NL7907524A - Elektrodenstelsel voor elektrochemische cellen en inrichting voorzien van een dergelijk elektroden- stelsel. - Google Patents

Description

VO T6T1 N * - 1 - t i &

Elektrodenstelsel voor elektrochemische cellen en inrichting voorzien van een dergelijk elektrodenstelsel.

De uitvinding heeft "betrekking op een elektrodenstelsel voor elektrochemische cellen met tenminste een elektrodenrol, die gevormd is door vervormbare afwisselend opgestelde elektroden en separatoren rond een as op te rollen, waarbij ten minste een van de sepa-5 ratoren permeabel is voor ionen en de elektroden en de separatoren en elektrolytstroom door de elektrodenrol doorlaten, en op een inrichting waarin een dergelijk elektrodenstelsel wordt toegepast.

Een dergelijk elektrodenstelsel is bekend uit het Britse oc-trooischrift 1.302.787* In het bijzonder beschrijft dit octrooi-10 schrift een spiraalvormig gewikkelde elektrodenrol, die is opgebouwd uit een sandwichstapeling van drie elektrodelagen en drie isolerende tussenlagen. Dit bekende stelsel dient voor ionoforese van een elek-trolytoplossing voor het winnen van een geconcentreerde elektrolyt.

De uitvinding beoogt het bekende stelsel te verbeteren en een 15 elektrodenstelsel te verschaffen, waarin een snelle en gelijkmatige verdeling van de elektrolyt in iedere elektrodenrol van het stelsel is verzekerd, terwijl het bij een m-t m*wia.a.1 gebruik aan materiaal een eenvoud van constructie vertoont die massavervaardiging van de elektrodenstelsels en de daarmee werkende elektrochemische cellen moge-20 lijk maakt.

Het gestelde doel wordt bereikt met een elektrodenstelsel waarbij, de elektroden en separatoren zijn gewikkeld rond een holle as waarvan de structuur zodanig is dat radiale stroming van de elektrolyt van het inwendige van de holle as naar de elektrodenrol moge-25 lijk is.

Een geschikte uitvoeringsvorm van het elektrodenstelsel volgens de uitvinding omvat tenminste een paar elektrodenrollen, waarbij ieder paar is voorzien van een spleet tussen de elektrodenrollen, en de plaats van de elektrodenrollen op de holle as zodanig is, dat de 30 door openingen van de holle as vloeiende elektrolyt in de spleet van ieder paar elektrodenrollen kan stromen. Bij voorkeur is daarbij een 790 7 5 24 . ¢- s - 2 - tegen. léStea dichte hand. om elk paar elektrodenrollen voorzien teneinde de spleet tussen de elektrodenrollen af te sluiten.

Bij een andere uitvoeringsvorm ran het elektrodenstelsel volgens de uitvinding zijn de elektroden in iedere elektrodenrol van per-- 5 foraties voorzien, om een. elektrolyt stroom door openingen in de holle as naar en in dTe elektrodenrol in een richting loodrecht op de as magelijk te maken.

Bij· nog een andere, uitvoeringsvorm van het elektrodenstelsel volgens de uitvinding bevat iedere elektrodenrol tenminste een twee-10- tal elektrodelagen voor bipolair bedrijf , die elk zijn samengesteld uit een aantal geperforeerde elektrodestroken die, op afstand van elkaar om de as zijn gewikkeld, waarbij elke strook van een van de elektrodelagen bij benadering twee. helften van naburige stroken van de andere elektrodelaag overlapt.

15 Bij alle- bovenbeschreven uitvoeringsvormn is een goede verde ling van elektrolyt in het elektrodenstelsel, verzekerd, waarbij de elektrolyt wordt aangevoerd via de centrale holle as en door op geschikte plaatsen aangebrachte openingen radiaal uit de holle as naar buiten en in de elektrodenrollen stroomt.

20 Het elektrodenstelsel volgens de uitvinding is bijzonder ge schikt voor toepassing in een inrichting voor oxydatie van diaceton-L-sorbose tot diaceton-L-ketogulonzuur.

De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van de tekening. Hierin toont: 25 Fig. 1 een schematische voorstelling in doorsnede van de op bouw van een elektrodenstelsel volgens de uitvinding.

Fig. 2 een aanzicht in perspectief van het elektrodenstelsel volgens de uitvinding voor gebruik in een elektro-chemische cel.

Fig. 3 een doorsnede door een uitvoeringsvorm van het elektro-30 denstelsel volgens fig. 1.

Fig. h een schematische voorstelling van enige materiaalstruc-turen (8, 9, 10, 11) die voor het vervaardigen van de elektroden of van de isolatiematerialen kunnen worden gebruikt.

Fig. 5 een schematisch bovenaanzicht van het elektrodenstelsel 35 volgens fig. 2, waarin elke elektrode een afzonderlijke elektrische 790 75 24 c 4 .-3- aansluiting heeft (de isolatiematerialen zijn in deze figuur niet -weergegeven).

Fig. 6 een schematisch hovenaanzicht van het elektrodenst els el in fig. 1, waarin elke elektrode een aantal elektrisch aansluitingen 5 heeft (de isolatiematerialen zijn niet weergegeven).

Pig. 7 een schematische voorstelling van een doorsnede door een elektrodenstelsel volgens de uitvinding met gesegmenteerde elektroden (voordat het elektrodenstelsel wordt opgerold) voor het z.g. bipolaire bedrijf.

10 Pig. 8 een schematische doorsnede door een eerste uitvoerings vorm. van een elektrochemische cel met elektrodenroliën volgens fig. 2.

Pig- 9 een voorstelling in perspectief van een uitvoeringsvorm van de as van de elektrochemische cel volgens de uitvinding overeenkomstig fig. 8.

15 Fig. 10 een schematische voorstelling van een uitvoeringsvorm van de elektrische aansluitingen van de elektrochemische cel volgens fig. 8.

Fig. 11 een schematisch bovenaanzicht en een schematische doorsnede van een elektrodenstelsel (voordat dit wordt opgerold) dat in 20 een tweede uitvoeringsvorm van een elektrochemische cel kan worden gebruikt.

Fig. 12 een voorstelling in perspectief van het elektrodenstelsel volgens fig. 11 nadat het is opgerold.

Fig. 13 een schematische doorsnede door het opgerolde elektro-' 25 denstelsel volgens fig. 12.

Fig. “\k een schematische doorsnede door een bipolair elektrodenstelsel, dat in een derde uitvoeringsvorm van een elektrochemische cel kan worden gebruikt.

Fig. 15 een schematische doorsnede die de structuur van het 30 elektrodenstelsel volgens fig. 1U laat zien.

Fig. 16a en 16b telkens een bovenaanzicht van de elektroden-strook van het elektrodenstelsel volgens fig. 1¼ en 15· De elektro-denstrook volgens fig. 16a wordt ook voor het vervaardigen van het elektrodenstelsel volgens fig. 11, 12, 13 gebruikt.

35 Zoals in fig. 1 schematisch is weergegeven, bevat een elektro- 790 75 24 ί 1 -k - denstelsel 5 volgens, de uitvinding ten minste twee "boven elkaar aangebrachte elektroden 1,2, die uit vervormbaar materiaal zijn vervaardigd, eerste isolatiematerialen 3, die een direkt elektrisch contact tussen de elektroden verhinderen en. tweede isolatiematerialen V, die 5 een direkt elektrisch, contact tussen éên. der buitenste elektroden 2 van het elektrodenstelsel 5 en de andere elektroden of andere elektrisch geleidende delen, van de elektro-chemische cel (bijvoorbeeld de houder, waarin het. elektrodenstelsel· is vervat) .verhinderen.

De materialen voor het vervaardigen van de elektroden alsmede 10 de eerste en tweede isolatiematerialen zijn zodanig gekozen, dat de boven elkaar aangebrachte- elektroden 1,2. en isolatiematerialen 3,^ een vervormbaar elektrodenstelsel. 5 vormen. De elektroden en isolatiematerialen bezitten bovendien vormen en materiaalstructuren, die samenwerken om de stroming van een elektrolyt door het aldus gevormde 15 elektrodenstelsel 5 mogelijk te maken.

Yoor het gebruiken van het èlektrodenstelsel in een elektrochemische cel is het doelmatig het elektrodenstelsel· zodanig te voimen, dat een maximaal elektrodenvlak per volume-eenheid van de cel wordt bereikt.. Fig. 2. toont een volgens deze overweging vervaardigd elek-20 trodenstelsel 6, dat door spiraalvormig opwikkelen van een elektrodenstelsel 5 volgens de uitvinding om een geometrisch as A-A' wordt gevormd.

Duidelijkheidshalve wordt het elektrodenstelsel volgens de uitvinding in de tekening als een losse rol weergegeven. Ofschoon in 25 vele gevallen een dergelijke uitvoeringsvorm doelmatig kan zijn, bijvoorbeeld in gevallen, waarbij een aanzienlijke hoeveelheid gas zich aan een of meer elektroden ontwikkelt, liggen de elektroden 1,2 en isolatiematerialen 3 Λ normaal dicht tegen elkaar om een as 30 (fig. 5,6) samengerold. Op deze wijze kan een zo groot mogelijk elektroden-30 vlak binnen een voorgegeven volume van de cel worden bereikt.

Het opgerolde elektrodenstelsel 6 kan in een cilindervormige houder 33 (in fig. 6 gedeeltelijk weergegeven ) zijn ondergebracht, die de vereiste ingangen respektievelijk uitgangen heeft.

Zoals in fig. 3 is weergegeven, moeten de isolatiematerialen 35 3,l+ die de elektroden 1,2 scheiden, twee taken vervullen. Hun eerste 790 7 5 24 i · - 5 - taai is elektroden van verschillende potentialen ten opzichte van elkaar te isoleren. Hun tweede taai is het vormen van holle ruimten 7» waardoor een elektrolyt kan stromen. Een extra functie van de isola^:. tiematerialen 3,k kan het scheiden van oplossingen zijn, die verschil-5 lende elektroden omgeven.

Als isolatiemateriaal kan elke chemisch inerte?. stof worden gebruikt, die een geschikte vorm en materiaalstructuur bezit. Zoals in fig. k is weergegeven, kunnen de isolatiematerialenweefsels 11, die bijvoorbeeld uit kunststof of glasvezels worden vervaardigd, poreuse 10 8 of geperforeerde 10 isolatiematerialen zijn. Ook ionenuitwisselende membranen kunnen als isolatiemateriaal worden gebruikt.

Zoals bovenstaand opgemerkt, hebben de isolatiematerialen 3Λ naast hun- isolerende functie ook de functie, aan de vorming van holle ruimten 7 mede te werken. Om deze beide functies te vervullen, kunnen 15 twee verschillende isolatiematerialen worden gebruikt, waarbij het ene de isolerende en de andere de vormende functie heeft. Bovendien kunnen ook speciaal vervaardigde materialen, bijvoorbeeld golfvormige isolatiefoliën ^3, W*, zoals in fig. 3 weergegeven, of geweven materialen 11 voor het vervullen van de beide functies worden gebruikt.

20 De voor het vervaardigen van de elektroden gebruikte materia len moeten een goed elektrisch geleidingsvermogen, geschikte elektrochemische eigenschappen en afhankelijk van de toepassing een geschikte corrosiebestendigheid bezitten. De meeste metalen kunnen als elektrodenmateriaal worden gebruikt, bijvoorbeeld platina, goud, palla-: '· 25 dium, koper, nikkel, lood, tin, cadmium of de êên of andere legering van deze metalen. Ook niet metallieke stoffen kunnen worden gebruikt, . bijvoorbeeld kool in de vorm van een buigzame laag, die door afzetting van kool op een geschikte geleidende grondlaag kan worden vervaardigd of door het gebruiken van kooldraden, geweven draden of vilten. De 30 elektroden kunnen ook met speciale bekledingen worden bedekt bijvoorbeeld met geoxydeerd ruthenium, looddioxyde of geöxydeerd nikkelhy-droxyde. Zoals in fig. U weergegeven kunnen de stoffen voor het vervaardigen van elektroden verschillende materiaalstructuren bezitten.

Zij kunnen onder andere bestaan uit gehele foliën 9, geperforeerde 35 foliën 10 of gaas 11.

790 75 24 <5 τ - 6 -

De houder, waarin het elektrodenstelsel is ondergehracht, kan uit elk chemisch inert materiaal bestaan (rekening houdende met de elektrolyt en de bedrijfsvoorwaarden), dat een geschikte mechanische vastheid bezit.

5 De. elektrolyt voor de hier’ beschreven elektrolytische cel kan een. oplossing, een. zuivere vloeistof of een mengsel of emulsie van oplossingen of vloeistoffen zijn.

Voor het bedrijf moeten de holle ruimten 7 van het elektrodenstelsel met de elektrolyt worden gevuld. Hiervoor kan men de elek-10 trolyt bij voorkeur in iin van twee hoofdrichtingen door het elektrodenstelsel laten vloeien. Eerst kan men de elektrolyt^evenwijdig aan de as. A-A' door het elektrodenstelsel laten vloeieti. In dit geval. Is het noodzakelijk de tussenruimte tussen het elektrodenstelsel en de· binnenste wand van de celhouder te sluiten om de stroom van 15 de elektrolyt door het elektrodenstelsel· te dwingen. Ih de tweede plaats kan men de elektrolyt radiaal door'de elektrodenrol laten vloeien. Het volgens de uitvinding hol. zijn van de as 30 (fig. 5>6) van de elektrodenrol maakt een radiale stroming van de elektrolyt mo— gelijk. Voorts moeten de elektroden- en Isolatiematerialen de elek-20 trolyt kunnen doorlaten. Zoals in fig. Π schematisch is weergegeven, kunnen deze. materialen poreuse 8 of geperforeerde foliën 10 of gaas 11 zijn.

De stroomtoevoer naar het elektrodenstelsel kan met behulp van eenvoudige aansluitingen plaatsvinden. Enige voorbeelden van aansim--25 tingen worden eerst nader toegelicht.

Fig. 5 toont een schematisch bovenaanzicht van een elektrodenstelsel met 2 elektroden. De binneste elektrode 1 is met de as 30 over het verbindingspunt 12 verbonden. De buitenste elektrode 2 is met de celhouder over het verbindingspunt 13 verbonden. De elektri-30 sche energie wordt aan het elektrodenstelsel door de as 30 en de celhouder toegevoerd. Deze eenvoudige stroomvoorziening kan bij relatief kleine cellen worden gebruikt, waarbij de spanningsval over de totale lengte van de elektroden voor de uitgevoerde elektrolytische werkwijze onbelangrijk is.

35 Zoals in fig. 6 schematisch is weergegeven, kan de stroomvoor- 790 7 5 24 * * - 7 - ziening van het elektrodenstelsel ook over een aantal aansluitingen plaatsvinden, die zich aan de rand van de elektroden "bevinden, "bijvoorbeeld over de aansluitingen 14, 15» 16 aan de rand van de elektrode 1 respektievelijk de aansluitingen 17» 18, 19 aan de rand van 5 de elektrode 2. Door deze soort van aansluiting kan worden vermeden, dat "bij het gebruiken van hoge stroomintensiteiten de spanningsval over de lengte van de elektroden ontoelaatbaar hoog wordt.

Een derde mogelijkheid aan de elektroden elektrische energie toe te voeren, is de zogenaamde bipolaire stroomvoorziening. Fig. 7 10 toont schematisch een doorsnede van een dergelijke inrichting voor het opwikkelen van de elektrodenlagen 20, 21 en de isolatiematerialen 2h» 25 om de as 30.- Zoals in fig. 7 weergegeven, bestaat elke elektrodenlaag uit segmenten 22, 23» die van elkaar elektrisch zijn geïsoleerd. "Verder blijkt uit deze figuur, dat elk segment 26 van de ene 15 elektrodenlaag 21 tegenover twee helften naast elkaar liggende segmenten 22, 23 van de andere elektrodenlaag 20 ligt. Bij de bipolaire stroomvoorziening wordt de bedrijfsspanning tussen de eindsegmenten 27 en 28 van een van de gesegmenteerde elektrodenlagen aangelegd. De eindsegmenten van de elektrodenlaag 20, waaraan de bedrijfsspanning 20 wordt aangelegd, worden hier voedingselektroden genoemd, terwijl de andere segmenten of elektrodenlaag 20 alsmede de segmenten van de elektrodenlaag 21 bipolaire elektroden worden genoemd. De aangelegde bedrijfsspanning verdeelt zich gelijkmatig over de aldus gevormde ketting van de voedings- en bipolaire elektroden. Zoals bij alle 25 stroomvoorzieningen van dit type vloeit de stroom zoals bij een inrichting met slechts êên paar elektrodensegmenten, terwijl de aangelegde bedrijfsspanning gelijk is aan het potentiaalverschil tussen de beide segmenten van dit paar vermenigvuldigd met het aantal gebruikte paren.

30 Om een werkzaam bipolair bedrijf te bereiken, is het noodzake lijk tussen de elektrodenlagen 20 en 21 isolatiematerialen 2k te gebruiken, die ionisch geleidend zijn. Om verschillende paren elektrodenlagen 20, 21 elektrisch van elkaar te isoleren is het noodzakelijk isolatiematerialen 25 te gebruiken, die noch ionisch noch elektro-35 nisch geleidend zijn. Dit is belangrijk, wanneer het gelaagde elek- 790 7 5 24 φ -ί - 8 - trodenstelsel volgens fig. 7 om de as 30 wordt opgerold. Wanneer slechts twee elektrodenlagen worden gebruikt kunnen de isolerende materialen 25 ertoe dienen ongewenste elektrische contacten te vermijden, hij'voorbeeld om het elektrodenstelsel van de celhouder te 3 isoleren.

Het elektrodenstelsel volgens de uitvinding kan voor het toe- ^ passen van elektrochemische werkwijzen worden gebruikt bijvoorbeeld

t I

voor- elektrochemische oxydaties ,, zoals onderstaand nader wordt toege— licht.

10 Osydatie van ethylamine tot acetonitrile: een oplossing die be staat uit 0,85 mol.$- ethylamine en 1 mol.% kaliumhydroxyde, wordt continu door de cel gepompt- De stroomvoorziening van de cel wordt 2

Voor een. stroomdichtheid van ca- 2,33 mA per on ingesteld (met een 2 . ^ elektrodenvlak van ongeveer 9000cm ). De bedrijfsspanning gedurende 13 de elektrolyse ligt tussen 1,8 en 2,0 volt. De elektrolyse wordt na k uur stil gezet. Het rendement.:aan acetonitrile ligt bij 6js8%.

Oxydatie van benzylalkohol tot benzoëzuurr de elektrolytische oplossing (emulsie) bevat 0,5 mol benzylalkohol, 1,0 mol kaliumhydroxyde en 5 g sebazinezuur als emulgator in 500 ml water. Gedurende 20 260 minuten wordt deze oplossing continu door de 'cel gepompt en aan de cel wordt een stroom van 10 A toegevoerd, De oplossing wordt daarna op pH = 1 ingesteld. Het resultaat is een benzoëzuurprecipitaat met iets sebazinezuur. Uit het droge precipitaat (ca. 25,8 g) kan zuiver benzoezuur door destillatie van het ruwe prodükt worden gewon-: 25 nen. Het rendement ligt bij 8,0 g.

Een cel met elektroden volgens de uitvinding kan bijvoorbeeld worden gebruikt voor de oxydatie van diaceton-L-sorbose (DAS) tot diaceton-L-ketogulonzuur (DAG); hetgeen als volgt geschiedt: 500 ml van een 6% oplossing DAS en 2 mol kaliumhydroxyde wor-30 den continu door de cel gepompt, terwijl aan de cel een stroom van 50A wordt toegevoerd. De elektrolyse wordt zolang uitgevoerd, tot een aanzienlijke hoeveelheid zuurstof zich aan de anode heeft ontwikkeld.

De oplossing wordt dan op 0°C gekoeld en langzaam op pH = 1 gebracht. Het verkregen DAG-preparaat wordt gefiltreerd en gedroogd. Rendement: 35 95%.

790 7 5 24 » * - 9 -

De voordelen van het elektrodenstelsel volgens de uitvinding kunnen als volgt worden verklaard.

De gelaagde structuur van het elektrodenstelsel 5 volgens de uitvinding.(fig. 1) maakt het mogelijk zeer dunne, zelfs mechanisch 5 gevoelige materialen te gebruiken.

Met het elektrodenstelsel 5 volgens de uitvinding kunnen weer driedimensionale structuren, zoals het opgerolde elektrodenstelsel 6 worden samengevoegd en in een houder worden verpakt, waarbij een groot elektrodenoppervlak per volume-eenheid van de cel wordt bereikt.

10 Daarbij wordt met een deformeerbaar elektrodenstelsel 5 (fig. 1) een stijf* zelfdragend elektrodenstelsel 6 (fig. 2) gevormd.

Met. het elektrodenstelsel 5 volgens de uitvinding (fig. 1) kunnen zeer kleine elektrodenafstanden tot‘stand worden gebracht.

Hierdoor kunnen de niet-actieve hoeveelheid van de elektrolyt en het 15 daarmede verbonden energieverlies tot een minimum worden gereduceerd.

Door de kleine elektrodenafstand kunnen ook de convectieverhoudingen aan beide elektroden worden begunstigd wanneer ten minste aan een elektrode gas wordt ontwikkeld.

Een belangrijk voordeel van het elektrodenstelsel volgens de 20 uitvinding is daarin gelegen, dat een gelijkmatige massa-overdracht over het gehele oppervlak van de elektroden wordt bereikt. Zij wordt door de turbulentie van de elektrolytstroom bereikt, die de isolatiematerialen 3, 1*, bijvoorbeeld een doek, veroorzaken.

Het elektrodenstelsel 5 volgens de uitvinding maakt het bo-25 vendien mogelijk de stroomvoorziening van de: elektroden zodanig uit te voeren, dat een verregaand homogene potentiaalverschil- en stroom-verdeling wordt bereikt.

Het elektrodenstelsel volgens de uitvinding kan niet alleen voor elektro-organische werkwijzen, doch ook voor een groot aantal 30 andere elektrochemische werkwijzen worden gebruikt.

Onderstaand worden drie uitvoeringsvormen van het elektrodenstelsel volgens de uitvinding nader toegelicht.

Uitvoeringsvorm 1 (fig. 8, 9» 10)

Fig. 8 toont een elektrochemische cel 1*2, die een aantal om 35 een as 51 opgerolde elektrodenstelsels 1*3 bevat. Fig. 8 toont bijvoor- 79075 24 * * - 10 - "beeld een cel met 10 dergelijke elektrodenrollen. Bij deze uitvoeringsvorm wordt als regel een even: aantal van dergelijke elektrodenrollen gebruikt. De hoofdkenmerken van deze uitvoeringsvorm zijn als volgt: 5 De as 51 van de cel is hol, bijvoorbeeld een buis. De opbouw van de gerolde elektrodenstelsels is zoals reeds voor het elektrodenstelsel. volgens fig. 2 beschreven.· De elektrodenrollen li-3 zijn paarsgewijs op de as 51 gemonteerd. Tijdens de werking wordt. de. elektrolyt door boringen 5^ van de as in. de tussenruimten 53 tussen telkens twee 10 een paar 52 vormende elektrodenstelsels gepompt. De tussenruimten 53 zijn groot genoeg om een doelmatige stroom van de elektrolyt mogelijk te maken. De elektrodenrollen, die een paar vormen,, zijn met behulp van een bij voorkeur· metallieke afdichtingsmanchet 56 met elkaar verbonden. De afdichtingsmanchet 56 verhindert,, dat de in de tussenruim— 15 ten. gepompte elektrolyt in. het omtreksgebied 55 van de cel komt zonder door de elektrodenstelsels te vloeien. De elektrolyt wordt daardoor .gedwongen door de paarsgewijs aangebrachte elektrodenrollen te vloeien, bijvoorbeeld door de in fig. 3 weergegeven holle ruimten 7- De uit de elektrodenstelsels komende elektrolyt vloeit door de tussen— 20 ruimten 57 tussen naast elkaar liggende elektrodenstelselparen 52 in het omirek^ebied 55 van de cel en verlaat de cel door de opening 58.

De stroomvoorziening van de elektrodenrollen van de cel kan door een serie- of parallelschakeling plaatsvinden. Fig. 8 toont de serieschakeling van de elektrodenrollen, waarbij de voeding over de ·. 25 twee eindelektrodenrollen Ui, k-3 van de cel plaatsvindt. Bij de ene wordt de anode en bij de andere de kathode gevoed. De eindelektrodenrollen 41, h3 worden over stroomrails 59, 60 en over isolerende metallieke delen 61, 62 van de as 51, die als voedingsleidingen dienen met de bron van de elektrische energie verbonden. De elekfcroden-30 rollen van een paar 52 zijn over de geleidende afdichtingsmanchet 56 met elkaar verbonden. De elektrodenrollen van verschillende paren zijn over isolerende geleidende delen 63 van de as 51 met elkaar verbonden. Fig. 10 toont de voeding van de parallel geschakelde elektrodenrollen. In dit geval bevat de as een geleidend deel 50, dat met 35 een elektrode van elke elektrodenrol is verbonden. De voeding van de 79075 24 > 4 - 11 - andere elektrode van elke elektrodenrol geschiedt over de desbetreffende afdichtingsmanchet 56.

De materialen en de ophouw van elke elektrodenrol zijn zoals bovenstaand onder verwijzing naar de figuren 1, 2, 3, U, 5 beschreven.

5 Het gebruiken van een bipolaire inrichting volgens fig. 7 is ook mogelijk.

Uitvoeringsvorm 2 (fig. 11, 12,. 13, 16a)

Fig.. 13 toont dat, evenals bij de uitvoeringsvorm 1 de elektron 'lyt door boringen 5b van de as 51 in de elektrodenrol bb van de cel 10 wordt ingevoerd. Fig.. 12 toont het elektrodenstelsel, waarmede de elektrodenrol Uk wordt gevormd. Het elektrodenstelsel bevat 6 delen: een. anode en een kathode, beide uit elektrodenstroken vervaardigd, die langs een rand openingen 72 hebben;, twee isolatiematerialen 3, U en twee eindafdi chtings stroken 73, 7k.

15 Deze eindafdichtingsstroken worden uit een geleidend materiaal vervaardigd, bijvoorbeeld uit een metaal. De afdichting van de elektrodenrol in axiale richting kan met een af dicht ingsmass 75 worden verbeterd. Fig. 11 toont de vereiste overlapping van de verschillende delen van het elektrodenstelsel voordat dit wordt opgerold. Fig. 12 20 toont het om de as 51 opgerolde elektrodenstelsel. De afdichtings-stroken moeten een geschikte dikte hebben, opdat de einden van de elektrodenrol massief en voor de elektrolyt ondoordringbaar zijn.

Fig. 13 toont dat de door de boringen 5b van de as 51 gepompte elektrolyt, door de invoeropeningen 72 van een van de elektroden in de 25 elektrodenrol wordt ingevoerd en daarin verdeeld. De openingen J2 aan het oppervlak van de elektrodenrol worden met een geschikte afdichting 76 afgedicht, zodat de elektrolyt door deze openingen niet naar buiten kan lopen. De elektrolyt stroomt verder door de elektrodenrol zoals in fig. 13 door de stroomweg 77 is aangegeven en verlaat deze 30 door de afvoeropeningen 72 van de andere elektrode.

De stroomvoorziening van de cel geschiedt over verzamelrails 78, 79, die direkt op de einden van de elektrodenrol zijn gemonteerd.

Deze uitvoering van de elektrische aansluiting maakt het mogelijk de stroomvoorziening over de gehele lengte van de elektrcdenranden uit 35 te voeren. Hierdoor is het nu mogelijk, de lengte van de elektroden 790 75 24

«. -V

Ί · '- 12 - respektie veiljk de diameter van het elektrodenstelsel principieel willekeurig te vergroten, zonder de functie van de cel nadelig te "beïnvloeden»

De materialen voor het vervaardigen van de elektrodenrol vol-5 gens fig. 12 zijn als volgt:

De isolatiematerialen 3» 4 zijn zoals "bovenstaand beschreven.

De elektroden TO» 71 kunnen, uit. de "bovenstaand reeds "beschreven materialen "bestaan. langs een van hun randen en over hun totale lengte verdeeld moeten zij echter openingen 72 bezitten. Deze openingen die-10 nen om de door de boringen 5¾ van de as 51 gepompte elektrolyt in het elektrodenstelsel te verdelen. De openingen 72 van de ene elektrode .dienen als invoeropeningen en de openingen van de andere elektrode als. afvoeropeningen. De ligging van de elektrodenrol op de as. 51 maakt het mogelijk,, dat de elektrolyt door de boringen 5^ van de as 15 en door de invoeropeningen 72. ongehinderd kan. stromen. Langs elk van de van openingen 72 voorziene elektrodenranden is in het elektrodenstelsel telkens een afdichtende strook 73, 7^ ingebouwd* Deze stroken moeten uit elektrisch geleidend, corrosiebestendig, voor de elektrolyt ondoorlaatbaar materiaal bestaan» De afdichtende stroken heb-20 ben doelmatig een dikte van ongeveer tweemaal de dikte van een laag isolatiemateriaal plus eenmaal de dikte van het elektrodenmateriaal.

De afdichtende stroken dienen enerzijds als elektrische verbinding tussen de verzamelrails en de totale lengte van de elektroden, anderzijds voor het af dichten van de elektrodenrol, opdat de elektrolyt 25 niet door de einden van elektrodenrol in axiale richting naar buiten kan lopen.

Uitvoeringsvorm 3 (fig. 1k, 15, 16a, 16b).

In deze uitvoeringsvorm worden de hoofdkenmerken van de elektrodenrol van de uitvoeringsvorm 2 overgenomen. De elektrodenrol h-5 30 van deze derde uitvoeringsvorm is echter veel breder en bevat een aantal bipolaire, naast elkaar opgerolde elektrodenstroken. Dit elektrodenstelsel maakt het mogelijk hoge waarden zowel voor de door de cel vloeiende stroom als ook voor de bedrijfsspanning hiervan te bereiken.

35 Zoals in fig. lij- getoond, wordt ook bij deze uitvoeringsvorm 79075 24 - 13 - een. holle as 51 gebruikt, evenals hij de uitvoeringsvormen 1 en 2.

De elektrolyt wordt door boringen 54 van de as 51 en de openingen (72, 87) van de elektrodenstroken in de elektrodenrol 45 gepompt en daarin verdeeld. De grondstructuur van de elektrodenrol blijkt uit 5 de figuren l4 en 15. De elektrodenrol bestaat uit vier om. de as 51 opgerolde lagen. In fig. 15 wordt de ligging van de as 51 door de lijn 86 voorgesteld. De isolatiematerialen 3 Λ kunnen een van de bovenbeschreven vormen hebben. Een elektrodenlaag 84 bestaat uit een aantal 1Γ elektrodenstroken 82, die op regelmatige afstanden om de as 10 51 zijn opgerold, en twee eindelektrodenstroken 81. De andere elek— trodenlaag 85 bestaat uit. een aantal N+-1 elektrodenstroken 82, die eveneens op. regelmatige afstanden om de as 51 zijn opgerold. Om het bipolaire bedrijf" mogelijk te maken bedekt elke strook van de ene elektrode ongeveer twee helften van aangrenzende stroken van de an— 15 dere elektrode en de daartussen liggende opening 90. Zoals in figuren 15»- 16a, 16b getoond, hebben de eindstrokea 81 van de breedste elektrodenlaag 84 openingen 72. langs hun rand in lengterichting om de zoom van de elektrolyt door_de_elektrodenrol 45 mogelijk te maken. De overige stroken 82 van elke elektrode zijn ongeveer dubbel zo breed 20 als de eindstroken 81 en hebben openingen 87 langs hun middellijn in langsrichting. Zoals in fig. 14 getoond, liggen de openingen 72, 87 van de stroken van de bredere elektrodenlaag 84 tegenover de boringen 54 van de as 51· Met deze uitvoering vloeit de elektrolyt door de stroomweg 88 en verlaat de elektrodenrol door uitgangen 89. Elke * 25 uitgang 89 bevindt zich tegenover een opening 87 van de andere elektrodenlaag 85· Zoals bij de uitvoeringsvorm 2 bevat de elektrodenrol geleidende afdichtende stroken 73, 74, die hun einden in axiale richting (as 51) afdichten.

De stroomvoorziening van de elektrodeninrichting 45 is zoals 30 bij de uitvoeringsvorm 2, waarbij bij elk paar elektrodenlagen 84, 85 de elektrische energie alleen aan de eindstroken 81 van de breedste elektrodenlaag 84 wordt toegevoerd. De toegevoerde energie wordt, zoals bij bipolair bedrijf gebruikelijk, door de tussen de elektrodenstroken vloeiende stroom overgedragen.

35 De materialen voor het vervaardigen van het elektrodenstelsel 790 75 24 - 111. -

*- V

U5 zijn in wezen gelijk als die voor de uitvoeringsvorm 2. De elektrodenstroken voor het. "bipolaire bedrijf onderscheiden zich echter van de voor de uitvoeringsvorm 2 "beschreven elektroden hierin, dat zij openingen 87 hehhen,. die langs hun middellijn en over hun totale 5 lengte zijn verdeeld.

Een gemeenschappelijk kenmerk van alle drie bovenbeschreven uitvoeringsvormen is- het gebruiken van een holle as 51 met boringen 5k voor het invoeren van de elektrolyt in de· elektrodenrol(len). Opdat: de as de aan verschillende potentialen liggende elektroden niet 10 kortsluit,, moet deze hetzij uit niet geleidend materiaal worden vervaardigd of. op geschikte wijze zijn geconstrueerd. Wordt zij echter uit een geleidend materiaal vervaardigd,, dan moet zij ten minste gedeeltelijk van. een isolerende bekleding worden voorzien. De as 51 kan ook uit concentrische, buizen bestaan, waarbij de buitenste buizen 15 als leidingen voor de stroomvoorziening van de elektroden kunnen worden gebruikt.. Buizen met verschillende potentialen moeten vanzelfsprekend. van elkaar geïsoleerd zijn. Aangezien de as 51 behalve als drager van de elektrodenrol(len) dient, wordt zij doelmatig uit materialen vervaardigd, die de nodige mechanische vastheid bezitten en 20 die bovendien corrosiebestendig zijn.

Met de bovenbeschreven uitvoeringsvormen 1 - 3 van een elektrochemische cel kunnen onder andere elektrochemische werkwijzen ook de elektrolyt ische oxydaties worden uit gevoerd,, die bovenstaand als voorbeeld voor het gebruiken van de cel volgens de uitvinding zijn 25 beschreven.

79075 24

Claims (5)

1. Elektrodenstelsel voor elektrochemische cellen met tenminste een elektrodenrol, die gevormd is door vervormbare afwisselend opgestelde elektroden en separatoren rond een as op te rollen» waar- 5 bij ten minste een van de separatoren permeabel is voor ionen en de elektroden en de separatoren een elektrolyt stroom door de elektroden— rol doorlaten» met het kenmerk dat de elektroden en separatoren zijn gewikkeld rond een holle as waarvan de structuur zodanig is dat radiale stroming van de elektrolyt van het inwendige van de holle as 10 naar de elektrodenrol mogelijk is.

2. Elektrodenstelsel volgens conclusie 1, gekenmerkt door tenminste een paar elektrodenrollen, waarbij ieder paar is voorzien van een spleet tussen de elektrodenrollen» en de plaats van de elektro— denrollen op de holle as zodanig is, dat de door openingen van de hol— 15 le as vloeiende elektrolyt in de spleet van ieder paar elektrodenrol^· len kan stromen. 3;---r Elektrodenstelsel· volgens conclusie 2, gekenmerkt door een tegen lekken dichte band om elk paar elektrodenrollen teneinde de spleet tussen de elektrodenrollen af te sluiten.

20 Elektrodenstelsel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de elektroden in iedere elektrodenrol van perforaties zijn voorzien om een elektrolytstroom door openingen in de holle as naar en in de elektrodenrol in een richting loodrecht op de as mogelijk te maken.

5. Elektrodenstelsel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat 25 iedere elektrodenrol tenminste een tweetal elektrodelagen voor bipolair bedrijf bevat, die elk zijn samengesteld uit een aantal geperforeerde elektrodestroken die op afstand van elkaar om de as zijn gewikkeld, waarbij elke strook van een van de elektrodelagen bij benadering twee helften van naburige stroken van de andere elektrodelaag 30 overlapt.

6. Inrichting voor oxydatie van diaceton-L-sorbose tot diaceton-L-ketogulonzuur voorzien van een elektrodenstelsel volgens een der voorgaande conclusies. 79075 24