KR900002759B1 - 전기화학식 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Description

전기화학식 전지 및 그 제조 방법

본 발명은 독특한 방법으로 조립된 복수의 부품으로 완벽하게 제조되는 전해 유니트에 관한 것이다. 작동식 조합으로 배치된 이러한 복수의 유니트는 염소 및 부식제의 생성시에 특히 유용하다.

본 명세서에서 사용되는 "전해 셀"이란 용어는 적어도 양극 구획내에 양극을, 음극 구획내에 음극을 포함하는 조립체를 의미하는 것으로서, 양극 구획 및 음극 구획은 이온교환 활성 불투수성막에 의해 분리된다.

"전해 유니트"란 용어는 적어도 편평지지부로 분리되는 두 개의 전극소자를 포함하는 조립체를 의미한다.

전해 유니트내의 전극 소자는 양극성 유니트의 경우 반대로 하전하거나 혹은 단극성 유니트의 경우 동일하게 하전된다. 따라서, 단극성 유니트는 양극 또는 음극 유니트중의 하나이다.

"전극 소자"란 용어는 분전기 그리드 또는 집전기와 같은 전극과 관련된 전극 또는 소자를 의미한다. 이러한 소자의 형태는 도선망, 권선식 도선, 천공판, 금속스폰지, 팽창금속, 천공 또는 비천공식 금속박, 편평식 또는 주름식 격자, 간극 금속피 또는 봉 등과 같이 본 기술상 잘 알려진 것이어도 좋다.

염소 및 부식제는 전해셀내의 알칼리 금속 염화물의 수용액으로부터 전해적으로 가장 흔히 생성되는 대량의 기본 화합물질이다. 최근, 다양한 기술 개발로 전해셀의 양극과 음극 사이의 갭을 최소화하여 전해셀의 전기 저항을 최소화함으로써 전해셀을 보다 효율적으로 동작시키는 것이 가능하게 되었다. 이와 같은 개발은 차원적으로 안정된 양극, 이온교환막, 무극화 전극, 제로 갭 셀 구성 및 교체 중합체의 전해막을 포함한 염소 및 수식제의 생산에 통상 사용되는 전해셀에는 두가지 주요 형태, 즉 단극성 및 양극성 셀이 있다.

양극성 셀은 직렬로 된 수 개의 전기 화학 유니트로 구성되는데, 두 개의 단자 유니트를 제외한 각 유니트는 일측상의 양극과 반대측상의 음극으로 작용한다. 전해 유니트는 이온 교환 활성막에 의해 밀폐 가능하게 분리되어, 하나의 전해셀 또는 일련의 전해셀을 형성하게 된다. 전기 에너지의 연속셀을 통해 양극성 셀의 한 단자에서 단자 셀로 들어가고, 셀 열의 다른 단자에서 단자 셀로부터 제거된다. 알칼리 금속 할로겐화 용액은 할로겐 가스가 양극에서 발생되는 양극 구획으로 공급된다. 알칼리 금속 이온은 이온 교환 활성막을 통해 알칼리 금속 수화물이 형성되는 음극 구획으로 선택적으로 운반된다.

단극성 전해셀은 적어도 두 개의 단자 셀과 그 사이에서 번갈아 놓여있는 복수의 유니트 및 음극 유니트를 포함한다. 단극성 유니트는 이온 교환 활성막에 의해 분리되어 복수의 단극성을 형성한다. 각 유니트에는 전해액이 유니트에 공급되는 하나의 입구와, 액체 및 가스가 그 유니트로부터 제거되는 최소한 하나의 출구가 설치되어 있다. 각 유니트는 전원에 전기적으로 접속된다. 전력은 하나의 단극성 유니트에 공급되어 하나의 인접 유니트로부터 제거된다.

신 개발의 기술을 이용하기 위하여, 여러 가지 전해유니트의 설계가 제한되어 왔지만, 이러한 제안의 대부분은 꽤 복잡하고 값비싼 재료의 사용을 필요로 하였다. 따라서 손쉽게 이용할 수 있고 값싼 재료를 사용하는 복잡하지 않은 전해 유니트가 크게 요망되고 있다. 본 발명의 목적은 단극성 또는 양극성 유니트의 어느 것으로도 사용될 수 있는 이러한 전해 유니트를 제공하는 것이다.

본 발명은 전해 유니트의 제조 방법에 관한 것으로서 전해 유니트에는, 주변이 플랜지부인 일반적인 평면지지부를 구비하고 있는 평면형 전류 전송소자와, 지지부의 각 측으로부터 바깥방향으로 돌출한 복수개의 보스(boss)가 구비되어있었고, 상기 플랜지부는 적어도 한 구역으로 구성되며, 지지부의 모든 외부 주변연부를 밀봉 수납하는 내면을 가지고 있으며, 상기 방법은 (1) 지지부의 한측에 복수의 보스를 부착한 후, (2) 지지부의 주변연부에 플랜지부의 한 구역을 부착한 다음 (3) 지지부의 한측상에서 보스의 일부에 복수의 라이너 구역을 부착하는 단계를 구비하고 있다.

본 발명은 또한 적어도 세부분 즉, 프레임형 플랜지부와, 보스 및 편면 지지부를 가진 전류 전송소자를 조립하는데 의하여 전해 유니트를 제작하는 방법을 포함하고 있다. 따라서, 형성된 전류 전송소자의 반대측은 부품의 완전한 조립 전후동안 편평해 질수 있다. 측면 라이터는 전송소자가 조립된 후 그 한쪽 측의 일부에 제공된다.

본 발명은 본 발명을 예시한 도면을 참조로 하여 보다 잘 이해될 수 있는데, 각 도면에서 동일 참조번호는 동일 부품을 나타낸다.

제 1 도는 본 발명의 전해 유니트의 한 실시예에 대하여 부분적으로 절결하고 확대하여 도시한 사시도이다.

제 2 도는 제 1도에 도시된 전해 유니트의 한 실시예에 대한 확대측단면도이다.

제 3 도는 일련의 전해 셀을 형성하는 실시가능한 조합으로 위치한 복수의 전해 유니트에 대한 측단면도이다.

제 4 도는 복수의 조각으로 이루어진 축방 라이너를 가진 전해 유니트의 측단면도이다.

특히 제 1 내지 제 3 도를 참조하면, 본 발명은 비라인형 전해 유리트(10) 또는 라인형 유니트(11)의 한 소자로서 전류 전송 소자(14) 이후 ECTE라 한다)를 이용하고 있다. ECTE는 복수의 보스(18,18A)에 대한 지지부를 제공하기에 충분한 구조적 일체성을 지닌 일반적으로 평면형인 지지부(17), 프레임형 플랜지부(16) 및 라이너가 사용되는 경우 라이너(26) 또는 라이너(26A)를 구비하고 있다. ECTE는 라이너(26) 또는 (26A)와 전해 셀에 보통 사용되는 어떠한 전극 소자(36),(36A), (46) 또는 (46A)보다 실질적으로 더 부피가 크고 견고하다.

ECTE는 위에서 개략적으로 설명한 요건을 충족하는 여러 가지 재료로 만들어질 수 있다. 그러나, 그 재료는 철, 주철, 연성철, 강철 및 스테인레스 스틸과 같은 제 1 철 금속과, 니켈, 알루미늄, 구리, 마그네슘, 납 및 각각의 합금 또는 그것들의 합금으로부터 선택되는 것이 바람직하다.

ECTE는 구성요소가 철이 주성분으로 되는 제 1철 금속으로 구성되는 것이 좋다. ECTE는 저카본 스틸 또는 연성철로 구성하는 것이 좋다. 이는 가격이 싸고 쉽게 구할 수 있을 뿐만 아니라, 연성철은 주조후 냉각시 규격의 안정도가 탁월하고, 저카본 스틸은 용접성이 우수하기 때문이다.

전해 유니트(10) 또는 (11)이 양극성 전해 유니트로 사용되는 경우에, 보스(18) 및 (18A)는 평면 지지부는 (17)에 수직인 방향으로 그것의 덩어리 또는 그것의 덩어리의 일부를 통해서 전기 에너지를 전송하기에 충분한 전동성을 가져야 한다. 전기 전도는 보스(18) 및 (18A)가 오프셋되는 경우를 제외하는 지지부(17)의 덩어리를 통해서가 아니라 보스(18) 및 (18A)를 통해 발생하며, 그때 평면 지지부(17)는 그것의 덩어리 또는 그 덩어리의 일부를 통해 전기 에너지를 전송할만큼 충분한 도전성을 가져야 한다.

전해 유니트(10) 또는 (11)가 단극성 전해유니트로서 사용되는 경우에, ECTE는 그것의 전체 덩어리를 통해서 충분히 도전성을 가져야 한다. 이것은 전원으로 부터의 전기 접점이 평면 지지부(17) 자체의 한점이나 플랜지부(16)에 접속될 수 있게 하고 평면 지지부(17)와의 전기 접촉으로 전극 소자의 여러 지점으로 전기 에너지를 분배한다.

ECTE가 양극성 유니트로 사용되든가 단극성 유니트로서 사용되든가에 관계없이, 금속의 저항도와 명백히 관련되지 않고서도 손쉽게 이용될 수 있고 일반적으로 값이 싼 금속으로 ECTE를 구성하는 것이 가능하다. 이것은 전기 저항을 최소화하기에 충분히 큰 단면적을 가진 ECTE의 대단히 큰 단면적 때문에 가능하다. ECTE가 큰 단면적을 갖는다는 사실은 종래의 구성에서 사용될 수 있는 것 보다 더 높은 저항도를 갖는 재질의 사용을 가능케한다. 따라서, 철, 강철, 연성철 및 주철과 같은 제 1철 금속은 본 발명의 사용과 완전히 적합하다. 구체적으로 말하자면 구리보다 높은 저항도를 가진 금속은 ECTE를 형성하는데 경제적으로 사용될 수 있다. 보다 경제적으로 약 10μΩ-㎝보다 큰 저항도를 가진 금속이 사용될 수 있다. 가장 경제적으로는, 약 10μΩ-㎝이상의 저항도를 가진 금속이 사용될 수 있다.

본 발명에 의해 유니트(10) 또는 (11)가 단극성 유니트로 사용될 경우, ECTE(14)의 평면 지지부(17)는 그것의 반대축을 연결하는 하나 또는 그 이상의 정렬된 통로를 가질 수도 있다. 그 통로는 전해액 또는 가스가 평면 지지부(17)의 일측으로부터 다른 축으로 통과할 수 있게 한다. 이러한 통로는 평면 지지부의 전체 체적의 약 60% 이하를 점유하여야 한다. 그 개구는 더 적은 금속이 평면 지지부(17)를 형성하는데 사용될 수 있게 하므로, 셀을 보다 경제적으로 제조할 수 있다. 아울러, 개구는 셀의 일정 부분으로 전류가 향하도록 이격될 수 있다.

복수의 보스(18) 및 (18A)는 지지부(17)의 반대축에 부착된다. 이 보스들은 지지부(17)로부터 궁극적으로 전해액 구획으로 바깥방향으로 소정의 거리만큼 돌출한다. 보스(18) 및 (18A)는 전극 소자(36), (26A),(46) 또는 (46A)에 전기적으로 직접 접속되거나 축방 라이너(26),(26A)를 통해 전극 소자에 간접적으로 접속될 수 있다. 보스(18),(18A)의 단부는 각각 동일한 기하학적 평면에 있으며 실질적으로 고체인 것이 바람직하다. 그러나. 그들은 주조의 결과 내부 공간을 포함할 수 있다.

보스(18), (18A)는 지지부(17)를 가로 질러 서로 대면하는 관계로 놓일 수도 있다. 이와는 달리, 그 보스 들은 지지부(17)를 가로질러 서로 오프셋 될 수 있다. 그들은 서로로부터 여러 가지 다른 단면적인 구성으로 위치될 수도 있다.

보스(18), (18A)는 지지부(17)에 사용된 금속과 동일한 금속으로 만들어질 수 있다. 이와는 달리, 그 보스들은 평면 지지부(17)를 구성하는데 사용된 것과 같은 다른 금속으로 만들어질 수도 있다. 보스는 철, 주철, 연성, 철, 강철, 스테인레스스틸과 같은 제 1 철 금속, 또는 니켈, 알루미늄, 구리, 마그네슘, 납 및 각각의 합금 및 그들의 합금으로 만들어지는 것이 좋다. 가장 바람직하기로는, 보스는 안정성, 저가격성 및 이용의 용이성 때문에 연성철 또는 저카본 스틸로 구성된다.

보스(18),(18A)는 전해 셀에 사용하길 원하는 어떤 전극 소자(36),(36A),(46) 또는 (46A)를 견고하게 지지할 수 있도록 서로 이격되는 것이 좋다. 지지부(17)의 각 측상에서 보스간의 거리는 일반적으로 사용된 특정 전극 소자의 전기 저항도에 관계된다. 더 얇거나 고저항의 전극 소자의 경우에는 보스의 간격을 더 작아지게 되어, 전기 접촉을 위한 보다 고밀도의 다수의 지점을 제공한다. 더 두껍거나 저저항의 전극 소자의 경우에는, 보스의 간격이 더 크게 된다. 보스간의 간격은 더 작거나 더 큰 간격이 전체 설계를 고려하여 사용될 수 있지만 보통 5 내지 30 이내이다.

보스는 지지부(17)에 편리하게 용접되거나 접합될 수 있고, 혹은 참조 번조(93)으로 도시한 바와 같이 지지부에 나사로 고정될 수도 있다. 어느 방법이든, 지지부(17)과 보스간의 전기 접촉이 최대화되게끔 부착을 행하는 것이 바람직하다. 비라인형 전해 유니트(10)의 경우나 오로지 하나의 라이너가 사용되는 경우에는, 보스는 지지부(17)에 나사로 고정되거나 접합될 수도 있지만 용접되는 것이 바람직하다. 라인형 전해 유니트(11)의 경우에는, 보스가 용접되는 것 보다는 태크 용접(tack weld) 되는 것이 바람직하다.

보스는 유니트의 조립 전, 조립시 또는 조립 후 가공된 편평한 표면(28), (28A)을 갖는다. 이 표면은 중간 쿠폰(30,30A,31 또는 31A)에 의해서 라이너 또는 전극 소자에 부착되도록 되어 있다.

프레임형 플랜지부(16)는 지지부(17)의 주변 연부를 둘러싸고 있다. 그것은 보스를 포함한 지지부(17)의 두께보다 크거나 최소한 그것과 동일한 두께를 가진 윈도우 프레임형 구조이다. 플랜지부(16)는 보스(18),(18A)의 단자의 경우보다 지지부(17)의 평면으로부터 더 멀리 연장되는 것이 좋다. 이것은 본 발명의 전해 유니트(10),(11)이 실시가능한 조합으로 서로 인접하여 적층되는 경우 존재하게될 전극 소자(36),(36A),(46) 또는 (46A)에 공간을 제공한다. 플랜지부의 두께는 지지부의 두께보다 적어도 약 2 내지 6 배 큰 것이 좋다. 보다 바람직하기로는, 플랜지부는 평면 지지부(17)가 약 20 내지 25mm의 두께일 경우 약 60 내지 70mm 의 두께이다.

플랜지부(16)는 상기 언급된 요구를 충족하는 다양한 재질로 만들어질 수 있다. 이러한 재질은 금속일수도 있고 지지부(17)를 형성하는데 사용된 금속과 동일한 또는 다른 금속일 수도 있다. 금속이 다른 경우에는, 이들 금속은 상호 용접될 수 있는게 좋다. 그렇지 않을 경우, 두 금속을 용접 가능하게 하는 중간금속이 두 금속 사이에 있어야 한다. 적절한 금속으로서는 철, 회철, 전성철, 연성철, 강철, 스테인레스스틸과 같은 제 1철 금속이나 또는 니켈, 알루미늄, 구리, 몰리브덴, 마그네슘, 납 및 각각의 합금 및 전체의 합금 등이 있다. 주변 플랜지부(16)는 연성철로 구성되는 것이 가장 좋다. 이는 연성철이 안정도, 가격 및 구입용이 등의 관점에서 우수하기 때문이다.

평면 지지부가 제 1철 금속으로 만들어지는 경우, 플랜지부가 평면지지부에 적합하게 이용될 수 있는 구리 또는 다른 금속들 중 어느 하나로 만들어질 수 있다.

플랜지부는 합성 수지 재료로도 만들어질 수도 있다. 이하에 나열한 특정 합성수지 재료를 국한하려는 것은 아니지만, 적합한 재료의 예로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 염소화 폴리염화비닐, 아크릴로니트릴, 폴리스티렌, 폴리설폰, 스티렌 아크릴로니트릴, 부타디엔 및 스티렌 공중합체 ; 에폭시 ; 비닐 에스테르, 폴리에스테르 ; 폴리오르플라스틱 및 그의 공중합체를 들 수 있다. 폴리프로필렌과 같은 수지 재료는 상승된 온도에서 적합한 구조적 일체성을 갖는 형태를 생성하고, 손쉽게 이용될 수 있으며, 다른 적합한 수지 재료에 비해 비교적 값이 싸기 때문에 플랜지부로 사용되는 것이 좋다.

플랜지부(16)는 단일하고 일정한 화상 프레임형 구조로 이루어져 있거나, 완전한 프레임형 구조를 형성하도록 하나 이상의 구조적 부품과 결합된 복수개의 부품으로 이루어져 있다. 플랜지부 지지부(17)에 부착된 후 보스(18),(18A)의 편평한 단부(28),(28A)와 거의 동일한 평면에 놓인 밀폐형 표면(16A),(16C)를 제공한다. 플랜지부가 별도의 조각으로 구성되는 경우에는, 보스가 지지부에 부착되기 전이나 후에 그들이 지지부에 부착될 수 있다. 지지부(17) 및 보스는 필요한 경우 플랜지부가 지지부에 부착되기 전이나 후에 편평하게 된다.(가공된다).

전해 유니트가 양극성 유니트로 사용될 경우, 플랜지부(16)는 전기 에너지를 전도시키는 것이 필요치 않으므로 도전성 재료로 만들어질 필요는 없다. 그러나, 전해 유니트가 단극성 유니트로 사용될 경우에는, 주변 플랜지부가 전기적으로 도전성이어야 한다. 플랜지부는 동작중인 일련의 유니트에 존재하는 전기 에너지를 전해 유니트(10),(11)로 또는 그로부터 전송하는 편리한 수단을 제공한다 플랜지부는 또한 비도전성 재료로 만들어질 수 있으며 전해 유니트/로부터 전기 에너지를 전도하도록 플랜지부를 통과하는 도체에 통로를 제공하기 위하여 그것을 통과하는 통로가 제공된다.

플랜지부(16)는 지지부(17)를 가진 1조각의 단일체로서 형성되지 않는 경우 지지부에 확고하게 부착되는 것이 좋다. 이 확고한 부착은 전해 유니트의 차원적 안정성을 보장하고 인접한 유니트의 전극 소자들간에 소정의 갭을 유지시킨다. 플랜지부는 용접에 의해 지지부에 부착되는 것이 좋다.

전해 유니트가 양극성 유니트로서 사용되고 그 유니트가 라인형이 아닌 경우, 지지부의 일측으로부터 다른 측으로 유체가 흐르는 것을 방지하도록 플랜지부를 지지부에 밀폐가능하게 용접하는 것이 특히 중요하다.

복수의 전해 유니트(10),(11)가 실시가능한 조합으로 조립될 경우, 이온 교환 활성막(27),(27A) 인접 전해 유니트(10),(11) 사이에 놓인다. 막은 단극성 또는 양극성 유니트들 사이에서 사용된다. 어느 경우에든, 그 막은 하나의 전극 구획을 인접 구획으로부터 분리시킨다.

본 발명에 사용하기 적합한 막(27),(27A)은 여러가지 이온 교환 활성 부위를 포함한다. 예를들어, 설폰산 또는 카르복실산 이온 교환 활성 부위를 포함할 수 있다. 이와는 달리, 그 막은 양층의 막이어도 좋고, 어느 한 층에 어느 한 형태의 이온 교환 활성 부위를 가지고 다른 층에 다른 형태의 이온 교환 활성부위를 가질 수도 있다. 그 막은 전기 분해시의 변형을 손상시키도록 보강되거나 막을 통한 전기 전도도를 최대화 하도록 보강될 수도 있다. 본 발명의 전해셀과 사용하기에 적합한 이온 교환 활성막은 당 기술분야에서 널리 알려져 있다.

본 발명과 관련하여 사용될 다른 소자는 제로 갭 구성 또는 고체 중합체의 전해막을 위한 조립체도 포함된다. 또한, 본 발명의 유니트는 종종 무극화 전극이라 불리는 가스 소모 전극과 관련하여 사용하는 가스실에 적용될 수 있다. 그 가스실은 액체 전해질 구획에 부가하여 필요하다. 본 발명에 사용될 수 있는 여러가지 셀 소자는 예를들어 미합중국 특허 제4,457,823호, 제4,457,815호, 제4,444,623호, 제4,340,452호, 제4,444,641호, 제4,444,639호, 제4,467,822호 및 제4,448,662호에 기재되어 있다.

라이너(26) 또는 (26A)는 비틀림을 최소화하도록 그들내의 최소의 응력으로써 형성되는 것이 바람직하다. 라이너에서 이러한 응력을 피하는 것은 482℃ 내지 704℃의 상승된 온도에서 프레스 내에서 라이너를 고온 형성함으로써 이루어질 수 있다. 라이너 금속 및 금속 프레스는 라이너를 소정의 형태로 프레스하기 전에 이 상승된 온도로 가열된다. 라이너는 가열된 프레스내에 유지되어 그것이 실내온도로 냉각됨에 따라 그것내에 응력이 형성되는 것을 방지하도록 프로그램된 사이클하에서 냉각된다.

염하 알칼리 음극 구획에 사용하기 적합한 라이너 (26) 또는 (26A)는 제 1철 금속, 니켈, 스테인레스스틸, 크롬, 모넬 및 그의 합금으로 선택하는 것이 좋다. 염화 알칼리 양극 구획에 사용하기 적합한 라이너는 티탄, 바나듐, 콜롬븀, 하프늄, 지르코늄 및 그의 합금으로 선택하는 것이 좋다.

라이너와 보그간의 최대한 물리적, 전기적 접촉을 보장하기 위해서는, 라이너가 보스(18),(18A)의 편평한 단부(28),(28A)에 용접되는 것이 바람직하다. 이와는 달리, 라이너는 보스의 편평한 단부 뿐만 아니라 양자가 서로 접촉하는 여러 다른 장소에서 용접될 수도 있다. 캐퍼시터 방전 용접은 라이너를 보스에 용접하는데 사용될 적합한 용접 방법이다.

막(27) 또는 (27A)와 플랜지부(16)상에 설치된 밀폐형 표면(16A) 또는 (16C)사이의 유체의 밀폐 목적상, 라이너(26) 또는 (26A)는 그것의 주변 주위로 연장되는 오프셋 립(off-set lip)(42) 또는 (42A)를 가진 팬의 형태로 형성되는 것이 좋다. 립(42),(42A)는 밀폐형 표면(16A) 또는 (16C)에 대하여 꼭 맞는다. 막(27) 또는 (27A)의 주변 부분은 라이너 립(42)에 대하여 꼭 맞고 주변 가스켓(44)은 막(27) 또는 (27A)의 주변부분의 다른 측에 대하여 꼭 맞는다. 일련의 전해 유니트에 있어서, 가스켓(44)는 라이너(26A)의 립(42A)에 대하여 꼭 맞고 라이너가 없을 경우 밀폐면(16C)에 꼭 갖는다.

라이너(26),(26A)가 티탄으로 만들어지고 ECTE가 제 1철 금속으로 만들어지는 경우, 저항 용접 또는 캐퍼시터 방전 용접에 의해 접속될 수 있다. 저항 또는 캐퍼시터 방전 용접은 라이너를 바나듐 웨이퍼(30) 또는 (30A)의 금속 중간물질을 통해 보스(18),(18A)의 편평한 단부(28),(28A)에 간접적으로 용접함으로써 이루어진다. 바나듐은 티탄 및 제 1철 금속과 용접가능하게 병용될 수 있는 금속이다. 용접 가능하게 병용 된다는 것은 하나의 용접 가능한 금속이 함께 두 금속을 용접할 때 다른 용접 가능한 금속을 가진 연성 고체 용액을 형성한다는 것을 의미한다. 티탄과 제 1철 금속은 정상적으로는 바나듐과 병용될 수 있다. 따라서, 바나듐 웨이퍼(30),(30A)는 라이너와 ECTE(14)간의 전기 접점 뿐만 아니라 라이너(26),(26A)을 지지하여 ECTE에 대한 기계적 수단을 형성하도록 그들을 함께 용접하기 위하여 제 1철 금속 보스와 티탄 라이너(26),(26A)사이의 중간 금속으로 사용된다.

제2금속 중간물 또는 웨이퍼(31),(31A)이 사용되어 웨이퍼(30),(30A)와 라이너(26),(26A)사이에 놓인다. 제2웨이퍼는 하나의 웨이퍼만 사용될 경우 염소 및 부식물을 생성하는 셀의 동작시 라이너를 접촉시키는 부식성 재료가 티탄-바나듐 용접부로 침투하여 그 용접부를 부식시키는 것으로 보인다는 것을 발견하였기 때문에 바람직한 것이다. 또한, 부식성 재료는 ECTE의 본체로 침투하여 그것을 부식시킨다. 더 두꺼운 라이너를 사용하는 것보다는 부식성 재료가 ECTE로 침투할 가능성을 최소화시킬만한 충분한 두께의 제2웨이퍼(31),(31A)를 인서트하는 것이 훨씬 더 경제적이다.

복수의 전해 유니트(10) 및 (11)가 실시 가능한 조합으로 적층될 때 형성된 전해 셀에 반응물을 넣기 위해서는, 복수의 노즐(도시생략)이 각 전해 유니트에 존재하는 것이 바람직하다. 여러 가지 설계 및 구성이 사용될 수 있지만, 적합한 설계는 다음과 같다. 예를들어, 정밀 주조에 의해 복수의 금속노즐이 형성된다. 이어서, 주조한 노즐은 소정의 크기로 가공된다. 다수의 슬로트가 노즐을 수용하도록 복수의 소정의 위치에서 각 플랜지부(16)로 가공된다. 그 슬로트는 슬로트에 삽입될 때 노즐의 두께에 해당하고, 전해셀의 소자들이 궁극적으로 조립될 때 밀폐부를 보장할만한 크기이다. 라이너(26),(26A)가 사용되는 경우, 그것은 노즐 주위에 맞도록 절단된다. 노즐은 예컨대 용접에 의해 라이너(26) 또는 (26A)에 부착되는 것이 좋다. 라이너 노즐 조합은 전해 유니트(10) 또는 (11)상에 놓인 다음 라이너의 캡(32),(32A)은 보스(18),(18A)에 용접된다.

복수의 전해 유니트(10) 또는 (11)가 서로 인접하여 조립될 때, 가스켓(44)은 그 유니트 사이에 위치시키는 것이 좋다. 가스켓은 세가지 주요기능, 즉 밀폐, 전기절연, 전극 갭의 설정 기능을 가지고 있다. 가스캣(44)의 재료로는 여러가지가 사용될 수 있으며, 예를들면, 고무가스켓도 사용될 수 있다. 하나의 가스켓(44)만이 도시되어 있지만, 본 발명은 막(27) 또는 (27A)의 양측상에 가스켓을 사용하고 있다.

ECTE 또는 라이너가 사용되는 경우 라이너(26) 또는 (26A)에 인접하여 라이너 또는 ECTE(14)에 대하여 부착되거나 프레스될 수 있는 전극 소자(36),(36A),(46) 또는 (46A)가 놓인다. 전극 소자는 지지부(17)와 동일 넓이를 가지고 플랜지부(16)너머로 연장하지 않는다. 그렇지 않다면 전해 유니트가 실시가능한 조합으로 놓일 때 그것을 밀폐시키는 것은 어려울 것이다.

전극 소자는 시이트형의 신장된 금속 투공판, 천공판 또는 꼬인 금속선으로 만들어지고 실질적으로 편평한 소공(foraminous)구조가 바람직하다. 이와는 달리, 전극 소자는 전극을 접촉시키는 접전이거나 전극일 수도 있다. 전극은 그것의 표면상에 촉매적으로 활성인 코팅을 가질 수도 있다.

그 전극 소자는 보스, 또는 라이너가 사용되는 경우 라이너에 용접된다. 전극 소자를 용접하면 그 전기적인 접촉이 양호해진다.

본 발명과 관련하여 사용될 다른 전극소자는 집전기, 스페이서, 매트리스 및 기타 당업자에게 공지된 소자를 포함한다. 제로 갭 구성 또는 고체 중합체의 전해막을 위한 특수 소자 또는 조립체가 사용될 수도 있다. 또한, 본 발명의 전해 유니트는 종종 무극화 전극이라 불리는 가스 소모 전극과 관련하여 사용하는 가스실에 적용될 수 있다. 그 가스실은 액체 전해질 구획에 부가하여 필요하다. 본 발명에 사용될 수 있는 여러가지 전극 소자는 당업자에게 잘 알려져 있으며, 예를들어 미합중국 특허 제4,457,823호, 제4,457,815호, 제4,444,623호, 제4,340,452호, 제4,444,641호, 제4,444,639호, 제4,457,822호, 및 제4,448,662호에 기재되어 있다.

전극(36),(36A),(46) 또는 (46A)은 ECTE를 향해 안쪽으로 둥글게 말려 있고 이온 교환 활성막(27),(27A)으로부터 멀리 떨어져 있는 연부를 가지는 것이 바람직하다. 이것은 때때로 이 전극 소자의 둘쭉날쭉하게된 연부가 이온 교환활성막과 접촉되어 그것을 찢게되는 것을 방지하기 위한 것이다.

전해 유니트(10) 및 (11)는 여러 가지 소자를 사용하여 여러 가지 방법으로 제조될 수 있다. 본 발명의 전해 유니트를 만드는데 사용된 각 기본소자, 즉 평면 지지부(17), 프레임형 플랜지부(16) 및 보스(18),(18A)는복수개의 조각으로 이루어진다. 예를들어, 지지부(17)는 함께 연합된 복수개의 조각으로 구성된다.

그와 유사하게, 보스(18) 및 (18A)는 지지부(17)를 통과하는 한조각의 유니트이거나 지지부(17)를 통과하지 않고 그것의 한 표면이나 반대면에만 부착되는 부분적 유니트일 수도 있다.

그 기본소자는 먼저 보스를 지지부(17)에 부착한 다음 플랜지부(16)를 지지부(17)의 주변에 부착시킴으로써, 조립된다. 다른 순서로서는 플랜지부(16)가 지지부(17)에 먼저 부착되고 그 다음에 보스가 부착된다.

전해 유니트(10),(11)가 가능한한 평면형이라는 것을 보장하기 위해서는 조립되거나 부분적으로 조립된 전해 유니트의 표면을 편평하게 하거나 평면화시키는 것을 임의로 할 수 있다. 전해 유니트는 전해 유니트의 여러 조립단계의 어느 하나 또는 그 이상에서 편평하게 될 수 있다. 예를들어, 그것은 다음과 같은 과정을 거친 후 편평하게 된다.

모든 보스가 지지부(17)의 한 측에 부착된 후, 보스의 일부만이 지지부(17)에 부착된 후, 모든 보스 및 그 일부가 지지부(17)에 부착된 후이지만 플랜지부가 부착되기전, 모든 보스 및 플랜지부(16)가 부착된 후.

본 발명의 전해 유니트는 마모성 벨트 그라인딩 및 기계적 밀링과 같은 당업자에게 잘 알려진 여러 가지 기술을 사용하여 편평하게 될 수 있다. 전해 유니트는 두 개의 유니트가 실시가능한 조합으로 서로 정합될 때 누설부의 수가 최소화하게끔 충분히 편평하게 된다. 염화 알칼리 전지에 사용하기 위해서, 전해 유니트(10) 또는 (11)는 그것의 전체 덩어리를 통해서 약 0.4mm이하의 편평도 편차를 갖는 것이 가장 바람직하다.

보스(18),(18A)를 ECTE(14)의 지지부(17)에 부착시키는 것은 여러 가지 기술을 사용하여 행하여질수 있다. 예를들어, 지지부(17)는 고체 유니트로서 주조된 다음 그 두께를 통해서 그 두께의 일부를 통해서 구멍이 뚫리게 된다. 그 보스는 나사식으로 체결된 다음 양측으로부터 지지부(17)의 구멍에 고정된다. 이와는 달리, 보스는 그것의 길이의 반을 통해 나시식으로 체결된 다음 지지부(17)를 통해 절반 정도 나사식 체결된다. 보스의 단부는 지지부(17)에 부착되기 전에 편평하게 가공된다.

보스를 부착하는 다른 방법은 용접에 의하는 것이다. 보스 및 지지부(17)는 용접가능하게 병용될 수 있는 금속으로 만들어지는 것이 좋다. 두 금속이 용접가능하게 병용되지 않는 경우에는, 양 금속과 용접가능하게 병용될 수 있는 중간 금속이 두 금속 사이에 삽입될 수도 있다. 보스는 용접부의 열에 의한 지지부(17)의 비틀림이 최소화되도록 천천히 용접되는 것이 좋다.

필요하다면, 라이너(26) 또는 (26A)는 부식성 환경과 접촉될 전해 유니트의 영역 위에만 위치될 수 있다. 이와는 달리 ECTE의 플랜지부(16)도 역시 비록 이 플랜지부가 부식성 환경에 노출될 수 없다하더라도 임의로 배열될 수 있다. 라이너는 ECTE의 한축상에만 또는 ECTE의 양측상에 위치될 수 있다. 라이너는 한 조각이거나 함께 접합된 복수의 조각(제4도에 도시된 바와 같은)일 수 있다. 그러나, 그것은 실질적으로 완전한 불투수성막이 되기에 충분한 두께이어야 한다. 라이너(26) 또는 (26A)는 ECTE의 지지부(17)와 동일 넓이거나 주변 플랜지부(16)를 포함한 ECTE(14)의 전체길이 및 폭과 동일 넓이이다.

복수의 전해 유니트가 서로 인접하여 조립될 때, 가스켓(44)은 그 유니트 사이에 위치시키는 것이 좋다. 가스켓 세가지 주요기능, 즉 1) 밀폐, 2) 전기 절연, 3) 전극 갭의 실정 및 유지 기능을 가진다. 여러가지 적당한 가스켓(44)의 재료로는 예를들어, 에틸렌 프로필렌에딘에터르 폴리머, 염소화 폴리에틸렌, 폴리테트라플르오르에틸렌, 퍼플루오르알콕시 수지 등이 있다.

전극(36), (36A), (46) 또는 (46A)는 지지부(17)와 동일 넓이로서 주변 플랜지부(16)너머로 연장되지 않는다. 그외에, 실시가능한 조합으로 위치될 때 인접 전해 유니트를 밀폐시키는 것이 어려울 것이다.

본 발명의 ECTE를 제조하기 위한 특히 적합한 방법은 보스를 수용하도록 앞서와 같이 구멍이 뚫리고 그 지지부가 탭으로된 ECTE를 지지하도록 편평한 작업물을 사용하는 것이다. 복수의 보스는 동일한 길이로 절단되고 각 보스에는 그것의 중간부분에 나사식 체결부가 마련된다. 비나사식 체결 단부는 다른 직경을 갖는다. 한 단부의 직경은 다른 단부의 직경보다 작으며, 지지부에 뚫린 구멍의 직경보다 작다. 보스의 더 작은 단부는 보스의 나사식 체결 단부가 구멍이 나사식 체결부와 접촉할 때까지 구멍을 통과하게 된다. 그 보스들은 편평한 작업물과 접촉할때까지 지지부내의 나사식 구멍에 체결된다. 이와 같은 방법으로, 모든 보스가 지지부로부터 동일한 길이만큼 연장되게 하는 것이 용이하게 된다.

122cm×244cm 크기의 양극성의 평판 필터 프레스형 이온 교환 막 셀은 다음과 같이 구성된다.

1.27cm의 두께를 가진 122cm×244cm의 강철판에 각 구멍이 25mm의 직경을 가진 사각형 패턴으로 그것 내에 116개의 구멍을 가지도록 구멍을 뚫었다. 그 강철판은 ECTE의 지지부로서 사용되었고 그것의 주변 연부에서 19mm두께와 70mm폭을 가진 저탄소의 강철 화상 프레임형 플랜지부를 용접하였다.

복수개의 25mm 크기의 나사식 강철봉을 116개의 각 구멍에 견고하게 고정되었다. 양극측이 될 측상에는, 바나듐 웨이퍼를 각 봉의 단부위에 놓은 다음 티탄 캡을 봉과 바나듐 웨이퍼 위에 놓았다. 그 캡을 바나듐 웨이퍼를 통해서 116개의 각 봉에 용접하였다. 음극측이 될 측상에서는 니켈 캡을 116개의 각 봉위에 놓아 그것에 용접하였다. 니켈은 강철에 비교적 쉽게 용접될 수 있기 때문에, 음극측 상에서는 아무런 중간웨이퍼도 필요치 않았다. 바나듐 웨이퍼는 약 0.13mm의 두께였고 캡은 약 0.9mm의 두께였다.

부식방지를 위해서, 양극 구획은 4개의 모든 주변측상의 U자형 티탄 측 커버에 용접된 편평한 티탄 시이트로 만들어진 0.9mm 두께의 티탄 라이너로서 정렬되었다. 그 티탄 라이너는 접속 봉위에 맞추기 위하여 지지부상의 구멍에 중심을 둔 116개의 구멍을 가졌다. 그 티탄 라이너는 접속기 상의 티탄 캡에 용접되었다.

음극 구획은 주변 측상의 U자형 니켈 측 커버에 용접된 편평한 니켈 시이트로 만들어진 1.5mm 두께의 니켈 라이너로써 정렬되었다. 니켈 라이너는 또한 접속기 봉위에 맞추기 위하여 지지부상에 구멍에 중심을 둔 116개의 구멍을 가졌다. 니켈 라이너는 각 니켈 갭 주위에서 용접되었다.

양극은 1.6mm두께로 40%가 열려있고 0.65mm(SWP)×1.3mm(LWD)의 다이아몬드 패턴을 가진 신장된 티탄 메쉬(mesh)였다. 양극은 양극측 상의 접속기 최상부에 있는 티탄 캡에 저항 용접되었다.

음극은 티탄 메쉬와 동일한 규격 명세의 니켈 메쉬로 만들어졌다. 음극은 음극측상의 접속기 최상부에 있는 니켈 캡에 저항 용접되었다.

13mm 직경의 티탄 파이프가 염수 입구에 대한 양극 구획의 바닥 좌측에 있는 구멍을 통해 티탄 라이너에 용접되었다. 또 다른 19mm 직경의 파이프가 염수 및 염소 가스 출구에 대한 양극 구획의 상부 우측에 있는 구멍을 통해서 티탄 라이너에 용접되었다. 이와 마찬가지로, 니켈 파이프는 음극액 입구 및 출구에 대한 음극 구획에 용접되었다.

그 셀은 양극 메쉬가 티탄측 가스켓 플랜지 아래에서 약 0.4mm 우묵 들어가고 음극 메쉬가 니켈측 가스켓 플랜지 아래에서 약 0.9mm 우묵 들어가도록 구성되었다. 막과 음극 가스켓 플랜지간의 압축된 두께가 약 1.3mm인 신장된 플리테트라폴루오르에틸렌 가스켓이 있는 경우와 막과 양극 가스켓 플랜지 사이에 아무런 가스켓이 없는 경우, 공정 내부 전극 갭은 약 2.5mm였다.

보스의 단부 평면들 사이의 거리는 본 양극성 셀의 경우 65.4mm로서 지지부의 두께로 불릴수도 있는 것이었다. 니켈 전극 소자의 외측으로부터 티탄양극 구역의 외측까지의 전체 셀 두께는 7.11mm였다. 따라서, 셀 소자 두께는 전체 유니트 두께의 92%였다.

Claims (12)

1. 평면 지지부와 주변 플랜지부 및 지지부의 각 측으로부터 외부 돌출하는 복수의 보스를 구비하고 있는 평면 전류 전송 소자를 내장하고 있으며 상기 플랜지부는 적어도 한 구역으로 구성되며 지지부의 모든 외부 주변 연부를 밀봉 수납하는 내면을 가지고 있는 전해 유니트의 제조방법에 있어서, 지지부의 한측에 복수의 보스를 부착한 후, 지지부의 주변 연부에 플랜지부의 한 구역을 부착하고 난 다음 지지부의 한 측상에서 보스의 일부에 복수의 라이너 구역을 부착하는 단계를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 지지부에 플랜지부의 적어도 한 구역을 용접으로 부착하는 단계를 포함하고 있는 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 유니트의 편평화 이전에 모든 보스를 부착하는 단계를 포함하고 있는 방법.
4. 제 1 또는 2 항에 있어서, 적어도 일부 조립된 유니트를 편평화 하는 단계를 포함하는 방법.
5. 제 1 또는 2 항에 있어서, 제 1철 금속, 니켈, 알루미늄, 구리, 마그네슘, 납 및 각각 또는 이들 전체의 합금으로된 금속으로 지지부와, 플랜지부의 한 구역 보스를 구성하는 단계를 포함하고 있는 방법.
6. 제 1 또는 2 항에 있어서, 제 1철 금속, 니켈, 알루미늄, 구리, 마그네슘, 납 및 각각 또는 이들 전체의 합금으로된 금속으로부터 선택된 주조성 금속으로 지지부 및 보스를 구성하고, 플랜지부의 한 구역은 합성수지 재료로 만들어 이를 상기 지지부의 주변 연부에 부착하는 단계를 포함하고 있는 방법.
7. 제 1 또는 2 항에 있어서, 플랜지부의 두께를 지지부의 두께의 대략 2배로 구성하는 단계를 포함하고 있는 방법.
8. 제 1 또는 2항에 있어서, 라이너로 지지부의 측면을 포함한 보스의 양쪽을 에워싸도록 하는 단계를 포함하고 있는 방법.
9. 제 1 또는 2 항에 있어서, 제 1철 금속, 니켈, 크롬, 티탄, 바나듐, 탄탈, 컬럼븀, 하프늄, 지르코늄 및 그 합금으로 라이너를 선택하는 단계를 포함하고 있는 방법.
10. 제 1 또는 2항에 있어서, 라이너에 전극 소자를 부착하고, 전극 소자와 같은 넓이의 지지부의 부분에 전기 접속 수단을 부착하는 단계를 포함하고 있는 방법.
11. 제 1 또는 2 항에 있어서, 플랜지부에 전기 접속 수단을 부착하는 단계를 포함하고 있는 방법.
12. 제 1 또는 2 항에 의한 방법으로 제조된 물품.

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