 전기분해 전지가 제조될 수 있도록 한다. 또한, 기체 포켓에 형성된 응축액은 기체 포켓 (18, 20, 22, 24)의 기체 유출구 (28)를 통해 액체 공간 (14)으로 진행한다.

기체 급송부 (34)를 거쳐 바닥 기체 포켓 (18)으로 주입되는 모든 기체는 연결 통로 (26)에서 및/또는 기체 벨에 의해 수집되므로, 기체 벨 내부에 고유속이 생긴다. 그 결과로, 일부의 전해질이 바로 위의 기체 포켓 (20)으로 혼입될 수 있고, 이는 기체 확산 전극이 기체 포켓의 기체 유입부에서 전해질 액적과 접촉하기 때문에, 즉 활성 전극 표면을 부분적으로 상실하기 때문에, 기체 확산 전극의 기능에 불리하게 작용한다. 또한, 비교적 다량의 전해질이 기체 포켓으로 진행하고 따라서 다시 제거되어야 한다는 점은 불리하게 작용한다. 이러한 전해질은 기체 포켓에서 항상 완전히 제거될 수는 없고, 따라서 기체 포켓에 축적됨이 알려졌다. 기체 포켓의 기체/액체 유출구가 기체 유입구 위치의 반대편에 위치하여 기체 포켓에서 전해질의 축적이 일어난다. 액체의 증가된 공급은, 예를 들어 전기분해 전압의 증가를 통해 나타난다.

본 발명은 기체 확산 전극에 의한 알칼리 금속 염화물의 수용액에서의 염소의 전기화학적 제조에 특히 적절한 전기화학 반쪽-전지에 관한 것이다.

본 발명은 첨부한 도면을 참조하여 더 상세하게 하기에 설명된다.

도 1은 선행 기술에 따른 기체 확산 전극과 유사한 본 발명에 따른 반쪽-전지의 개략적 횡단면도를 나타낸다.

도 2는 도 1에서 A-A' 선 상의 개략적 단면도로부터의 발췌도를 나타낸다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시태양의, 기본적으로 도 2에서 예시된 단면도에 상응하는 개략적 단면도를 나타낸다.

본 발명에 따른 전기화학 반쪽-전지의 구조는 근본적으로 도 1 및 2와 관련하여 기술된 구조와 상응한다. 따라서, 동일한 또는 유사한 구성 요소들은 도 3에 동일한 도면 부호로 표시되었다.

본 발명에서, 보유 요소 (40)는, 예를 들면, 도 3에 예시된 바와 같이, 2 개의 기체 포켓 (20, 22)을 연결하는 연결 통로 (26)에 배치된다. 예를 들어, 보유 요소 (40)는 연결 통로 (26)에 접착식으로 결합되어 있거나 또는 그 안의 마찰로 유지되어 있다. 기체는 도 3의 기체 포켓 (20)의 하부에 배치된 유출 개구 (28)를 통해 하부 기체 포켓 (20)에서 나온다. 기체는 바닥이 개방되어 있는 연결 통로 (26)에 의해 수집되고, 그 안에서 위쪽으로 떠오른다. 전해질 (42)은 압력의 작용으로 연결 통로 (26) 안에 위치한다. 전해질 표면 (44)의 높이는 압력 조건에 따라 달라진다. 유출 개구 (28)로부터 나온 기체는 화살표 (46)로 표시된 방향으로 위쪽으로 유동하고, 전해질 표면 (44)에서 연결 통로 (26)의 기체-충전부 (48)로 들어간다. 이 과정에서, 전해질 (42)은 기포 (40)에 의해 기체-충전부 (48)로 혼입된다. 이후, 혼입된 전해질은 보유 요소 (40)에 의해 보유되거나 또는 분리되어, 보유 요소 (40) 위의 부위 (52)로 어떠한 전해질도 도달하지 않거나 또는 단지 소량의 전해질만이 도달한다. 보유 요소 (40)를 통과한 후, 기체는 기체 포켓 (22)의 상부에 배치된 유입 개구 (30)을 통하여 위쪽의 기체 포켓 (22)으로 진행한다.

도 3과 관련하여 기술된 바와 같이, 본 발명에 따라 보유 요소 (40)가 배치되고 제공된, 상기 연결 통로 (26)는 다른 기체 포켓 (18, 20, 22, 24 (도 1))을 연결하는 연결 통로 (26)에 또한 배치된다.

본 발명의 목적은 전해질이 기체 포켓으로 들어갈 위험을 감소시키는 기체 포켓을 가진 전기화학 반쪽-전지를 제공하는 것이다.

본 발명에서, 상기 목적은 청구항 1에서 기술된 특징들에 의해 달성된다.

본 발명에서, 보유 요소는 2 이상의 기체 포켓을 서로 연결하는 연결 통로 안에 배치되어 있다. 보유 요소는 연결 통로에 위치된 전해질을 보유하기 위해 사용된다. 예를 들면, 보유 요소는 미로 형태로 배열된 보유 요소일 수 있다. 그 결과, 기류에 의해 혼입된 액적이 보유 요소의 특히 미로형 구조를 통해 진행할 수 없기 때문에, 보유 요소에 의해 보유된다. 보유 요소는 최소한 전극의 상당부가보유 요소를 통과하지 않도록 보장한다. 이는 전극의 기능이 기체 포켓으로 들어가 전해질에 의해 손상되는 것을 방지한다.

사용된 보유 요소는 바람직하게는 메시, 천, 조물, 부직포 또는 발포체이다. 이는 특히, 바람직하게는 금속, 플라스틱 또는 세라믹으로 제조된 불규칙한 천, 예컨대 펠트형 물질이다. 저렴한 형태로는, 금속 와이어의 매듭구일 수 있다.

본 발명의 추가적인 필수 요소는 연결 통로에서 보유 요소의 바람직한 배치이다. 여기에서는, 보유 요소가 유입 개구의 부위에 배치되는 것이 바람직하다. 이것은 전해질이 보유 요소를 통과할 수 없게 하거나 또는 아주 극소량의 전해질만이 통과할 수 있게 하는 이점을 갖는다. 보유 요소가 기체로 충전된 연결 통로 부분에 배치되는 것이 바람직하며, 이 경우 보유 요소는 전해질 표면 보다 유입 개구에 더 근접하도록 배치된다. 연결 통로의 이 부위에서는, 보유 요소가 유입 개구에 연결된 반부에, 즉, 수직으로 연결 통로가 배치된 경우 연결 통로의 기체-충전부의 상반부에 배치되는 것이 특히 바람직하다. 보유 요소가 1/3 상반에 배치되는 것이 특히 바람직하다.

연결 통로 또는 기체 벨이 2 개의 기체 포켓의 높이에 걸쳐 연장되는 것이 특히 유리하다. 하부 기체 포켓의 바닥 가장자리에서, 기체는 기체 포켓 밖으로 진행하고, 기체-수집 장치로서 작용하는 연결 통로에 의해 바로 수집되며, 그 위쪽 기체 포켓의 기체 유입 개구로 진행된다. 기체 유입 개구는 바람직하게는 기체 포켓의 상부 가장자리에 위치시킨다. 압력 조건에 따라서, 연결 통로에 상응하는 액체 높이가 형성된다. 보유 요소는 이 액체 높이 위로 배치된다.

Claims (6)

1. 전해질 급송부 (12) 및 전해질 배출부 (11)를 가진, 전해질을 수용하는 전극 공간 (10),

   바닥 기체 포켓 (18)이 기체 급송부 (34)를 가진, 기체를 수용하는 다수의 기체 포켓 (18, 20, 22, 24),

   기체가 제1 기체 포켓 (20)의 유출 개구 (28)를 통해 연결 통로 (26)로 유동하고 연결 통로 (26)로부터 유입 개구 (30)를 통해 제2 기체 포켓 (22)으로 유동하는, 2 개의 기체 포켓 (20, 22)을 서로 연결하는 연결 통로 (26),

   전극 공간 (10)을 기체 포켓 (18, 20, 22, 24)으로부터 분리하는 기체 확산 전극 (36)

   을 적어도 포함하고, 연결 통로 (26)에 위치한 전해질을 보유하기 위해 연결 통로 (26) 안에 배치된 보유 요소 (40)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 특히 알칼리 금속 염화물의 수용액으로부터의 염소의 전기화학적 제조를 위한, 전기화학 반쪽-전지.
2. 제1항에 있어서, 상기 보유 요소 (40)가 플라스틱, 금속 또는 세라믹으로 제조된 메시, 천, 조물, 부직포 또는 발포체를 기재로 하는 것을 특징으로 하는 전기화학 반쪽-전지.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 보유 요소 (40)가 유입 개구 (30)의 부위에 배치된 것을 특징으로 하는 전기화학 반쪽-전지.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연결 통로 (26)가 일부는 전해질로 충전되고 일부는 기체로 충전되고, 상기 보유 요소 (40)가 전해질 표면 (44)보다 유입 개구 (30)에 더 근접하도록 배치된 것을 특징으로 하는 전기화학 반쪽-전지.
5. 제4항에 있어서, 상기 보유 요소 (40)가 유입 개구 (30)에 연결된 연결 통로 (26)의 기체-충전부 (48)의 반부에 배치된 것을 특징으로 하는 전기화학 반쪽-전지.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유출 개구 (28)가 기체 포켓 (20)의 하부에 배치되고, 상기 유입 개구 (30)가 기체 포켓 (22)의 상부에 배치된 것을 특징으로 하는 전기화학 반쪽-전지.