KR890002058B1

KR890002058B1 - 전해용 전극

Info

Publication number: KR890002058B1
Application number: KR1019860006214A
Authority: KR
Inventors: 다까유끼 시마무네; 슈지 나까마쯔; 요시노리 니시끼; 쯔네또 후루따
Original assignee: 페르메렉 덴꼬꾸 가부시끼가이샤; 나까가와 세이지
Priority date: 1985-07-29
Filing date: 1986-07-29
Publication date: 1989-06-15
Also published as: SE464250B; AU6066486A; GB2180556A; FR2585372A1; NL8601906A; DE3625506A1; SE8603238L; IT1195878B; KR870001331A; IT8648307A0; GB8618262D0; DE3625506C2; SE8603238D0; AU577957B2; FR2585372B1; GB2180556B

Abstract

내용 없음.

Description

전해용 전극

제1도 및 3도는 제각기 본 발명의 전극이 배치되는 이온 교환막 공정의 전해기를 도시한 부분사시도.

제2도 및 4도는 제작기 본 발명의 전극을 도시한 부분 확대된 횡단면도 및 평면도.

제5도는 본 발명의 전극을 도시한 부분 확대된 횡단면도.

제6도는 종래 신장된 금속 전극을 도시한 개략도.

제7도는 종래 펀치된 금속 전극을 도시한 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 전극 2 : 격막

4 : 전극 플레이트 5 : 구멍

6 : 브리지부재 16 : 처마형부재

본 발명은 격막식 전해 공정에 이용된 전해 전극에 관한 것으로, 특히, 전해공정에 적합한 전해전극에 관한 것이며, 여기에서, 전극은 이온 교환막 등과 같은 격막에 인접하여 배치되고, 가스는 전극으로부터 방출된다.

최근 전해업계에서는 염소 또는 수산화나트륨이 염화나트륨의 수용액을 전해함으로써 제조되며, 막에 인접하여 전극을 배치함으로써 전해가 실행되는 이온 교환막 공정으로 우수한 오염방지, 에너지절약 전해시스템이 개발되었다. 따라서, 바람직하게도 이런 형태이 공정에 전극이 우수해야 한다.

염화나트륨의 수용액의 전해에 있어서, 염소 및 수소 가스는 제작기 양극 및 음극으로부터 방출되며, 수산화나트륨은 음극 구간내에서 발생된다. 이런 경우에 있어, 전극이 이온 교환막에 인접하여 배치될 경우, 전해 전압을 감소시켜야 하지만, 문제점을 발생된 가스 제거 또는 전해액이 순환되는 것이다.

이런 이유로, 종래에는 제6도에 도시된 바와 같은 신장된 금속 및 제7도에 도시된 바와 같은 펀치된 금속과같은 관통된 판상 몸체를 전극처럼 사용해 왔다. 예를들면, 신장된 금속을 이용한 것은 1977년 일본국 특허원(OPI) 제 114571호, 1980년 일본국 실용신안등록원 제 83756호 및 1983년 일본국 특허원(OPI) 제 185786에 공개되어 있다(여기에 사용된 "OPI"는 심사되지 않고 공고된 출원을 의미함).

또한, 1981년 일본국 특허원(OPI) 제146884호는 음극처럼 관통된 판상 전극을 이용한 것이다.

신장된 금속을 제작하는 데에 있어서, 주플레이트를 절단하여 제조되고, 절단선과 직각을 이루는 방향으로 플레이트를 끌어 당김으로써 플레이트가 신장되며, 그리고 펀치된 금속을 제작하는 데에 있어서는 원형, 정사각형 또는 다른 형태의 구멍이 주 플레이트 내에서 펀치되어, 발생된 가스등의 제거에 필요한 구멍에 제공된 전극 플레이트가 얻어진다.

한편으로, 그러한 전극의 구멍에 관해서는 전극 플레이트의 효과적인 전극의 구멍 비율은 약 30% 내지 60%의 범위이다. 이런 이유로, 종래 전극에서, 전극 도체의 체적은 주 플레이트의 체적과 비교되듯이 약 30% 내지 60%의 구멍 비율에 상당하는 체적만큼 감소된다. 따라서, 전극 플레이트의 도체 저항이 증가함으로써 전해 전압의 증가에 의한 문제점이 필연적으로 직면하게 된다.

또한, 1983년 일본국 특허원(OPI) 제 67882호에는 플레이트가 복수개의 굽은 리본형의 펀치된 구멍에 제공되는 전극을 기술하고 있다. 그러나, 굽은 리본형의 펀치된 구멍이 전극 플레이트이 양 측면상에서 선택적으로 제조되기 때문에, 전극이 격막에 인접하여 있을시에, 전극 플레이트의 주 평면과 격막 사이의 간격이 항상 한정되어 있지 않으므로, 양극 및 음극간의 간격은 그 만큼 증가하는 문제점이 있다.

전술한 바와같이, 가스가 전극에서 발생하는 격막식 전해 공정에 있어서, 종래 전극이 관게되는 한, 격막에 인접하여 전극을 배치하며, 더우기 발생한 가스제거 및 전해액을 충분히 순환시킬 시, 동시에 전극 플레이트의 구멍에 의한 도체 저항의 증가를 방지하는 것은 불가능하다. 그래서, 전해 전압을 증가시킴으로써 전력 비용이 증가하는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 종래 공정에서의 상기 문제점을 해서하여, 우수한 전해 전극을 제공하는 것이다.

전극 플레이트이 표면상에서 거의 수평방향으로 신장된 직각형태의 각종 구멍이 사용되는 구조를 전극이 구비함으로써 본 발명은 상기 문제점을 해소하는데, 각 대응 부리지부재는 처마형부재를 갖는 각 구멍은 격막을 갖는 접촉면과 대향으로 압출되거나 그부림으로써 전극 플레이트와 공동으로 형성되며, 측면 단부에서 복수개의 공급 단자가 제공된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본원 명세서를 상세히 설명하기로 한다.

제1도는 양극으로 인가되는 본 발명의 전극(1)이 이온교환막 등인 격막(2)에 인접하여 배치되는 실시예를 도시한 것이다. 음극(3)은 상기 격막의 대향 측면상에 배치되어, 이온 교환막 처리 전해에 대한 단위전해기가 구성된다. 애노드(1)는 전극 플레이트(4)상에서 직각 형태의 다수 구멍(5)의 제공되는데, 상기 구멍은 각 구멍(5)에 대응하는 각각의 브리지부재(6)를 구비하며, 이러한 것은 격막(2)을 갖는 접촉면에 대향으로 압출됨으로써 공동으로 형성된다. 각 구멍은 브리지부재는 전극 플레이트(4)상의 두 평행한 칼로 절단하여 압출됨으로써 쉽게 형성될 수 있다. 이러한 공정은 이용된 물질이 얼마간의 소성 및 연성을 갖는 것을 필요로 한다. 예를들어 티타늄, 탄탈륨 등과 철, 니켈 또는 그의 합금과 같은 음극 또는 양극, 밸브금속의 전극 플레이트로서 금속이 통상 이용됨에 따라, 상기 소정의 물질은 본 발명내에서 이용될 수 있다. 직각형의 구멍이 양호하게도 전해핵의 순환을 쉽게 하고, 발생된 가스를 해소시키며, 신장의 발향은 양호하게도 수평이지만, 약간 경사도는 문제가 되지 않는다. 구멍의 크기 및 배치는 필요한 구멍비율 및 전극 플레이트 물질의 크기 및 성질에 의해 적당히 결정되며, 거기에는 특별한 제한이 없다. 제2도에 도시된 바와같이, 이온 교환막 공정에 의한 염화나트륨 전해의 경우에 있어서, 티타늄으로 제조된 전극 플레이트(4)의 두께 t는 통상 약 0.5mm 내지 2mm이고, 길이방향의 크기 a는 약 1,5mm 내지 5mm이며, 측면크기 b는 약 5mm 내지 100mm이며, 그리고 브리지부재(6)의 압출높이 c는 약 1mm 이상이다. 양호하게도, 각종 구멍(5)은 효과적인 전극면내의 구멍 비율이 약 30% 내지 60%가 되도록 배치된다.

또한, 발생된 가스 기포가 막을 갖는 접촉면과 대향인 후방 측면으로 구멍을 통해 쉽게 통과시키기 위하여, 일반적으로 양호하게는 구멍(5)의 길이 방향크기 a는 전극 플레이트(4)의 두께 t보다 크게 제조되고, 압출 높이 c는 두께 t는 두배보다도 크다. 구멍(5)에 대응하는 브리지부재(6)의 형태는 두께 t, 길이방향 크기 a, 측면크기 b, 압출높이 c 및 물질의 연성으로부터 적당히 결정되지만, 제1 및 2도의 6으로 도시된 바와같이, 브리지부재(6)는 통상적으로 전극 플레이트와 평행한 주요부에 따라 수평 단면내에서 사다리꼴로 형성되어, 브리지부재(6)의 기본부(8)에 접속된다. 제1도의 6'로 도시되는 바와같이, 구멍(6)의 측면크기 b가 가장자리등에 가까운 위치에서 짧게 되는 곳에서, 브리지부재(6)는 반원형이거나 반타원형으로 된다.

제3도는 양극으로 사용되는 본 발명의 전극(1)이 이온 교환막 등과 같은 격막(2)에 인접하여 배치되는 본 발명의 전극의 다른 실시예를 도시한 것이다. 음극(3)은 상기 격막에 대해 반대 측면상에 배치되어, 이온 교환막 공정 전해에 대한 단위 전해기가 구성된다. 양 전극(1)은 전극 플레이트 내에서 직각 형태인 각종 쌍의 구멍(5)에 제공된다. 각 쌍의 구멍은 격막(2)을 갖는 접촉면과 대향으로 구부림으로써 전극 플레이트(4)의 공동으로 형성되는 한쌍의 대응 처마형부재(16)를 갖는다. 각 구멍(5) 및 처마형부재는 전극 플레이트(4)상에서 두 평행한 칼로 절단하여, 플레이트(4)를 구부림으로써 쉽게 형성될 수 있다. 전해액을 쉽게 순환시키고, 발생한 가스를 제거하기 위한 직각형의 구멍에 의하면, 양호하게는 신장 방향의 수평이지만, 약간의 경사도는 문제가 되지 않는다. 구멍의 크기 및 배치는 필요한 구멍 비율 및 전극 플레이트 물질의 크기 및 성질에 따라 적당히 결정되며, 거기에는 특별한 제한이 없다. 제4도에 도시된 바와같이, 이온교환막 공정을 이용한 염화나이트 전해의 경우에 있어서, 티타늄으로 제조된 전극 플레이트(4)의 두께 t는 통상적으로 약 0.5mm 내지 2mm이고, 길이방향 크기 a는 약 1.5mm 내지 5mm이며, 측면크기 b는 약 5mm 내지 100mm이며, 그리고 처마형부의 구부린 각도는 약 16°내지 30°또는 그 이상이다. 양호하게도 각종 구멍(5)은 효과적인 전극면내의 구멍비율이 약 30% 내지 60%가 되도록 배치된다.

또한, 발생된 가스 기포가 막을 갖는 접촉면과 대향인 후방 측면으로 구멍을 통해 쉽게 통과시키기 위하여, 일반적으로 양호하게는 구멍(5)의 길이방향 크기 a는 전극 플레이트의 두께 t보다 크게 제조된다. 구멍(5)의 대응한 처마형부재(16)의 형태는 두께 t, 길이방향 a, 측면크기 b, 구부린각도 및 물질의 연성으로부터 적당히 결정된다. 그러나, 제3도, 제4도 및 제5(a)도, 제5(b)도 및 제5(c)도에 도시된 바와같이, 통상적으로 양호하게는 처마형부재(16) 및 전극 플레이트(4)의 구부린 각도가 약 30°내지 45°또는 그이상이 된다. 전극 플레이트(4)와 공동으로 형성된 처마형부재(16)의 단면형은 제5(a)도 처럼 약 90°의 구부린 각도에 따른 U형이거나 반원이며, 또는 제5(b)도 처럼 약 90°보다 큰 각도로 구부린 형태이거나, 제5(c)도 등과 같이 약 90°보다 작은 각도로 구부린 형태이다. 게다가 제3 및 제4도는 구멍(5)에 대응하는 처마형부재(6)가 전극(4)과 직각방향인 양 단부에서 길이 a로 절단된 것을 도시한 것이다. 그러나, 이용된 전극 플레이트 금속의 연성에 따라, 구멍(5) 및 처마형 부재(16)는 수직방향으로 절단하지 않고 수평 방향으로만 절단한 후에 구부림으로써 형성된다.

또한, 제2 및 제4도에서 도시된 바와같이 발생된 가스를 쉽게 제거하기 위하여, 복수개의 구멍(5)은 인접한 구멍(5)중에서 d만큼 거리가 선택적으로 이동되는 그러한 관계로 배치되는 것이 더욱 편리하다. 이런 경우에 있어서, d=0 내지 b의 범위내에서 이동이 적당히 결정된다.

종래 전극에서와 같이, 막과 접촉하도록 적어도 전극 플레이트(4)의 표면상에서 유효하게 코팅한 양극 또는 음극 전극을 적당히 인가함으로써 전극이 발생될 수 있다는 것은 말할 나위도 없다. 유효하게 코팅한 전극은 전극 플레이트(4)의 구멍이 압출하거나 구부림으로써 형성되기 전이나 후에 인가될 수 있다. 또한, 전해핵의 순환 및 발생된 가스의 제거로, 1980년 일본국 특허원 제38432호에 기술된 바와같이 막을 접촉시키도록 적어도 전극 플레이트(4)의 표면상에 각종 수직 홈을 형성함으로써 또한 개선될 수 있다.

본 발명의 전극에 있어서, 전해가 제1 및 3도에 도시된 바와같은 전해기 내의 전극을 편입시킴으로써 실행될 시에, 복수개의 공급 단자(7)는 전극 플레이트(4)의 측면 가장자리에서 제공되고, 전류가 브리지부재(6) 또는 처마형부재(16)의 신장한 방향과 평행하게 측면으로 공급되며, 이것은 양호하게도 전극도체의 오옴 손실에 의한 전압의 증가를 막는다.

본 발명의 전극에 있어서, 직각형인 전술된 복수개의 구멍을 제공함으로써, 전극으로써 필요한 전극 플레이트(4)의 구멍에 대한 요구물(구멍 비율은 통상적으로 약 30% 내지 60%임)이 충분히 충족되어, 전해액의 순환 및 발생된 가스의 제거로 매우 부드럽게 진행된다. 상기와 같은 것 이외에, 각 구멍(5)에 상당하는 브리지부재(6) 또는 처마형부재(16)는 압출하거나 구부림으로써 전극 플레이트(4)와 공동으로 형성되며, 전극 플레이트 주 플레이트는 소정의 전체 전극 도체부나 그이 기능의 손실없이 보존된다. 따라서, (제7도에 도시된)종래 펀치된 금속이나 (제6도에 도시된) 신장된 금속의 경우에 있어서, 주 플레이트로부터의 이동부나 주 플레이트의 구멍부에 대응하는 전극 도체부의 감소로 항상 도체 저항이 증가하지만, 본 발명의 전극내에서는 증가하지않는다. 더우기, 본 발명의 전극에 있어서, 복수개의 공급단자(7)는 전류 측면으로 공급시키기 위한 전극 플레이트(4)의 측면 가장자리에서 제공되어, 전류가 브리지부재(6)나 처마형부재(16)의 병렬로 흐르므로, 전극도체는 구멍에 있어서, 절단으로 구부리는 효과와 무관하다. 동시에 전극 플레이트의 표면상에서 단일한 전류가 분배된다.

더우기, 브리지부재(6) 및 처마형부재(16)가 전극 플레이트(4) 및 격막 사이의 접촉면과 대향으로 압출하거나 구부림으로써 형성되므로, 전극의 주 기능면은 격막과 매우 인접하여 접촉될 수 있다.

아래에 도시된 본 발명의 실시예 및 종래 종래 기술을 설명한 비교 실시예에 있어서, 전극은 다음과 같이 제공되며, 검사는 이온 교환막 공정 전해에 대해 양극을 이용하여 이루어진다. 금속 기판으로서 티타늄을 이용하는 모든 전극에 있어서, 열 복혼합 처리로 얻어진 같은 귀금속의 산화물을 포함한 코팅이 표면상에서 격막을 접촉시키도록 사용된다.

[실시예 1]

전극 플레이트의 전극은 30Cm×25Cm의 효율적인 전극면과 1mm의 두께 t를 갖고, 각 구멍은 길이방향 크기 a=3mm, 측면크기 b=45mm, 브리지의 압출높이 C=3mm의 크기를 가지며, 구멍비율은 d=0인 약 40%이다(브리지).

[실시예 2]

실시예 1내의 전극은 또한 0.5mm의 너비, 0.3mm의 길이 및 격막을 접촉시키도록 모든 표면을 통해 수직방향인 1mm의 피치인 각종 홈으로 제공된다(홈을 갖는 브리지).

[실시예 3]

전극 플레이트의 전극은 너비 30Cm×높이 25Cm의 효율적인 전극면 및 t=1mm의 두께를 구비하여, 각 구멍은 길이방향크기 a=2mm, 측면크기 b=45mm, 처마형부재의 구부린 각도=90°가 되며, 구멍비율은 약 40%이다(처마형).

[실시예 4]

실시예 3의 전극은 또한 0.5mm 너비, 0.3mm 깊이 및 격막을 접촉시키도록 전 표면을 통해 수직방향인 1mm의 피치인 각종 홈으로 제공된다(처마형인 홈).

[비교 실시예 1]

1mm의 두께인 플레이트.

[비교 실시예 2]

약 35%의 구멍비율을 갖는 LW 8×SW 3.6×St 1.2×t1m의 크기인 신장된 금속.

[비교 실시예 3]

크기 t=1mm, 구멍=원통구멍 2m의 지름, 피치=3mm, 약 40%의 구멍 비율인 펀치된 금속.

검사는 양극으로서의 상기 각 전극틀 이용한 아래 조건하에서 이루어진다.

각 실시예에서, 전류는 양극 측면에 공급된다.

양극 용액 : NaCl의 200g/l 수용액

음극 용액 : NaOH의 35wt% 수용액

음극 용액 : 신장된 Ni 금속

격막 : 이온 교환막(상호가 "나피온" 902인 이.아.드퐁 네모스사에 의해 제조됨).

양극-음극간의 간격 : 2mm

전해 온도 : 90°

전류 밀도 : 30A/dm²

전술된 검사의 결과는 아래 표 1로 요약된다.

[표 1]

1) 도체 Vw의 오옴 손실은 아래 방식으로 얻어진다.

Vw io pl²/3t(V)

io 전해 전류 밀도(A/dm²)

p 도체의 특정 저항(Ω Cm)

l 전기 전하 거리(Cm)

t 도체의 플레이트 두께(Cm)

2) 전해의 플레이트에 구멍이 없기 때문에 불가능하다.

본 발명의 전극에 따라 표 1에 도시된 결과로부터 명백해지듯이, 도체의 오옴 손실에 대응하는 전압은 구멍없는 플레이트에서 보다 적으며, 같은 두께 및 구멍 비율인 종래 신장된 금속 및 펀치된 금속의 손실의 거의 절반으로 되어, 전해 전압이 본 발명의 전극을 이용하여 약 50mV 내지 100mV만큼 감소될 수 있다.

전술된 바와같이, 본 발명의 전극은 가스 발생 전극으로서 우수한 성능을 갖는데, 상기 가스 발생전극은 전해핵의 순환 및 발생된 가스 제거 양자가 효율적으로 성취될 수 뿐만 아니라 전해 전압이 발생되는 격막에 인접하여 배치되며, 산업용으로 지극히 유용하게 사용된다.

본 발명은 특성 실시예를 참조하여 상세히 기술되었으며, 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 다양하게 변화 및 수정의 할수 있는 본 기술의 숙련자에게는 명백해진다.

Claims

사실상 수평방향으로 신장된 직각형의 복수개의 구멍을 갖는 전극 플레이트의 표면상에 제공된 전극을 구비하는 전해용 전극으로서, 상기 구멍의 각각은 격막에 접촉하도록 대향으로 구부리거나 압출함으로써 전극 플레이트와 공동으로 형성되는 상기 구멍에 대응하는 처마형부재나 브리지부재를 구비하며, 또한, 복수개의 공급단자는 전극 플레이트의 측면 가장자리에서 제공되는 것을 특징으로 하는 전해용 전극.
제1항에 있어서, 전극 플레이트의 효율적인 전극면내의 구멍비율은 약 30% 내지 60%인 것을 특징으로 하는 전해용 전극.
제1항에 있어서, 직각 구멍의 크기는 길이가 약 1.5mm 내지 5mm이며, 전극 플레이트는 두께가 약 0.5mm 내지 2mm인 것을 특징으로 하는 전해용 전극.
제1항에 있어서, 수직홈은 격막에 접촉하도록 적어도 전극 플레이트의 표면상에서 제공되는 것을 특징으로 하는 전해용 전극.
제1항에 있어서, 격막에 접촉할 적어도 전극 플레이트의 표면상에서 전극 활성 코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해용 전극.