NL8004238A - Elektrolysecel en werkwijze voor het elektrolyseren van halogeniden. - Google Patents

Description

* 'x N.O. 29222 1

Elektrolysecel en werkwijze voor het elektrolyseren van halogeniden.

De uitvinding heeft betrekking op een nieuwe werkwijze voor het genereren van chloor of andere halogenen door elektrolyse van een waterige, halogenide ionen bevattende oplossing zoals een chloorwaterstofzuur en/of alkalimetaal-5 chloride of andere corresponderende elektrolyseerbare halo-genide. Eeeds geruime tijd wordt chloor geproduceerd door elektrolyse in een cel waarin de anode en de kathode van elkaar zijn gescheiden door een, voor ionen doordringbaar membraan of diafragma en in cellen met een voor vloeistof 10 doordringbaar diafragma, waarbij het alkalimetaalchloride of een andere halogenide wordt gecirculeerd door de anolyt-karner en een deel daarvan door het diafragma in het katho-lyt stroomt·

Als een alkalimetaalchloride oplossing wordt; geëlek-15 trolyseerd dan ontstaat er chloor aan de anode en wordt er aan de kathode alkali gevormd, bijvoorbeeld alkalimetaalcar-bonaat of bicarbonaat maar meer gebruikelijk is een alkali-metaalwaterstof oplossing. Deze alkali oplossing bevat ook alkalimetaalchloride dat van het alkali moet worden ge-20 scheiden in een daarop volgende bewerking en de genoemde oplossing is relatief verdund en bevat zelden meer alkali dan 12-15 gew.%. Omdat de commerciële concentratie van natriumhydroxyde normaal ongeveer 50 gew.% of hoger is moet het water in de verdunde oplossing worden verdampt om 25 deze concentratie te bereiken.

Meer recent is een omvangrijk onderzoek uitgevoerd naar het gebruik van ionen uitwisselharsen of polymeren in het voor ionen doordringbare diafragma, welke polymeren aanwezig zijn in de vorm van dunne vellen of membranen. In het 30 algemeen zijn ze niet geperforeerd en maken geen stroming moge lijk van anolyt naar de kathode kamer maar er is eveneens gesuggereerd dat dergelijke membranen voorzien kunnen zijn van enkele kleine perforaties teneinde een kleine ano-lytstroming er doorheen mogelijk te maken, alhoewel klaar-35 blijkelijk het meeste werk is uitgevoerd met niet geperforeerde membranen.

Kenmerkende polymeren die voor dit doel gebruikt 800 4238 2 kunnen worden zijn bijvoorbeeld fluor koolstof polymeren zoals polymeer van een onverzadigde fluor koolstofverbinding. Polymeren van trifluoretheen of tetrafluoretheen of copoly-meren daarvan welke ionen uitwisselgroepen bevatten kunnen 5 bijvoorbeeld voor dit doel worden gebruikt. De ionenuitwis-selgroepen zijn normaal cationische groepen zoals zwavelzuur, sulfonamide, carbonzuur, fosforzuur en dergelijke, welke zijn aangehecht aan de fluorkoolstofpolymeerketen via koolstof en welke cationen uitwisselen, Ze kunnen echter 10 ook anionenuitwisselgroepen bevatten. Ze bezitten derhalve de algemene, op het formuleblad weergegeven formule 1 of formule 2. Dergelijke membranen worden bijvoorbeeld vervaardigd door de Du Pont Company onder de handelsnaam "ÏTafion" en door Asahi Glass Company, Japan, onder de handelsnaam 15 "Plemion", en octrooischriften waarin dergelijke membranen zijn beschreven zijn bijvoorbeeld het Britse octrooischrift 1.184.321 en de Amerikaanse octrooischriften 3*282.875 en 4.075*405.

Omdat deze diafragma's voor ionen doordringbaar zijn 20 maar er geen anolytstroming er doorheen mogelijk is migreren er weinig of geen halogenide ionen door het diafragma van een dergelijk materiaal in een alkalichloridecel en derhalve bevat het op deze wijze geproduceerde alkali weinig of geen chloride ionen. Verder is het mogelijk om een meer gecon-25 centreerde alkalimetaalhydroxyde te produceren waarin het geproduceerde katholyt 15 tot 45 gew.% MaOÏÏ of zelfs hoger kan bevatten. Octrooischriften waarin een dergelijk proces wordt beschreven zijn de Amerikaanse octrooischriften 4.111.779 en 4.100.050 en vele anderen. De toepassing van 30 een ionenuitwisselmembraan als een voor ionen doordringbaar diafragma is voorgesteld voor andere doeleinden zoals voor elektrolyse van water.

Verder is reeds voorgesteld om een dergelijke elektrolyse uit te voeren tussen een anode en een kathode geschei-35 den door een diafragma, in het bijzonder een ionenuitwisselmembraan, waarbij de anode of kathode of beiden zijn gevormd als een dunne poreuze laag van elektrogeleidend materiaal bestendig tegen elektrochemische invloeden en aangehecht of op andere wijze aangebracht op het oppervlak van het dia-40 fragma. Soortgelijke elektrode-membraan-samenstellingen zijn 800 4 238 « i 3 reeds geruime tijd voorgesteld voor gebruik in brandstof cellen welke cellen bekend staan onder de benaming "vaste polymeer elektrolyt" cellen. Dergelijke cellen worden reeds geruime tijd gebruikt als gasvormige brandstofcellen, en 5 zijn slechts zeer recent met succes toegepast voor de elek-trolytische productie van chloor uit waterstofchloorzuur of zuitoplossingen van alkalimetaalchloriden.

Voor de productie van chloor in een vaste polymeer elektrolytcel bestaan de elektroden in het algemeen uit 10 een dunne poreuze laag van elektro geleidend elektrocataly-tisch materiaal dat permanent aangehecht is aan het oppervlak van een ionenuitwisselmembraan door middel van een hechtmiddel, in het algemeen samengesteld uit een gefluorideerde polymeer zoals polytetrafluoretheen (PTFE).

15 Volgens een van de voorkeursprocedures voor het vor men van de voor gas permeabele elektroden zoals beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 3*297.484 wordt een poeder van elektrogeleidend en elektrocatalytisch materiaal gemengd met een waterige dispersie van polytetrafluorkool-20 stofdeeltjes teneinde een deegachtig mengsel te verkrijgen dat 2 tot 20 gram poeder per gram polytetrafluor etheen bevat, ^et mengsel dat naar wens verdund kan zijn, wordt vervolgens uitgespreid op een dragende metaalplaat en gedroogd waarna de poederlaag wordt bedekt met aluminiumfolie 25 en wordt geperst bij een temperatuur die voldoende is om een sintering van de polytetrafluoretheendeeltjes te bewerkstelligen zodat een dunne coherente film wordt verkregen. % verwijdering van de aluminiumfolie door bijtend logen wordt de voorgevormde elektrode aangebracht op het 30 oppervlak van het membraan en geperst bij een temperatuur die voldoende is om ervoor te zorgen dat de polytetrafluor-etheenmatrix op het membraan sintert. Na snel afkoelen wordt de steunende metaalplaat verwijderd en blijft de elektrode aangehecht op het membraan.

35 ^et is gebleken dat, indien de elektroden van de cel dicht aangehecht zijn aan tegenover elkaar gelegen oppervlakken van het membraan dat dienst doet voor het scheiden van de anode- en de kathodekamers en de elektroden derhalve niet afzonderlijk worden ondersteund door metalen 40 structuren, de meest efficiënte wijze voor het transporteren 800 4 2 38 4 en distribueren van de stroom over de elektroden bestaat in bet toepassen van een groot aantal contacten, uniform verdeeld over bet gebele elektrode oppervlak door middel van stroomvoerende structuren voorzien van een reeks uit-5 stekende delen of ribben, welke bij de samenstelling van de cel contact maken met bet elektrode oppervlak op een groot aantal gelijkmatig gedistribueerde punten. **et membraan, dat op zijn tegenover gestelde oppervlakken aangebecbte elektroden draagt moet dan worden ingeperst tussen de twee 10 stroomvoerende structuren of collectoren, respectievelijk de anodiscbe en de katbodiscbe structuur.

In tegenstelling tot hetgeen er gebeurt in brandstofcellen waarin de reagerende elementen gasvormig zijn, de stroomdichtheden klein zijn en er praktisch geen elektro-15 dische nevenreacties kunnen optreden, geven de vaste elek-trolytcellen die gebruikt worden voor elektrolyse van oplossingen zoals met name van natriumchloride oplossingen, aanleiding tot moeilijk oplosbare problemen. In een cel voor de elektrolyse van een natriumchloride oplossing vinden in 20 de diverse delen van de cel de volgende reacties plaats: - hoofdanodereactie: 2 C1” G1^ + 2e”

- transport door het membraan: 2 Ha+ + E^O

- kathodereactie: 2 EL^O + 2e” 20H” + E^ - anode nevenreactie: 2 OH” O^ + 2^0 + 4e” 25 - totale reactie: 2 NaC1 + 2^0 2 ïïaOH + C1£ + ÏÏ2

Haast de gewenste hoofdreactie waarbij chloor vrij komt vindt er aan de anode ook een zekere wateroxydatie plaats met ontwikkeling van zuurstof alhoewel in een zo laag mogelijk gehouden mate. Deze neiging om zuurstof te genereren 30 wordt gedeeltelijk versterkt door een alkalische omgeving aan de actieve zijden van de anode bestaande uit catalyti-sche deeltjes die in contact komen met het membraan. In feite hebben de cation-uitwisselmembranen die geschikt zijn voor de elektrolyse van alkalimetaalhalogeniden een door-35 laatwaarde die verschilt van 1 en onder omstandigheden met een hoge alkalitijd optredend in de katholyt is bij sommige van deze membranen enige migratie van hydroxyl-anionen van het katholyt naar het anolyt door het membraan moge lijk. Bovendien vereisen de omstandigheden, nodig voor een effi-40 ciente overdracht van vloeibaar elektrolyt naar de actieve 800 42 38 * 4 5 oppervlakken van de elektroden en voor gasvorming daar anode- en kathodekamers welke worden gekarakteriseerd door stromingssecties voor het elektrolyt en het gas welke relatief veel groter zijn dan die, welke worden toegepast in 5 brandstofcellen.

De elektroden moeten anderzijds een minimale dikte hebben, in het algemeen in de orde van grootte van 4-0-150yum om een efficiënte massa uitwisseling met het grootste deel van het vloeibare elektrolyt mogelijk te maken. Vanwege 9 10 deze eis alsmede vanwege het feit dat de elektrocatalytische en elektrogeleidende materialen waaruit de elektroden, in het bijzonder de anoden, zijn opgebouwd, veelvuldig bestaan uit een oxydemengsel voorzien van een metaaloxyde uit de platinagroep of een verpoederd metaal gebonden door een 15 bindmiddel met geen of slechts weinig elektrogeleidbaar-heid, zijn de elektroden nauwelijks geleidend in de richting van hun hoofdafmeting. Daarvoor is een hoge contactdicht-heid met de collect:or vereist alsmede een uniforme con-tactdruk op de Ohmsche spanningsval door de cel te begren-20 zen en een uniforme stroomdichtheid over het gehele actieve oppervlak van de cel moge lijk te maken.

Aan deze vereisten kon tot nu toe slechts zeer moeilijk worden voldaan in het bijzonder bij cellen gekarakteriseerd door grote oppervlakken zoals de in de industrie toege-25 paste cellen in chloorproductiebedrijven met een capaciteit die in het algemeen groter is dan 100 ton chloor per dag. Industriële elektrolysecellen vereisen uit economische overwegingen elektrodeoppervlakken in de orde van grote p van 0,5 maar bij voorkeur 1 tot 3 ® of meer en deze opper-30 vlakken zijn veelal elektrisch in serie geschakeld teneinde elektrolyse eenheden te vormen opgebouwd uit vaak enige tientallen bipolaire cellen gekoppeld door middel van ver-bindingsstangen of hydraulische of pneumatische steunen in een configuratie van het filterperstype.

35 Cellen van deze afmetingen leveren grote technologi sche problemen op ten aanzien van de productie van de stroom-voerende structuren, dat wil zeggen de stroomcollectoren, met extreem lage toleranties voor de vlakheid van de contacten terwijl verder een uniforme contactdruk over het 40 elektrode oppervlak moet worden verkregen na montage van 80 0 4 2 38 6 de cel. Bovendien moet het in dergelijke cellen gebruikte membraan zeer dun zijn om de Ohmsche spanningsval over het vaste elektrolyt in de cel, waarvan de dikte vaak kleiner is dan 0,2 mm en zelden meer dan 2 mm, te beperken en het 5 membraan kan gemakkelijk worden gescheurd of te sterk worden verdund op punten waar een te hoge druk wordt uitgeoefend gedurende het sluiten van de cel. Bovendien moeten zowel de anodiscne als de kathodische collector naast een nagenoeg perfect vlakheid eveneens nagenoeg exact paral-10 lel verlopen.

In cellen van kleine afmetingen kan een hoge mate van vlakheid en peralleliteit worden gehandhaafd terwijl toch een zekere flexibiliteit van de collectoren kan worden aangehouden om lichte afwijkingen van de exacte vlakheid en 15 paralleliteit te corrigeren. In de op 12 juli 1979 ingediende samenhangende Amerikaanse octrooiaanvrage 57»255 is een vaste elektrolytcel van het monopolare type beschreven bestemd voor elektrolyse van natriumchloride waarin zowel de anodische als de kathodische stroomcollector be-20 staat uit roosters van geëxpandeerde platen, gelast aan respectievelijke reeksen van vertikale metalen ribben welke ten opzichte van elkaar zijn verschoven, waarbij een zekere buiging van de roosters tijdens de samenstelling van de cel toegestaan is teneinde een meer uniforme druk op de mem-25 braanoppervlakken te kunnen uitoefenen.

In de op 16 oktober 1978 ingediende Amerikaanse octrooiaanvrage 951.984 wordt een vaste elektrolytcel van het bipolaire type beschreven bestemd voor elektrolyse van natriumchloride waarin de bipolaire separatoren aan 30 beide zijden van de cel zijn aangebracht en in het gebied corresponderend met de elektroden voorzien zijn van een reeks ribben of uitstekende delen. Teneinde lichte afwijkingen van de vlakheid en de paralleliteit te kunnen corrigeren wordt voorzien in het inbrengen van een veerkrachtig 35 middel bestaande uit twee of meer metalen rasters van film vormend materiaal of geëxpandeerde rasters bekleed met een niet passiveerbaar materiaal, welke veerkrachtige middelen worden samengedrukt tussen de ribben aan de anode zijde en de aan de anodische zijde van het membraan aangehechte anode. 40 H©t is echter gebleken dat deze beide oplossingen, be- 800 4 2 38 7 « Λ schreven in de "bovengenoemde octrooiaanvragen, ernstige beperkingen en nadelen bezitten in cellen die gekenmerkt worden door grote elektrode oppervlakken* In de eerste plaats blijkt de gewenste uniformiteit van de contactdruk 5 niet altijd te worden bereikt hetgeen de aanduiding vormt voor stroomconcentraties op· punten met een grotere contactdruk met als gevolg polarisatieverschijnselen met samenhangende deactivatie van het membraan en van de cataly-tischeelektroden terwijl plaatselijke scheuren van het mem-10 braan en plaatselijk mechanisch verlies van catalytisch materiaal vaak optreedt tijdens de samenstelling van de cel.

In de tweede plaats moet een zeer hoge vlakheid en paralleli-teit van de bipolaire separatoroppervlakken worden gehandhaafd maar dit vereist een nauwkeurige en kostbare bewer-15 king van de ribben en het afdichtingsoppervlak van de bipolaire separator. Bovendien leidt de hoge stijfheid van de elementen tot drukconcentraties welke de neiging hebben om te accumuleren over de reeks waardoor her aantal samenstelbare elementen in een enkele configuratie van het filter-20 perstype wordt begrensd.

Als gevolg van deze moeilijkheden kan een stroomverde-lendraster, wanneer het wordt aangedrukt tegen een elektrode, sommige elektrode oppervlakken zelfs geheel vrij laten of er slechts zo licht contact mee maken dat deze 25 contacten in hoofdzaak ineffectief zijn. Vergelijkende testen welke zijn uitgevoerd door een verdelerraster aan te drukken tegen drukgevoelig papier zodat een zichtbare indruk corresponderend met het raster kan worden verkregen hebben aangetoond dat een aanzienlijk oppervlak variërend van ongeveer 30 10% tot zelfs 30 è. 40% van het schermoppervlak geen marke ring op het papier achterlaat en dit indiceert dat ongewenst grote gebieden niet worden aangeraakt. Als deze observatie wordt toegepast op de elektroden dan blijkt dat aanzienlijke gebieden van het elektrode oppervlak geheel of in 35 aanzienlijke mate onwerkzaam zijn.

De nieuwe elektrolysecel volgens de uitvinding bevat nu een celbehuizing voorzien van tenminste een groep van elektroden met een anode en een kathode gescheiden door een voor ionen doordringbaar diafragma of membraan, mid- 4-0 delen voor het invoeren van een te elektrolyseren elektrolyt, 800 42 38 8 middelen voor het verwijderen van de elektrolyseprodukten en middelen voor het opdrukken van een elektrolysestroom, waarbij tenminste een van de elektroden wordt aangeperst tegen het diafragma of membraan door een veerkrachtig 5 samendrukbare laag bij het elektrode oppervlak, welke laag aangedrukt kan worden tegen het diafragma waarbij een elastische reactiekracht wordt uitgeoefend op de elektrode in contact met het diafragma of membraan op een aantal gelijkmatig verdeelde contactpunten en waarbij het mogelijk is om 10 een overmatige druk die inwerkt op individuele contactpunten over te dragen naar minder belaste aangrenzende punten lateraal gelegen volgens een as in het vlak van de veerkrachtige laag, waarbij de genoemde veerkrachtige laag de druk verdeelt over het gehele elektrode oppervlak en de 15 genoemde veerkrachtige laag een open structuur heeft zodat het mogelijk is dat er gas en elektrolyt doorheen stroomt.

Volgens de nieuwe werkwijze van de uitvinding voor het genereren van halogeenwordt een waterig halogenide bevattend elektrolyt geëlektrolyseerd aan een anode, geschei-20 den van een kathode, in contact met een waterig elektrolyt door een voor ionen doorlaatbaar diafragma of membraan en eai waterig elektrolyt bij de kathode, waarbij tenminste of de anode of de kathode een voor gas en elektrolyt permeabel oppervlak heeft dat op een aantal punten in direct con-25 tact wordt gehouden met het membraan of diafragma door een elektro geleidende veerkrachtig samendrukbare laag welke open is voor een elektrolytstroming en een gasstroming en waarmee een druk kan worden uitgeoefend op het genoemde oppervlak en waarmee lateraal druk kan worden verdeeld 50 zodat de druk op het oppervlak van het diafragma of membraan uniform is.

Volgens de uitvinding wordt een effectief elektrisch contact tussen het poreuze elektrode oppervlak en het membraan of diafragma bereikt en wordt er gemakkelijk een 55 polariteit aan verleend zonder een overmatige druk te induceren in plaatselijke gebieden door het stroomverdelende of elektrisch ladende oppervlak aan te drukken tegen de elek-trodelaag door middel van een gemakkelijk samendrukbare veerkrachtige plaat of laag of mat, welke verloopt langs 40 een groot gedeelte en in hoofdzaak over het gehele opper- 8004238 9 vlak van de poreuze elektrodelaag in direct contact met het membraan.

Deze samendrukbare laag is verend van karakter en kan worden samengedrukt tot een reductie van 60% of meer van 5 zijn niet samengedrukte dikte tegen het membraan dat de elektrodelaag vormt door het uitoefenen van een druk door middel van een achterwand of drukelement terwijl de laag tevens kan terugspringen tot hoofdzakelijk zijn initiële dikte bij het opheffen van de kleindruk. Door zijn elasti-10 sche geheugen wordt er een nagenoeg uniforme druk uitge-oefend op het membraan dat de elektrodelaag draagt omdat de laag in staat is om de drukkrachten te verdelen en onregelmatigheden in het oppervlak waarmee het in contact staat te compenseren. De samendrukbare plaat moet verder gemakke-15 lijk toegang verschaffen voor het elektrolyt naar de elektrode en moet het mogelijk maken dat elektrolyseproducten, gasvormig of vloeistof, van de elektroden kunnen ontsnappen.

De samendrukbare laag is derhalve open van structuur en sluit een groot vrij volume in en de veerkrachtige samen-20 drukbare laag is elektrisch geleidend, is in zijn algemeenheid vervaardigd uit een metaal dat bestand is tegen de elektrochemische invloed van het elektrolyt dat daarmee in contact staat en verdeelt derhalve de polariteit en de stroom over de gehele elektrodelaag. 2e kan direct in con-25 tact staan met de elektrode lagen maar het is ook moge lijk, en dit verdient de voorkeur, dat de geleidende veerkrachtige samendrukbare plaat voorzien is van een plooibaar elektrogeleidend raster van nikkel, titanium, niobium of een ander bestendig metaal aangebracht tussen de plaat of 50 mat en het membraan.

Het raster bestaat uit een dunne geperforeerde plaat of een vel, welke gemakkelijk meegeeft en zich aanpast aan iedere oppervlakte onregelmatigheid van het elektrode oppervlak. Het kan daarbij gaan om een raster uit een fijn 35 netwerk of een geperforeerde film. Over het algemeen zijn de rasteroperningen of poriënafmetingen fijner dan die van de samendrukbare laag en is het minder samendrukbaar of in het geheel niet samendrukbaar. In beide gevallen rust een open gerasterde laag tegen het membraan en wordt daar 40 tegenaan gedrukt waarbij de tegenover gelegen of tegen 800 42 38 10 elektrode of tenminste een voor gas en elektrolyt doorlaatbaar oppervlak daarvan wordt aangedrukt tegen de tegenover liggende zijde van het diafragma. Omdat de samendrukbare laag en het fijnere raster indien aanwezig niet aan het 5 membraan is gehecht is het beweegbaar (verschuifbaar) langs het membraanoppervlak en kan zich derhalve gemakkelijk aanpassen aan de contouren van het membraan en van de tegen-elektrode.

De uitvinding heeft derhalve ten doel de elektrolyse 10 van een alkalimetaalchloride te realiseren met een elek-trolysecel voorzien van een elektrode in direct contact met een membraan of diafragma welke elektrode, of een gedeelte daarvan, gemakkelijk wordt aangedrukt, een grote veerkracht bezit en in staat is om een op de cel inwerkende 15 klemdruk effectief te verdelen op een nagenoeg uniforme wijze over het gehele elektrode oppervlak.

Een voorkeursuitvoeringsvorn van de veerkrachtige stroomcollector of elektrode volgens de uitvinding wordt gekenmerkt doordat er voorzien is in een nagenoeg open 20 rastervormig, planair elektrogeleidend metaaldraadartikel of raster met een open netwerk en vervaardigd uit geweven draad, bestand tegen elektrolyt en de elektrolyseprodukten waarbij sommige of alle draden een reeks spoelen, golvingen of krullen of andere op en neer gaande contouren vormen 25 waarvan de diameter of amplitude in hoofdzaak groter is dan de draaddikte en bij voorkeur correspondeert met de artikel-dikte in tenminste een richting parallel aan het vlak van het artikel. Natuurlijk zijn deze golvingen of kronkelingen aangebracht in de richting van de dikte van het raster.

30 Deze rimpelingen in de vorm van krullen, spoelen, golfvormen of iets dergelijks bezitten zijgedeelten welke hellend of gekromd verlopen met betrekking tot de as loodrecht op de dikte van het kronkelende weefsel, zodat wanneer de collector wordt samengedrukt een dèel van de ver-35 plaatsing en de druk lateraal wordt overgedragen zodat een meer uniforme verdeling van de druk over het elektrode-oppervlak wordt bereikt. Sommige spoelen of draadlussen die, vanwege onregelmatigheden in de vlakheid of de paralleliteit van het oppervlak het weefsel samendrukken, kunnen onder-40 worpen worden aan een compressiekracht die groter is dan 800 4 2 38 • 4 11 degene die inwerkt op aangrenzende gebieden en kunnen meer meegeven en zo de overmaat aan kracht afvoeren door overdracht daarvan naar naburige wikkelingen of draadlussen.

Het weefsel doet daarom in aanzienlijke mate effectief 5 dienst als drukeffenaar en voorkomt dat de elastische reac-tiekracht die inwerkt op een afzonderlijk contactpunt hoger wordt dan de grenswaarde waarbij het membraan overmatig wordt ingeklemd of beschadigd. Natuurlijk is een dergelijke zelf-instelmogelijkheid van de veerkrachtige collector nuttig voor 10 het verkrijgen van een goede en uniforme contactverdeling over het gehele oppervlak van de elektrode.

Een zeer effectieve uitvoeringsvorm van de uitvinding is voorzien van een reeks schroeflijnvormige cylindrische draadspiralen waarvan de wikkelingen onderling zijn verwon-15 den met de wikkelingen van de aangrenzende spiraal in een in elkaar grijpende of in elkaar geluste relatie. De spiralen hebben een lengte die in hoofdzaak correspondeert met de hoogte of de breedte van de elekurodekamer of hebben een lengte van tenminste 10 of meer cm en het aantal in elkaar 20 grijpende spiralen is voldoende om de gehele breedte ervan te overspannen en de diameter van de spiralen is 5 tot 10 maal groter dan de diameter van het draad waaruit de spiralen zijn opgebouwd. Volgens deze voorkeursconfiguratie vertegenwoordigt de schroeflijndraad zelf een zeer klein gedeelte 25 van de sectie van de elektrodekamer die wordt omsloten door de schroeflijn en de schroeflijn is open aan alle zijden zodat er een intern kanaal wordt verschaft waardoor elektrolyt kan circuleren en gasbelletjes in de kamer kunnen opstijgen.

Het is echter niet noodzakelijk dat de schroeflijnvor-30 mige cylindrische spiralen in een ineen grijpende relatie met de aangrenzende spiralen op de bovenbeschreven wijze worden gewikkeld, ze kunnen ook best aan uit enkele aangrenzende metaaldraadspiralen. In dat geval worden de spiralen naast elkaar geplaatst, de een naast de ander in een afwis-35 selende volgorde. Op deze wijze kan een hogere contactpunt-dichtheid worden verkregen met de samenwerkende vlakken vertegenwoordigt door de tegenelektrode of tegenstroomcol-• lector en de celeindplaat.

Volgens een verdere uitvoeringsvorm bestaat de stroom-40 collector of verdeler uit een fijn geplooid gebreid raster 800 4238 12 of weefsel van metaaldraad, waarbij elke afzonderlijke draad een reeks golvingen vormt waarvan de amplitude correspondeert met de maximale hoogte van de plooiingen van het gebreide raster of weefsel. Elke metaaldraad komt dus af-5 wisselend in contact met de celeindplaat die dienst doet als plaat waarmee de druk wordt uitgeoefend en met de poreuze elektrodelaag aangehecht aan het membraanoppervlak of met het tussenliggende flexibele vel tussen de elektrodelaag of het memebraan en de samendrukbare laag. Tenminste 10 een deel van het raster verloopt over de dikte van het weefsel en is open zodat een elektrolytstroming naar de hoekrichtingen mogelijk is.

‘"‘et is ook mogelijk dat twee of meer gebreide rasters of weefsels nadat ze individueel door een vormproces zijn 15 geplooid op elkaar worden geplaatst teneinde een collector van de gewenste dikte te verkrijgen.

het plooien van het metalen raster of weefsel verleent de collector een grote samendrukbaarheid en een uitstekende onder een compressiebelasting die tenminste ongeveer 50 p 20 tot 2000 gram per cm van het belastende oppervlak, dat wil zeggen de achter- of eindplaat, kan zijn.

De elektrode volgens de uitvinding heeft na montage van de cel een dikte die bij voorkeur correspondeert met de diepte van de elektrodekamer maar de diepte van de kamer 25 kan op geschikte wijze ook groter worden gemaakt. In dat geval kan een poreus en hoofdzakelijk stijf scherm of een plaat op afstand van het oppervlak van de achterwand van de kamer dienst doen als samendrukkend oppervlak tegen de samendrukbare veerkrachtige collectormat. In dat geval is 30 de ruimte achter het tenminste relatief stijve scherm open en verschaft een elektrolytkanaal waardoor het ontwikkelde gas en het elektrolyt kan stromen. De mat kan worden samengedrukt tot een veel kleinere dikte en volume. Ze kan bijvoorbeeld worden samengedrukt tot ongeveer 50 tot 90% of 35 nog verder van zijn oorspronkelijke volume en/of dikte en wordt daartoe samengeperst of gedrukt tussen het membraan en de geleidende achterplaat van de cel door deze elementen tegen elkaar te klemmen. De samendrukbare laag is beweegbaar, dat wil zeggen ze is niet vastgelast of aange-40 hecht aan de celeindplaat of aan het tussenliggende scherm 800 42 38 * ·* 13 en ze geleidt de stroom in hoofdzaak door mechanisch contact ermee waardoor een geschikte verbinding wordt verkregen tussen de elektrische bron en de elektrode.

De mat is beweegbaar of verschuifbaar met betrekking 5 tot de aangrenzende oppervlakken van dez e elementen waarmee contact wordt gemaakt. Wanneer de kleinkracht wordt uitgeoefend dan zullen de draadlussen of spoelen die de veerkrachtige mat vormen worden afgebogen en lateraal worden verschoven waardoor de druk uniform over het gehele opper-10 vlak waarmee het in contact staat wordt verdeeld. Op deze wijze functioneert het veel beter dan afzonderlijke veren verdeeld over een elektrode oppervlak omdat de veren vast zijn bevestigd en er geen interactie bestaat tussen de druk-punten teneinde een compensatie te verschaffen voor opper-15 valte onregelmatigheden van de dragende oppervlakken.

Een groot deel van de klemkracht van de cel wordt elastisch onthouden door elke afzonderlijke spoel of golving van de metaaldraden die de stroomcoilector vormen.

Omdat er in hoofdzaak geen sterke mechanische spanningen 20 worden opgeroepen door de differentiële elastische deformatie van een of meer afzonderlijke spoelen of golvingen van het artikel met betrekking tot de aangrenzende golvingen zal bij de veerkrachtige collector volgens de uitvinding het te sterk samenklemmen of ongewenst verdunnen 25 van het membraan bij de zwaarder belaste punten of gebieden tijdens de samenstelling van de cel op effectieve wijze worden voorkomen. Tamelijk hoge afwijkingen van de vlakheid van de stroomvoerende structuur of de tegenover liggende elektrode kunnen op deze wijze worden toegelaten als ook afwij-30 kingen van de paralleliteit tussen de genoemde structuur en de celachterplaat of de achterste drukplaat.

De veerkrachtige elektrode volgens de uitvinding vormt bij voorkeur de kathode en is geassocieerd met of geplaatst tegenover een anode die van een meer stijver type kan zijn, 35 hetgeen betekent dat de elektrode aan de anode zijde min of meer stijf kan worden ondersteund. In de cellen voor elektrolyse van natriumchloride oplossingen bestaat de kathode-mat of de samendrukbare laag bij voorkeur uit een draad van nikkel of een nikkel legering of roestvrij staal vanwege de 40 hoge bestendigheid van deze materialen ten opzichte van 800 42 38 14 aantasting door loog of waterstof. De mat kan worden "bekleed met een metaal of metaaloxyde uit de platinagroep, met cobalt of oxyde daarvan of een andere elektrocatali-sator teneinde de waterstofoverspanning te reduceren.

5 Elk ander metaal dat in staat is om zijn veerkracht te behouden tijdens het gebruik zoals titanium, eventueel bekleed met een niet passiverende bekleding zoals bijvoorbeeld een metaal of oxyde uit de platinagroep, kan hiervoor worden gebruikt. De laatste is bijzonder bruikbaar bij toepas-10 sing in contact met van een zuur afgeleide anolyten.

Zoals reeds werd opgemerkt kan een elektrodelaag van elektrodedeeitjes van een metaal of oxyde uit de platinagroep of een ander bestandig elektrodemateriaal worden aangehecht aan het membraan. Deze laag heeft over het alge-15 meen een dikte van tenminste ongeveer 40 tot 150 micron en kan worden geproduceerd zoals beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 5«297.484 en indien gewenst kan de laag worden aangebracht aan beide zijden van het diafragma of membraan. Omdat de laag in hoofdzaak continu is alhoewel 20 doorlaatbaar voor gas en elektrolyt, schermt ze de samendrukbare mat af en als gevolg daarvan vindt het grootste deel zo niet de gehele elektrolyseplaats op de laag waarbij weinig of geen elektrolyse, dat wil zeggen gasvorming, plaats vindt op de samengedrukte mat welke contact maakt 25 met de achterzijde van de laag. Dit geldt in het bijzonder indien deeltjes van de laag een lagere waterstofoverspanning (of chlooroverspanning) hebben dan het oppervlak van de mat. In dat geval doet de mat in hoofdzaak dienst als stroomverdeler of collector voor het verdelen van de 30 stroom over de minder elektrisch geleidende laag.

Als in tegenstelling daarmee de samendrukbare mat direct aanrust tegen het diafragma of membraan of zelfs wanneer er een tussenliggend poreus elektrogeleidend scherm of-een andere geperforeerde geleider aanwezig is tussen de 35 mat en het diafragma dan verzekert de open rasterstructuur de aanwezigheid van vrij doorgaande wegen voor het elektrolyt naar achterliggende gebieden die zich op afstand bevinden van het membraan met inbegrip van gebieden die zich aan de voorzijde, het inwendige en het achterste deel van 40 het samendrukbare weefsel kunnen bevinden. De samengedrukte 800 42 38 » *·' 15 mat die open is en niet compleet is afgeschermd kan derhalve een actief elektrode oppervlak vormen dat twee tot vier of meer keer het totaal uitstekende oppervlak kan zijn dat in direct contact staat met het diafragma.

5 Een zekere waardering voor de toename van het opper- vlaktegehied van een meerlaags elektrode is reeds gesuggereerd in het Britse octrooischrift 1.268.182 waarin een meerlaags kathode wordt beschreven voorzien van buitenlagen uit geëxpandeerd metaal en binnenlagen van een dunner en 10 kleiner raster dat kan bestaan uit een gebreid raster, waarbij de kathode in aanraking komt met een cationen uitwissel membraan en elektrolyt naar de rand gericht door de kathode stroomt.

Volgens de uitvinding is gebleken dat een lagere span-15 ning wordt bereikt door een samendrukbare mat toe te passen welke dankzij golvingen, krullen, plooiingen of een andere configuratie voorzien is van een groot deel aan draden of geleiders die verlopen over de dikterich~ing van de mat over een afstand die gelijk is aan tenminste een deel van 20 deze dikte. Over het algemeen zijn deze draden gekromd zodat, wanneer de mat wordt samengedrukt deze draden veerkrachtig buigen en de druk verdelen en deze kruisdraden zorgen ervoor dat de potentiaal van de draden aan de achterzijde in hoofdzaak gelijk is aan de potentiaal van de draden die con-25 tact maken met het membraan.

Wanneer een dergelijke mat wordt samengedrukt tegen het diafragma met of zonder gebruikmaking van een tussenliggend scherm, dan kan bij dezelfde stroom een spanning worden bereikt die 5 tot 150 millivolt lager is dan in het geval de 30 mat of het tussenliggende scherm eenvoudig het diafragma aanraakt. Dit vertegenwoordigt een aanzienlijke reductie in het, in kilowatt-uur gemeten verbruik per ton geproduceerd chloor. Als de mat wordt samengedrukt dan zullen de delen ervan die zich op afstand van het membraan bevinden het 35 membraan naderen maar op afstand daarvan blijven en de waarschijnlijkheid en in feite de mate van elektrolyse daar neemt toe en deze toename in oppervlaktegebied maakt een grotere mate van elektrolyse mogelijk zonder een overmatige toename van de spanning· Er wordt een verder voordeel bereikt 40 zelfs wanneer er weinig werkelijke elektrolyse plaats vindt 800 4238 16 aan de achterste delen van de mat omdat de mat heter gepolariseerd is tegen corrosie. Wanneer een nikkelen samendrukbare mat aanrust tegen een doorlopende laag van zeer geleidende elektrodedeeltjes aangehecht aan het diafragma 5 dan kan de elektrische afscherming zo groot zijn dat er weinig of geen elektrolyse plaats vindt op de mat. In zo'n geval is gebleken dat de nikkelen mat de neiging heeft om te corroderen in het bijzonder wanneer er meet dan 15 gew.% alkalimetaalhydroxyde aanwezig is en enig chloride. Met een 10 open geperforeerde structuur die direct in contact staat met het diafragma wordt er voldoende open weg naar op afstand gelegen delen en zelfs naar de achterzijde van de mat verschaft zodat de blootstaande oppervlakken daarvan tenminste negatief gepolariseerd worden of kathodisch be-15 schermd worden tegen corrosie. Dat geldt ook voor oppervlakken waar geen gasvorming of andere elektrolyse plaats vindt. Deze voordelen springen in het bijzonder in het oog 2 bij stroomdichtheden boven 1000 ampere per m elektrode-oppervlak gemeten over het totale oppervlak ingesloten door 20 de elektrode uiteinden.

Bij voorkeur wordt de veerkrachtige mat samengedrukt tot ongeveer 80 tot 30% van zijn oorspronkelijke niet samengedrukte dikte onder een compressiedruk die tussen 50 en 2000 gram per cm geprojecteerd gebied bedraagt. Zelfs in 25 zijn samengedrukte toestand moet de veerkrachtige mat zeer poreus zijn omdat de verhouding tussen het lege volume en het aanwezige volume van de samengedrukte mat uitgedrukt in een percentage bij voorkeur tenminste gelijk moet zijn aan 75% (zelden beneden de 50%) en meer in het bijzonder bij 50 voorkeur gelegen moet zijn tussen 85% en 96%· Dit kan worden berekend door het meten van het volume dat door de tot een zekere mate samengedrukte mat in beslag wordt genomen alsmede het gewicht van de mat te meten. Omdat de dichtheid van het metaal van de mat bekend is kan zijn vaste volume 35 worden berekend door het volume te delen door de dichtheid waaruit het volume van de vaste matstructuur wordt verkregen en het volume van de lege ruimte wordt vervolgens verkregen door dit cijfer af te trekken van het totaal volume, “et is gebleken dat wanneer deze verhouding buitenge-40 woon laag wordt, bijvoorbeeld door de veerkrachtige mat met 800 42 38 17 r % minder dan 30% van zijn niet samengedrukte dikte samen te drukken, dan begint de celspanning op te lopen waarschijnlijk gedeeltelijk als gevolg van een afname van de mate van massa transport naar de actieve oppervlakken van de elektrode en/ 3 of de mogelijkheid van het elektrodestelsel om adequate afvoer voor het gegenereerde gas te bieden. Een typische karakteristiek van celspanningen als functie van de mate van compressie en de verhouding tot de lege ruimten van de samendrukbare mat wordt later aan de hand van voorbeelden 10 nog besproken.

De diameter van de gebruikte draad kan binnen een breed gebied variëren afhankelijk van het toegepaste vorm- of textureerproces, maar de diameter moet in elk geval klein genoeg zijn om de gewenste eigenschappen wat betreft veer-15 kracht en deformeerbaarheid bij de celsamenstellingsdruk te bereiken. Een samenstellingsdruk corresponderend met een belasting van 50 tot 500 g/cm van het elektrode oppervlak wordt normaal vereist om een goed elektrisch contact te verkrijgen tussen de aan het membraan gehechte elektroden 20 en de respectievelijke stroomvoerende structuren of collectoren alhoewel hogere drukken, gebruikelijk tot maximaal 2000 g/cm , kunnen worden toegepast.

net is gebleken dat door het verschaffen van een deformatie van de veerkrachtige elektroden volgens de uit-25 vinding van ongeveer 1,5 tot 3 mm, hetgeen correspondeert met een compressie die niet groter is dan 60% van de dikte van het niet samengedrukte artikel bij een druk van onge-veer 400 g/m van het geprojecteerde oppervlak, ook een contactdruk met de elektroden kan worden verkregen binnen 30 de bovengenoemde grenzen in cellen met een groot oppervlak-teverloop en met afwijkingen van de vlakheid tot 2 mm per meter (mm/m).

De diameter van de metaaldraad ligt bij voorkeur tussen 0,1 of minder en 0,7 mm terwijl de dikte van het niet samen-35 gedrukte artikel, dat wil zeggen ofwel de diameter van de wikkelingen ofwel de amplitude van de golvingen 5 of meer keer de draaddiameter is en bij voorkeur ligt in het gebied van 4 tot 20 mm. 2et is dus duidelijk dat de samendrukbare sectie een groot vrij volume omsluit, dat wil zeggen een 40 evenredig deel van het bezette volume dat vrij en open is 800 4 2 38 18 voor een elektrolytstroming en een gasstroming. In de "bovenbeschreven gegolfde weefsels waarin de samendrukbare schroeflijndraden worden toegepast ligt het percentage van het vrije volume boven 75% van het totaal door het weefsel in beslag 5 genomen volume. Dit percentage van het vrije volume moet bij voorkeur niet minder zijn dan 25% en meer in het bijzonder niet minder zijn dan 50% wil de drukval in de gas- en elektrolytstroming door een dergelijk weefsel verwaarloosbaar zijn. Als het gebruik van uit deeltjes opgebouwde elektroden 10 of andere poreuze elektrodelagen die direct aan het oppervlak van het membraan zijn gehecht niet wordt beoogd dan doet de direct met het membraan in contact komende veren mat of weefsel dienst als elektrode. Het is nu verrassender-wijze gebleken dat slechts een in hoofdzaak verwaarloosbare 15 celspanning verslechtering ontstaat in vergelijking tót het gebruik van aangehechte poreuze elektrodelagen als een voldoende dichtheid van veerkrachtig vervaardigde contactpunten tussen het elektrode oppervlak en het membraan wordt verschaft. De dichtheid van contactpunten moet tenminste p 20 50 punten per cm membraanoppervlak bedragen en by voor- 2 keur 50 punten of meer per cm . Het contactoppervlak van elk afzonderlijk contactpunt moet daarentegen zo klein mogelijk zijn en de verhouding tussen het totale contactoppervlak en het corresponderend aanliggende membraangebied moet 25 kleiner zijn dan 0,6 en bij voorkeur kleiner zijn dan 0,4.

Het is in de praktijk geschikt gebleken om een plooibaar metalen raster te gebruiken met een gatenafmeting van maximaal 2000 micron, bij voorkeur minder dan 840 micron en over het algemeen tussen 840 en 74- micron of een nog fijner 50 raster van geëxpandeerd metaal te gebruiken met soortgelijke eigenschappen aangebracht tussen de veerkrachtig samengedrukte mat en het membraan. De maat van de rastergaten hangt af van het aantal draden per inch.

“et is gebleken dat onder deze omstandigheden met fijne 55 en dichte contacten veerkrachtig gerealiseerd tussen het elektrodescherm en het oppervlak van het membraan een groot gedeelte van de elektrode reactie plaats vindt aan het contactoppervlak tussen de elektrode en de ionen uitwissel-groepen aanwezig in het membraanmateriaal waarbij het groot-40 ste deel van de ionische geleiding plaats vindt in of door 4 800 42 38 t i 19 het membraan en er weinig of geen geleiding plaats vindt in de vloeibare elektrolyt in contact met de elektrode. De elektrolyse van zuiver, twee maal gedisteleerd water met een weerstandswaarde van meer dan 2 miljoen Ohm/cm is bij— 5 voorbeeld succesvol uitgevoerd in een cel van dit type voorzien van een cationenuitwisselmembraan bij een verrassend lage celspanning.

Als bovendien de elektrolyse van alkalimetaalpekel wordt uitgevoerd in dezelfde cel dan wordt er geen aanmer-10 kelijke verandering in de celspanning ondervonden door de oriëntatie van de cel te veranderen van horizontaal naar vertikaal hetgeen aangeeft dat de bijdrage aan de celspan-ningsval die wordt toegeschreven aan het zogenoemde "bel-, letjeseffect" verwaarloosbaar is. Dit gedrag is in goede 15 overeenstemming met dat van een vaste elektrolytcel met uit deeltjes opgebouwde elektroden aangehecht aan het membraan en het staat in contrast met dat van traditionele membraan-cellen uitgevoerd met grove poreuze elektroden, ofwel in contact met het membraan of op korte afstand daarvan, waar-20 in het belletjeseffect een grote bijdrage heeft aan de celspanning welke normaal lager is wanneer de gas genererende poreuze elektrode horizontaal wordt gehouden onder een zekere laag van elektrolyt en is maximaal wanneer de elektrode vertikaal staat vanwege de vermindering van de mate 25 van gasontkoppeling en vanwege de toenemende gasbelletjes populatie langs de hoogte van de elektrode als gevolg van accumulatie.

Een verklaring van dit onverwachte gedrag is gedeeltelijk te baseren op het feit dat de cel zich hoofdzakelijk 30 gedraagt als een vaste elektrolytcel omdat het belangrijkste gedeelte van de ionische geleiding plaats vindt in het membraan terwijl verder de veerkrachtig gerealiseerde contacten van extreem kleine individuele contactgebieden tussen de fijnmazige elektroderasterlaag en het membraan in 35 staat zijn om gemakkelijk de zeer kleine gashoeveelheid die ontstaat nabij het contact af te voeren zodat het contact direct wordt hersteld zodra de gasdruk verdwenen is. De veerkrachtig samengedrukte elektrodemat verzekert een in hoofdzaak uniforme contactdruk en een uniforme en nagenoeg 40 gehele bedekking van kleine contactpunten met hoge dicht- 800 42 38 20 heid tussen het elektrode oppervlak en het membraan terwijl het geheel op effectieve wijze dienst doet als gasontlaad-veer waarmee een in hoofdzaak constant contact wordt gehandhaafd tussen het elektrode oppervlak en de functionele 5 ionen uitwisselgroepen op het oppervlak van het membraan die dienst doen als elektrolyt van de cel.

Beide elektroden van de cel kunnen voorzien zijn van een veerkrachtig samendrukbare mat en een fijnmazig raster, 2 waarmee tenminste 30 contactpunten per cm kunnen worden 10 gerealiseerd, respectievelijk vervaardigd uit materialen die bestendig zijn voor het anolyt en het katholyt. Het verdient de voorkeur dat slechts een elektrode van de cel de veerkrachtig samendrukbare mat volgens de uitvinding geassocieerd met een fijnmazig elektroderaster bevat terwijl 15 de andere elektrode van de cel in hoofdzaak een stijve poreuze structuur bezit bij voorkeur eveneens voorzien van een fijnmazig raster aangebracht tussen de grove stijve structuur en het membraan.

Teneinde de uitvinding en zijn diverse eigenschappen 20 beter te illustreren wordt verwezen naar de in de figuren weergegeven uitvoeringsvoorbeelden van de uitvinding.

Figuur 1 toont een fotografische reproductie van een uitvoeringsvorm van een kenmerkende veerkrachtige samendrukbare mat waarmee de uitvinding in praktijk kan worden 25 gebracht·

Figuur 2 toont een fotografische reproductie van een andere uitvoeringsvorm van een veerkrachtige samendrukbare mat welke volgens de uitvinding kan worden toegepast.

Figuur 3 toont een fotografische reproductie van een 30 verdere uitvoeringsvorm van de veerkrachtige samendrukbare mat welke volgens de uitvinding kan worden toegepast.

Figuur 4 toont een opengewerkte horizontale doorsnede door een vaste elektrolytcel volgens de uitvinding voorzien van een kenmerkend samendrukbaar elektrodestelsel waarin 35 het samendrukbare gedeelte voorzien is van schroeflijnvormige spiraaldraden.

Figuur 5 toont een horizontale doorsnede door de samengestelde cel uit figuur 4.

Figuur 6 toont een opengewekt perspectiefaanzicht van 40 een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de stroomcollector 800 42 38 21 bestemd voor de cel uit figuur 4.

Figuur 7 toont een opengewerkt perspectief aanzicht van een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de stroomcol-lector voor de cel uit figuur 4.

5 Figuur 8 toont een opengewerkte doorsnede van een andere voorkeursuitvoeringsvorm van de elektrolytcel volgens de uitvinding.

Figuur 9 toont een horizontale doorsnede van de samengestelde cel uit figuur 8.

10 Figuur 10 toont een horizontale doorsnede van een an dere voorkeursuitvoeringsvorm van de cel volgens de uitvinding .

Figuur 11 toont schematisch een vertikale deeldoor-snede van de cel uit figuur 10.

15 Figuur 12 toont een schema ter illustratie van het elektrolyt circulatiestelsel dat gebruikt wordt bij de cel volgens de uitvinding.

Figuur 13 illustreert in een grafiek de spanningsre-ductie die wordt bereikt bij een toename van de druk op de 20 elektrode en het diafragma.

De samendrukbare elektrode of een deel daarvan is geïllustreerd in figuur 1 en bestaat uit een reeks in elkaar grijpende schroeflijnvormige cylindrische spiralen opgebouwd uit nikkeldraad met een diameter van 0,6 mm (of minder) 25 waarbij de wikkelingen zodanig zijn gewonden dat ze telkens door de wikkelingen van de aangrenzende spiraal verlopen terwijl verder in het uitvoeringsvoorbeeld de diameter van de wikkelingen gelijk is aan 15 mm.

Een verdere uitvoeringsvorm, geïllustreerd in figuur ' 30 2, is opgebouwd uit schroeflijnvormige spiralen welke zijn afgeplat tot een elliptische doorsnede, opgebouwd uit nikkeldraad van 0,5 mm diameter, waarbij de wikkelingen onderling in de wikkelingen van de aangrenzende schroeflijn verlopen terwijl de kleinste as van de doorsnede 8 mm be-35 draagt.

Een verdere uitvoeringsvoorbeeld van de structuur is geïllustreerd in figuur 3 welke uitvoeringsvorm is opgebouwd als een gebreid raster uit nikkeldraad met een diameter van 0,15 mm gegolfd door een vormproces, waarbij de amplitude of 40 de hoogte of de diepte van de golvingen gelijk is aan 5 mm 8004238 22 en de steek tussen de golven gelijk is aan 5mm. De golvingen kunnen de vorm aannemen van elkaar snijdende golfpatronen in de vorm van een visgraat zoals geïllustreerd is in figuur 3· 5 In figuur 4 is een vaste elektrolytcel geïllustreerd die bijzonder bruikbaar is voor elektrolyse van natrium-chloride mengsels en waarin een stroomcollector volgens de uitvinding wordt toegepast, welke cel voorzien is van een vertikale anodische eindplaat 3 voorzien van een afdich-10 tingsoppervlak 4 langs de gehele omtrek ervan teneinde afdichtend contact te kunnen maken met de randen van het membraan 3 waarbij indien gewenst eeS°$ïoeistof ondoordringbare isolerende (niet geïllustreerde) pakking kan worden aangebracht. De anodische eindplaat 3 is verder.voorzien 15 van een centraal gebied 6 met uitsparingen gezien ten opzichte van het genoemde afdichtingsoppervlak van welk gebied het oppervlak correspondeert met het gebied van de aan het membraanoppervlak aangehechte anode 7· De eindplaat kan worden vervaardigd uit staal waarbij de zijde die in contact 20 komt met het anolyt kan worden bekleed met titanium of een ander passiveerbaar filmvormend metaal of vervaardigd kan worden uit grafiet of vormbare mengsels van grafiet en chemisch bestendig harsbindmiddel.

De anodische collector is bij voorkeur opgebouwd uit 25 titanium, niobium of een ander filmvormend metaalraster of een geëxpandeerde plaat 8 bekleed met een niet passiveerbaar en tegen elektrolyse bestendig materiaal zoals een edelmetaal en/of oxyde en gemengde oxyde van metalen uit de platinagroep. Het raster of de geëxpandeerde plaat 8 30 is aangelast of rust eenvoudig op de reeks van ribben of uitstekende delen 9 van titanium of een ander filmvormend materiaal aangelast aan het centrale uitsparingsgebied 6 van de celeindplaat, zodanig dat het raster vlak parallel en bij voorkeur coplanair verloopt met het vlak van het af-35 diclitingsoppervlak 4 van de eindplaat.

De vertikale kathodische eindplaat 10 heeft aan zijn binnenzijde een centraal uitsparingsgebied 7 gezien ten opzichte van het randafdichtingsoppervlak 12 en dit uitsparingsgebied 11 is in hoofdzaak planair, dat wil zeggen voor-40 zien van ribben en verloopt parallel aan het vlak van het 800 42 38 23 afdichtingsoppervlak. Binnen het genoemde uitsparingsgebied van de kathodische eindplaat is een veerkrachtig samendrukbare stroomcollector 13 volgens de uitvinding aangebracht, bij voorkeur vervaardigd uit een nikkel legering.

5 De dikte van de niet samengedrukte veerkrachtige col lector is bij voorkeur 10 tot 60% groter dan de diepte van de centrale uitsparingszone 11 gezien ten opzichte van het vlak van de afdichtingsoppervlakken en tijdens de montage van de cel wordt de collector 10 tot 60% ten opzichte van 10 zijn oorspronkelijke dikte samengeperst, waardoor een elastische reactiekracht wordt opgeroepen aan het uitstekende oppervlak bij voorkeur in de orde van grootte van 80 tot o 600 g/cm . De kathodische eindplaat 10 kan vervaardigd worden uit staal of een ander elektrisch geleidens materi-15 aal dat bestendig is tegen bijtend loog en waterstof.

Het membraan 5 is bij voorkeur niet doorlatend voor vloeistoffen en uitgevoerd als een cation-permselectief ionenuitwisselend membraan zoals bijvoorbeeld het; membraan opgebouwd uit een polymere film met een dikte van 0,3 nnn 20 uit een copolymeer van tetrafluoretheen en perfluorsulfonyl-ethoxyvinyl ether met ionenuitwisselgroepen zoals sulfon-groepen carboxylgroepen of sulfonamidegroepen. Vanwege zijn kleine dikte is het membraan relarief flexibel en heeft de neiging om door te zakken, te verslappen of op andere wijze 25 te vervarmen tenzij het wordt ondersteund. Dergelijke membranen worden geproduceerd door E.I. DuPont de Nemours onder de handelsnaam Nafion.

Op de anodische zijde van het membraan is het de anode 7 aangeheóht, welke anode bestaat uit een 20-150^um dikke 30 poreuze laag van deeltjes van elektrogeleidend en elektro-catalytisch materiaal, bij voorkeur bestaande uit oxyden of gemengde oxyden van tenminste een metaal uit de platinagroep. Aan de kathodische zijde van het membraan is de kathode 14 aangehecht bestaande uit een 20-150^um dikke poreuze laag 35 van deeltjes van een geleidend materiaal met een lage waterstofoverspanning, bij voorkeur bestaande uit grafiet en platinazwart in een gewichtsverhouding van 1:1 tot 5*1· ^et gebruikte bindmiddel voor het hechten van de deeltjes aan het membraanoppervlak is bij voorkeur polytetra-40 fluoretheen (PTPE) en de elektroden worden gevormd door het 800 4238 24 sinteren van een mengsel van PTFE en de geleidende deeltjes van catalytisch materiaal zodanig dat uit het mengsel een poreuze film wordt gevormd welke film op het membraan wordt geperst bij een voldoend hoge temperatuur om het bindende 5 effect te realiseren. Deze binding wordt tot stand gebracht door de elektrolische lagen met tussenliggend membraan op elkaar te plaatsen en de samenstelling te persen zodanig dat de elektrodedeeltjes in het membraan worden ingebed.

Over het algemeen wordt het membraan gehydrateerd door 10 koken in een waterig elektrolyt zoals een zoutoplossing, een zuur of een alkalimetaalhydroxyde oplossing en het membraan is derhalve sterk gehydrateerd en bevat een aanzienlijke hoeveelheid, 10 tot 20 of meer gewe-% aan water dat gecombineerd is tot hydraat of eenyoudig is geabsorbeerd. In 15 dit geval moet voorzichtig worden gehandeld om een overmatig waterverlies gedurende het laminatieproces te voorkomen.

Omdat het lamineren wordt uitgevoerd door zowel warmte als ook druk aan het laminaat toe te voeren heeft het water de neiging om te gaan verdampen en deze verdamping kan 20 minimaal worden gehouden door een of meer van de volgende maatregelen: 1) het opsluiten van het laminaat in niet doordringbare omhulling, bijvoorbeeld tussen metaalfolies die aan de randen worden afgedicht of tegen elkaar worden geperst zodat 25 rond het laminaat een met water verzadigde atmosfeer wordt gehandhaafd; 2) een juist ontwerp van de vorm zodat water snel terugkeert naar het laminaat; en 5) vormen in een stoomatmosfeer.

30 De op de membraanoppervlakken aangehechte elektroden hebben een geprojecteerd oppervlak dat praktisch correspondeert met de centrale uitsparingsgebieden 6 en 11 van de twee eindplaten.

Figuur 5 toont de cel uit figuur 4 in de gemonteerde 35 toestand waarbij in beide figuren overeenkomstige delen met dezelfde referentiecijfers zijn aangeduid. Zoals in dit aanzicht is getoond zijn de eindplaten 3 en 10 tegen elkaar geklemd waardoor de uit schroeflijnvormige i wikkelingen opgebouwde plaat of mat 13 tegen de elektrode 14 wordt aange-40 drukt. Tijdens het bedrijf van de cel circuleert het anolyt, 800 42 38 25 bijvoorbeeld bestaande uit een verzadigde natriumchloride oplossing, door de anodekamer en bij voorkeur wordt vers anolyt toegevoerd via een inlaatpijp (die niet geïllustreerd is) in de nabijheid van de onderzijde van de kamer en wordt 5 verbruikt anolyt afgevoerd via een uitlaatpijp (eveneens niet geïllusteerd) nabij de bovenzijde van de kamer samen met het vrijgekomen chloor.

De kathodekamer wordt gevoed met water of een verdund loog via een invoerpijp (niet geïllustreerd) aan de onder-10 zijde van de kamer terwijl het geproduceerde loog wordt herwonnen als een geconcentreerde oplossing via een afvoerpijp (niet geïllustreerd) aan de bovenzijde van de genoemde kathodekamer. Het aan de kathode gegenereerde waterstof kan uit de kathodekamer worden gewonnen samen met de geconcen-15 treerde loogoplossing of via een afzonderlijke uitlaatpijp aan de bovenzijde van de kamer.

Omdat de veerkrachtige collector grofmazig en dus open is bestaat er weinig of geen weerstand voor een gasof elektrolytstroming door de samengedrukte collector. De 20 anodische en kathodische eindplaten zijn beiden op de juiste wijze gekoppeld met een externe stroombron en de stroom verloopt door de reeks van ribben naar de anodische stroom_ collector 8 vanwaar de stroom wordt verdeeld over de anode 7 door de veelheid van contactpunten tussen de geëxpan-25 deerde plaat 8 en de anode 7. De ionische geleiding vindt in hoofdzaak plaats door het ionenuitwisselmembraan 5 waarbij de stroom in hoofdzaak wordt geleverd door natrium ionen die door het cationische membraan 5 verlopen van de anode 7 naar de kathode 14 van de cel. De stroomcollector 15 ver-50 zamelt de stroom van de kathode 14 door middel van een veelheid van contactpunten tussen de nikkeldraad en de kathode en transporteert de stroom naar de kathode eind-plaat 10 via een veelheid van contactpunten.

Ha de montage van de cel waarbij de stroomcollector 15 55 in de samengedrukte toestand is gebracht hetgeen heeft geleid tot een deformatie bij voorkeur tussen 10 en 60% van de oorspronkelijke dikte van het element, dat wil zeggen een deformatie van de afzonderlijke windingen of golvingen, wordt een elastische reactiekracht uitgeoefend op het kathode-40 oppervlak 14 en derhalve ook op het vasthoudende oppervlak 800 4 2 38 26 dat wordt vertegenwoodigd door de in hoofdzaak niet defor-meerbare anodische stroomcollector 8. Deze reactiekracht zorgt voor het handhaven van de gewenste druk op de contactpunten tussen de kathodische collector en de anodi-5 sche collector en respectievelijk de kathode 14 en de anode 7.

De afwezigheid van mechanische beperkingen voor de differentiële elastische deformatie tussen de aangrenzende spiralen of aangrenzende golvingen van de veerkrachtige 10 stroomcollector maakt het voor de collector mogelijk om onvermijdelijke lichte afwijkingen van de vlakheid of de paralleliteit tussen de samenwerkende vlakken vertegenwoordigd door de anodische collector 8 en het oppervlak 11 van , het kathodecompartiment te vereffenen. Dergelijke lichte 15 afwijkingen welke normaal optreden in standaardfabrikage-processen kunnen derhalve in aanzienlijke mate worden gecompenseerd.

In de figuren 6 en 7 zijn schematisch door middel van opengewerkte perspectief aanzichten twee voorkeursuitvoe-20 ringsvormen van de veerkrachtig samendrukbare stroomcollec-tormat 15 van de cel geïllustreerd in de figuren 4 en 5 getoond. Terwille van de eenvoud zijn alleen de relevante delen weergegeven welke zijn aangeduid met dezelfde referent iecijfers als in de figuren 4 en 5· De veerkrachtig sa-25 mendrukbare mat uit figuur 6 is opgebouwd uit een reeks schroeflijnvormig gewikkelde cilindrische spiralen uit nik-keldraad 13 met een diameter van 0,6 mm, waarbij de spoelen bij voorkeur onderling in elkaar zijn gewikkeld zoals duidelijker te zien is in de fotografische reproductie van figuur 30 1 en de diameter van de spoelen in het uitvoeringsvoorbeeld 10 mm bedraagt. Tussen het veerkrachtige weefsel of raster 13a en het memebraan 5 welk membraan op zijn oppervlak de kathodelaag 14 draagt is een dunne poreuze plaat 13b aangebracht welke met voordeel kan bestaan uit een geëxpan-35 deerde nikkelplaat met een dikte van 0,3 mm. De poreuze plaat 13 is zeer flexibel of plooibaar en levert een verwaarloosbare weerstand voor verbuigingen of vervormingen onder invloed van de elastische reactiekrachten uitgeoefend door de draadlussen van de laag 13a bij aanpersen tegen het 40 membraan 5· Figuur 7 geeft een soortgelijke uitvoeringsvorm 800 4 2 38 27 als "beschreven is in figuur 6 maar nu is het veerkrachtig samendrukbare weefsel van de laag 13a opgebouwd als een gegolfd gebreid weefsel van nikkeldraad met een diameter van 0,15 op de wijze zoals geïllustreerd is in de fotografische 5 reproductie van figuur 3·

Figuur 8 toont een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding waarin de cel die in het bijzonder bestemd is voor elektrolyse van natriumchloride oplossingen, voorzien is van een samendrukbare elektrode of stroomcóllector volgens 10 de uitvinding, samenwerkend met een vertikale anodische eindplaat 3 voorzien van een afdichtingsoppervlak 4 langs de gehele omtrek ervan welk oppervlak afdichtend contact maakt met de rand van het diafragma of membraan 5 eventueel met tussenvoeging van een voor vloeistof niet doordringbare 15 isolerende randpakking (in de figuur niet geïllustreerd).

De anodische eindplaat 3 is eveneens voorzien van een centraal uitsparingsgebied 6 gezien ten opzichte van her afdichtingsoppervlak met een vlak verlopend van een lager gelegen gebied waar pekel wordt geïntroduceerd naar een 20 hoger gelegen gebied waar de verbruikte of gedeeltelijk verbruikte pekel en het gegenereerde chloor wordt ontladen, welke gebieden over het algemeen aan de boven- en onderzijde gemakkelijk bereikt kunnen worden. De eindplaat kan vervaardigd zijn van staal waarbij de zijde die in contact komt met 25 het anolyt bekleed kan worden met titanium of een ander passiveerbaar filmvprmend metaal of kan bestaan uit grafiet of een vormbaar mengsel van grafiet en een chemisch bestendig harsbindmiddel of een ander anodisch bestendig materiaal.

30 Se anode bestaat bij voorkeur uit een voor gas en elek trolyt doorlaatbaar raster of geëxpandeerde plaat 8 uit titanium, niobium of een ander filmvormend materiaal bekleed met een niet passiveerbaar en tegen elektrolyse bestendig materiaal zoals een edelmetaal en/of oxyden en gemengde 35 oxyden van metalen uit de platinagroep of een andere elek-trocatalytische bekleding welke dienst doet als anodisch oppervlak bij plaatsing op een elektrogeleidend substraat.

De anode is in hoofdzaak stijf en de plaat is voldoende dik om de elektrolysestroom vanaf de ribben 9 zonder overmatige 40 Ohmsche verliezen te transporteren. Bij voorkeur wordt een 800 4238 28 fijnmazig plooibaar raster dat kan bestaan uit hetzelfde materiaal als het grove raster 8 aangebracht op het oppervlak van het grove raster 8 teneinde fijne contacten te rea_ liseren met het membraan met een dichtheid van 30 of meer p 5 en bij voorkeur 60 tot 100 contactpunten per cm membraan-oppervlak. Het fijnmazige raster kan worden gepuntlast aan het grove raster of kan tussen het raster 8 en het membraan worden ingeklemd. Het fijnmazige raster wordt bekleed met edelmetaal of met geleidende oxyden die bestand zijn tegen 10 het anolyt.

De vertikale kathodische eindplaat 10 heeft aan zijn binnenzijde een centraal uitsparingsgebied 11 gezien ten opzichte van het afdichtende randoppervlak 12 en dit uitsparingsgebied 11 is in hoofdzaak planair, dat wil zeggen uit-15 gevoerd zonder ribben en verloopt parallel aan het afdich-tingsvlak. Het veerkrachtig samendrukbare elektrode element 13 volgens de uitvinding is bij voorkeur vervaardigd uit een wikkellegering en gepositioneerd binnen dit uitsparingsgebied van de kathodische eindplaat. In de geïllus-20 treerde uitvoeringsvorm is de elektrode opgebouwd uit eenf opgewikkelde draad of een aantal in elkaar grijpende opgewikkelde draden en deze spoelen kunnen direct contact maken met het membraan. Bi; voorkeur echter wordt een raster 15 op de geïllustreerde wijze geplaatst tussen de draadwikke-25 lingen en het membraan zodanig dat de draadwikkelingen en het raster verschuifbaar met elkaar en het membraan contact maken. De ruimten tussen de aangrenzende spiralen van de schroeflijnen moeten groot genoeg zijn om een gemakkelijke doordtroming of beweging van gas en elektrolyt tussen de 30 spiralen bijvoorbeeld in en uit het door de schroeflijnen omsloten centrale gebied mogelijk te maken. Deze ruimten zijn in hun algemeenheid groot, meestal 3 tot 5 of meer keer groter dan de diameter van de draad. De dikte van de niet samengedrukte schroeflijnvormige draadspoel is bij voorkeur 35 10 tot 60% groter dan de diepte van de central® uitsparings- zone 11 gezien ten opzichte van het vlak van afdichtings-oppervlakken. Tijdens de samenstelling van de cel wordt de spoel over 10 tot 60% van zijn oorspronkelijke dikte samengedrukt waardoor een elastische reactiekracht wordt uit- 4-0 geoefend op het oppervlak in de orde van 80 tot 100 g/cm .

8004238 29

De kathodische eindplaat 10 kan vervaardigd zijn uit staal of een ander elektrisch geleidend materiaal dat bestand is tegen loog en waterstof, het membraan 5 is bij voorkeur een voor vloeistof ondoordringbaar en cation-5 warmselectief ionenwisselend membraan zoals in het bovenstaande reeds werd besproken. Het raster 15 kan op geschikte wijze worden vervaardigd uit nikkeldraad of een ander materiaal dat bestendig is tegen corrosie onder kathodische omstandigheden. Alhoewel dit raster een zekere stijfheid 10 kan hebben moet het bij voorkeur flexibel zijn en in hoofdzaak niet stijf zodat het gemakkelijk kan buigen als aanpassing aan onregelmatigheden van het kathodische membraan-oppervlak. Deze onregelmatigheden kunnen aanwezig zijn in het membraanoppervlak zelf maar worden over het algemeen 15 veroorzaakt door onregelmatigheden in de stijve anode waar het membraan tegenaan rust. In het algemeen is het raster flexibeler dan de schroeflijnvormige elementen.

Voor de meeste doeleinden moeten de maasopeningen van het raster kleiner zijn dan de afmetingen van de openingen 20 tussen de windingen van de schroeflijnspiralen en rasters met openingen van 0,5 tot 5 mm in breedte en lengte zijn geschikt gebleken alhoewel ook fijnere rasters worden toegepast in voorkeursuitvoeringsvormen van de uitvinding. Het tussenliggende raster kan een aantal functies vervullen.

25 Omdat het raster elektrogeleidend is heeft het raster in de eerste plaats een actief elektrodeoppervlak. In de tweede plaats doet het dienst om te voorkomen dat de schroef-lijnvormen of andere samendrukbare elektrode elementen lokaal het membraan afschaven, doordringen of dunner maken 30 als de samengedrukte elektrode aandrukt tegen het raster in een lokaal gebied. Het raster helpt de druk langs het membraanoppervlak tussen de aangrenzende drukpunten te distribueren en voorkomt tevens dat een vervormde spiraalsectie in het membraan doordringt of het membraan afschuurt.

35 Tijdens de elektrolyse wordt er waterstof en alkali- metaalhydroxyde gegenereerd op het scherm en in zijn algemeenheid op een deel of zelfs op de gehele schroeflijnconfiguratie. Als de schroeflijnspiralen worden samengedrukt dan naderen de achteroppervlakken ervan, dat wil zeggen die 40 delen die af gekeerd zijn of zich op afstand bevinden van het &00 4 2 38 30 membraanoppervlak, het raster en het membraan en hoe groter de mate van compressie, hoe kleiner de gemiddelde afstand tussen de spiralen en het membraan zal zijn en hoe groter de elektrolyse op of tenminste de kathodische polarisatie van 5* het spiraaloppervlak zal zijn. De compressie resulteert dus in een toename van het totale effectieve oppervlaktegebied van de kathode.

Het is gebleken dat compressie van de elektrode op effectieve wijze de totaal benodigde spanning reduceert voor 2 10 het handhaven van een stroom van 1000 ampere per m actief membraanoppervlak of meer. Tegelijkertijd moet de compressie zodanig worden beperkt dat de samendrukbare elektrode open blijft voor een elektrolyt- en gasstroming. Zoals in figuur 9 is geïllustreerd blijven de spiralen open teneinde cen-15 trale vertikale kanalen te verschaffen waardoor elektrolyt en gas omhoog kan bewegen. Verder blijven de tussenruimten tussen de spiralen open zodat het membraan en de zijkanten van de spiralen toegankelijk blijven voor het katholyt. Het draad van de spiralen is in het algemeen klein en de dia-20 meter ervan varieert van 0,05 tot 0,5 mm. Alhoewel diktere draden gebruikt kunnen worden zullen deze over het algemeen stijver en minder samendrukbaar zijn en derhalve zullen zelden draden met een diameter van meer dan 1,5 mm worden toegepast .

25 figuur 9 illustreert de cel uit figuur 8 in gemonteer de toestand waarbij corresponderende delen met dezelfde refe-rentiecijfers zijn aangeduid. Zoals in dit aanzicht te zien is zijn de eindplaten 3 en 10 tegen elkaar geklemd waardoor de schroeflijn spoelenplaat of mat 13 tegen de elektrode 30 15 wordt gedrukt. Tijdens de werking van de cel circuleert anolyt, bijvoorbeeld bestaande uit een verzadigde natrium-chloride oplossing, door de anodekamer en bij voorkeur wordt vers anolyt via een (niet geïllustreerde) inlaatpijp in de nabijheid van de kamerbodem ingevoerd en verbruikt anolyt 35 via een (niet geïllustreerde) uitlaatpijp in de nabijheid van de kamerbovenzijde samen met het gegenereerde chloor afgevoerd.

De kathodekamer wordt gevoed met water of een verdund waterig alkali via een (niet geïllustreerde) invoerpijp aan 40 de onderzijde van de kamer terwijl het geproduceerde alkali 800 42 38 31 als geconcentreerde oplossing via een (niet geïllustreerde) afvoerpijp aan de bovenzijde van de kathodekamer wordt afgevoerd. Het aan de kathode gegenereerde waterstof kan uit de kathodekamer worden verwijderd ofwel tesamen met de 5 geconcentreerde loogoplossing of via een andere aan de bovenzijde van de kamer aanwezige afvoerpijp·

De anodische en kathodische eindplaten zijn beiden op geschikte wijze gekoppeld met een externe stroombron en de stroom verloopt door de reeks van ribben 9 naar de anode 10 8. De ionische geleiding vindt in hoofdzaak plaats door het ionenuitwisselmembraan 5 waarbij de stroom in hoofdzaak wordt geleverd door natriumionen die migreren door het cationische membraan 5 van de anode Snaar de kathode 15 van de cel. De elektroden bveren een groot aantal con-15 tactpunten op het membraan waardoor de stroom uiteindelijk verloopt naar de kathode eindplaat 10 via een aantal contactpunten.

Ha samenstelling van de cel oefent de stroomcollector 13 in zijn samengeperste toestand waarin een deformatie van 20 bij voorkeur tussen 10 en 60% van de oorspronkelijke dikte van het element is bereikt, dat wil zeggen een deformatie van de afzonderlijke spoelen of golvingen ervan, een elastische kracht uit op het kathode oppervlak 14 en derhalve op het houtoppervlak dat vertegenwoordigd wordt door de 25 relatief meer stijve en in hoofdzaak niet deformeerbare anode of anodische stroomcollector 8. Deze reactiekracht handhaaft de gewenste druk op de contactpunten tussen de kathode en het membraan alsmede het rasterdeel en het schroeflijngedeelte van de kathode.

30 Omdat de schroeflijnvormige spiralen en het raster ver schuifbaar zijn ten opzichte van elkaar en ten opzichte van het membraan alsmede ten opzichte van de achterste steun-wand zal de afwezigheid van mechanische houdmiddelen voor de differentiële elastische deformatie tussen de aangren-35 zende spiralen of golvingen van de veerkrachtige elektrode het mogelijk maken dat de elektrode zich lateraal aanpast aan onvermijdelijke kleine afwijkingen van de vlakheid of paralleliteit tussen de samenwerkende vlakken vertegenwoordigd door de anode 8 en het steunvlak 11 van het kathode_ 40 compartiment. Deze kleine variaties treden normaal op bij 800 4238 32 standaardfabrikageprocessen en worden op deze wijze in aanzienlijke mate gecompenseerd.

De voordelen van de veerkrachtige elektrode volgens de uitvinding komen volledig tot hun recht en worden gewaar-5 deerd in industrieele elektrolyse inrichtingen van het fil-terperstype waarin een groot aantal elementaire cellen op elkaar wordt geklemd in een serieconfiguratie teneinde modulen met een hoge productiecapaciteit te vormen. In zo'n geval worden de eindplaten van de tussenliggende cellen 10 gevormd door de oppervlakken van de bipolaire scheidings-elementen welke op elk respectievelijk oppervlak de anode-en kathodestroomcollector dragen. De bipolaire scheidings-elementen doen niet alleen dienst als wand voor de respectievelijke elektrodekamers maar verbinden ook de anode van 15 de ene cel in serie met de kathode van de aangrenzende cel.

Als gevolg van hun vergrote deformeerbaarheid maken de veerkrachtig samendrukbare elektroden volgens de uitvinding een meer uniforme verdeling van de kleindruk van de filterpersmodule over elke afzonderlijke cel mogelijk en dit 20 geldt in thet bijzonder wanneer de tegenover gelegen zijde van elk membraan stijf ondersteund wordt door een relatief stijve anode 8. In dergelijke seriecellen wordt het gebruik van veerkrachtige pakkingen op de afdichtoppervlakken van de afzonderlijke cellen aanbevolen om te vermijden dat de 25 veerkracht van de samengeperste filtermodule wordt begrensd door de membraanveerkracht. Een groter voordeel kan derhalve worden verkregen van de elastische deformatie eigenschappen van de veerkrachtige collectoren binnen elke cel van de reeks.

50 Figuur 10 illustreert schematisch een verdere uitvoe ringsvorm volgens de uitvinding waarin een gegolfd weefsel van in elkaar grijpende draden wordt gebruikt als samendrukbaar element van de elektrode in plaats van de schroeflijnvormige spiraaldelen terwijl een extra elektrolytkanaal aan-55 wezig is voor elektrolytcirculatie· Zoals getoond is bevat de cel een anode eindplaat 105 en een kathode eindplaat 110, beiden gemonteerd in een vertikaal vlak waarbij elke eindplaat door middel van zijwanden een kanaal afbakend respectievelijk in de anoderuimte 106 en de kathoderuimte 111.

40 Elke eindplaat is verder voorzien van een afdichtend rand- 800 42 38 35 oppervlak respectievelijk op een. van het vlak van de eind-plaat 104 van de anode uitstekend vlak en een vlak 112 van een van de kathode uitstekend deel. Deze oppervlakken rusten tegen een membraan of diafragma 105 dat zich uitstrekt 5 door de, door de zijwanden ingesloten ruimte.

De anode 108 hevat een relatief stijve niet samendrukbare plaat van geëxpandeerd titaniummetaal of een ander geperforeerd anodisch bestendig substraat, bij voorkeur voorzien van een niet passiveerbare bekleding zoals een bekle-10 ding uit metaal of een oxyde of een oxydemengsel van een metaal uit de platinagroep. Deze plaat heeft dusdanige afmetingen dat ze past binnen de zijwanden van de anode en wordt tamelijk stijf ondersteund door op afstand van elkaar geplaatste elektrobegeleidende metalen of uit grafiet ver-15 vaardigde ribben 109 welke zijn bevestigd aan en uitsteken van de basis van de anode eindplaat 103. De ruimten tussen de ribben maken een gemakkelijke anolytstroom mogelijk waarbij het anolyt aan de bodemzijde wordt ingevoerd en aan de bovenzijde van de ruimten wordt afgevoerd. De gehele eind-20 plaat en de ribben kunnen ook uit grafiet worden vervaardigd of opgebouwd worden uit met titanium bekleed staal of een ander geschikt materiaal. De uiteinden van de ribben rusten tegen de anodeplaat 108 en deze uiteinden kunnen al dan niet bekleed zijn bijvoorbeeld met platina om het elek-25 trische contact te verbeteren en het is ook mogelijk dat de anodeplaat 108 aan de ribben 109 is vastgelast. De stijve doorlatende anodeplaat 108 wordt stevig in een rechtop staande positie gehouden. Deze plaat kan vervaardigd zijn uit geëxpandeerd metaal met schuin opwaarts verlopende 30 openingen gericht van het membraan af (zie figuur 11), teneinde de opstijgende gasbelletjes af te leiden in de richting van de ruimte 106.

Bij voorkeur wordt een fijnmazig plooibaar raster 108a van titanium of een ander filipvormend metaal bekleed met 35 een niet passiveerbare laag welke bij voorkeur bestaat uit een edelmetaal of geleidende oxyden met een lage overspanning voor de anodische reactie (bijvoorbeeld het genereren van chloor) aangebracht tussen de stijve doorlatende plaat 108 en het membraan 105. Het 'fijnmazige raster 108a levert 40 een grote contactdichtheid over een klein membraanoppervlak 800 4238 34 ρ met tenminste 30 contacten per cm . Het raster kan ge-puntlast zijn aan het grove raster 108 of niet.

Aan de kathodezijde steken de ribben 120 buitenwaarts vanaf de basis van de kathode eindplaat 110 over een afstand 5 die een deel vormt van de gehele diepte van de kathode ruimte 111. Deze ribben zijn op afstand aangebracht in de cel zodanig dat parallele ruimten worden verschaft voor de elektrolytstroming. Evenals in de bovenbeschreven&itvoerings-vormen kunnen de kathode eindplaat en de ribben worden ver-10 vaardigd uit staal of een nikkel-ijzer-legering of een ander kathodisch bestendig materiaal. Op de geleidende ribben 120 wordt een relatief stijve drukplaat 122 gelast welke geperforeerd is en een goede elektrolytcirculatie van de ene zijde naar de andere zijde mogelijk maakt. In het algemeen zijn 15 de openingen in deze plaat schuin opwaarts gericht van het membraan of de samendrukbare elektrode af in de richting van de ruimte 111 (zie ook figuur 11). De drukplaat is elektrogeleidend en doet dienst voor het verlenen van polariteit aan de elektrode en voor het uitoefenen van een druk 20 erop en kan bestaan uit geëxpandeerd metaal of een stevig raster van staal, nikkel, koper of legeringen daarvan.

Een relatief fijn flexibel raster 114· rust aan tegen de kathodezijde van het actieve gebied van het diafragma 105 en dit scherm neemt vanwege zijn flexibiliteit en zijn rela-25 tief kleine dikte de contouren aan van het diafragma en derhalve van de anode 108. Dit raster doet in hoofdzaak dienst als kathode en is derhalve elektrogeleidend, dat wil zeggen het raster is vervaardigd van nikkeldraad of een ander kathodisch bestendig draad en kan een oppervlak be-50 zitten met een lage waterstofoverspanning. Het raster verschaft bij voorkeur een hoge contactdichtheid over een klein 2 membraanoppervlak met tenminste 50 contacten per cm . Een samendrukbare mat 113 is aangebracht tussen het kathode-raster 114 en de kathodedrukplaat 122.

35 Zoals in figuur 10 is geïllustreerd is de mat opge bouwd uit een gegolfd of gerimpeld draadmazig weefsel, welk weefsel bij voorkeur bestaat uit een open draadgebreid raster van het type dat geïllustreerd is in figuur 3 waarbij de draadstrengen zijn gebreid in een relatief plat weef-40 sel met in elkaar grijpende lussen. Dit weefsel wordt ver- 800 42 38 35 volgens gegolfd of gerimpeld tot een golf- of rimpelvorm met dicht bij elkaar liggende golvingen, bijvoorbeeld met een onderlinge afstand van 0,3 tot 2 cm en een totale dikte van het samendrukbare weefsel van 3 tot 10 mm. De 3 golvingen kunnen zigzag verlopen of bijvoorbeeld in een vis-graatpatroon zo,als geïllustreerd is in figuur 3 en de mazen van het weefsel zijn groter dan die van het raster 114, dat wil zeggen dat het weefsel grotere porieën bezit.

Zoals in figuur 10 is geïllustreerd is dit gegolfde 10 weefsel 113 aangebracht in de ruimte tussen het fijnmazige raster 114 en de meer stijve geëxpandeerde metalen drukplaat 122. De golvingen verlopen door de ruimte en de lege ruimte binnen het samengedrukte weefsel is nog altijd hoger dan 73°/» en bedraagt bij voorkeur tussen 85 en 96°/o van de totale 15 ruimte waarin het weefsel zich bevindt. Zoals geïllustreerd is verlopen de golven in een vertikale of schuin staande richting zodanig dat er kanalen worden gevormd voor een vrije opwaartse stroming van gas en elektrolyt welke kanalen niet worden belemmerd door draden of weefsel. Dat geldt 20 ook wanneer de golvingen zich over de cel uitstrekken van de ene naar de andere zijde omdat de maas opening en in de zijkanten van de golvingen een vrije fluïdumstroming toelaten.

Zoals reeds werd beschreven aan de hand van de andere 25 uitvoeringsvormen zijn de eindplaten 110 en 103 op elkaar geklemd en gepositioneerd tegen het membraan 105 of een pakking waarmee het membraan wordt afgeschermd van de buitenatmosfeer welke pakking is aangebracht tussen de eind-wanden. De kleindruk zorgt voor het samendrukken van het 30 gegolfde weefsel 113 tegen het fijnere raster 114 dat op zijn beurt het membraan aandrukt tegen het tegenover liggende anodedeel 108a en deze compressie maakt een lagere to-t aal spanning mogelijk. Een test is uitgevoerd waarbij het niet samengedrukte weefsel 113 een totale dikte had van 35 6 mm en het is gebleken dat bij een stroomdichtheid van 2 3000 ampere per m geprojecteerd elektrode oppervlak een spanningsreductie van ongeveer 150 millivolt werd verkregen wanneer de samendrukbare laag werd samengedrukt tot een dikte van 4 mm en ook tot 2 mm boven dat, waargenomen voor 40 dezelfde stroomdichtheid bij nul-samendrukking.

800 42 38 36

Tussen nul en een samendrukking tot 4 mm werd een vergelijkbare spanningsval van 5 tot 150 millivolt waargenomen. De celspanning bleef praktisch constant tot een samendrukking naar ongeveer 2,0 mm en nam van daaraf 5 enigszins toe als de samendrukking verder ging tot onder de 2,0 mm dat wil zeggen tot ongeveer 50% van de oorspronkelijke dikte van het weefsel. Dit vertegenwoordigt een aanzienlijke energiebesparing die 5% of meer kan bedragen voor een pekel-elektrolyseproces.

10 Tijdens de werking van deze uitvoeringsvorm wordt een in hoofdzaak verzadigde waterige oplossing van natrium-chloride ingevoerd aan de onderzijde van de cel en deze oplossing stroomt opwaarts door de kanalen of tussenruimten 105 tussen de ribben 109 en de verarmde pekel en het vrij-15 gekomen chloor ontsnapt aan de bovenzijde van de cel. Water of verdund natriumhydroxide wordt ingevoerd aan de onderzijde van de kathodekamers en stroomt door de kanalen 111 en door de open ruimten in de samengedrukte rasterplaat 115 en het vrijkomende waterstof en de alkali wordt afge-20 nomen aan de bovenzijde van de cel. Elektrolyse wordt veroorzaakt door het aanleggen van een elektrische gelijkstroom-potentiaal tussen de anode- en kathode-eindplaten.

Figuur 11 toont schematisch een deel van een vertikale doorsnede ter illustratie van de stromingspatronen in deze 25 cel waarbij tenminste de openingen in de drukplaat 122 schuin verlopen teneinde een schuin opwaarts gerichte uitlaat opening te verschaffen van het samengedrukte weefsel 115 af waardoor een deel van het vrijkomende waterstof en/of elektrolyt kan ontsnappen naar de achtergelegen elektrolyt-50 kamer 111 (figuur 10). De vertikale ruimten aan de achterzijde van dr drukplaat 122 en de ruimte in beslag genomen door het samengedrukte raster 115 zijn derhalve ingericht voor een opwaartse stroming van katholyt en gas.

Als de toevlucht genomen wordt tot twee van dergelijke 55 kamers dan is het mogelijk om de spleet tussen de drukplaat 122 en het membraan te reduceren en de compressie van de laag 113 te vergroten terwijl de laag toch open blijft voor een fluïdumstroming en daarmee wordt een verhoging bereikt van het totale effectieve oppervlaktegebied aan actieve 40 delen van de kathode.

800 42 38 37

Figuur 12 illustreert schematisch de wijze waarop de cel volgens de uitvinding wordt bedreven. Soals getoond is een vertikale cel 20 van het besproken type, in doorsnede geïllustreerd in de figuren 5» 9 of 10 voorzien van een 5 anolytinlaatleiding 22 die uitmondt aan de onderzijde van de anolytkamer (anodegebied) van de cel alsmede een anolyt-afvoerleiding 24 die begint aan de bovenzijde van het anodegebied. Op soortgelijke wijze mondt een katholyt inlaatlei-ding 26 uit aan de onderzijde van de katholytkamer van de 10 cel 20 en het kathodegebied is voorzien van een uitlaatlei-ding 28 beginnend aan de bovenzijde van het kathodegebied. Het anodegebied is gescheiden van het kathodegebied door een membraan 5 waarbij de anode 8 aangedrukt is tegen de anode zijde daarvan en. de kathode 14 aangedrukt is tegen de 15 kathodezijde. De membraan-elektrodecombinatie verloopt in een opwaartse richting en de hoogte ervan bedraagt in het algemeen tussen 0,4 en 1 meter of meer.

De anodekamer bestaat uit een gebied dat wordr begrensd door het membraan en de anode aan een zijde en de 20 anode eindwand 6 (zie de figuren 5> 9 of 10) aan de andere zijde terwijl de kathode ruimte wordt begrensd door het membraan en de kathode aan de ene zijde en de rechtop staande kathode eindwand aan de andere zijde. Tijdens het bedrijf van het stelsel wordt een waterige pekel toegevoerd vanuit een 25 reservoir 30 via de leiding 32 die verloopt tussen het reservoir 30 en de leiding 22 naar deze leiding 22 terwijl verder een recirculatiereservoir 34· is aangebracht om pekel af te geven aan de onderzijde via de leiding 5· De pekel-concentratie van de oplossing die aan de onderzijde van het 30 anodegebied wordt ingevoerd wordt gecontroleerd, zodat de verzadigingstoestand tenminste dicht wordt benaderd door proportioneren van de relatieve stromingen door de leiding 32 en de pekel die aan de onderzijde van het anodegebied wordt ingevoerd en opwaarts stroomt in contact met de 35 anode. Het gegenereerde chloor stijgt samen met het anolyt op en beiden worden afgevoerd via de leiding 24 naar het 'reservoir 34- Het chloor wordt daar gescheiden en ontsnapt zoals aangegeven is via een uitstroomopening 36 terwijl de pekel wordt verzameld in het reservoir 34 en opnieuw wordt 40 gecirculeerd. Een deel van deze pekel wordt als afgewerkte SO 0 4 2 38 38 pekel via een overstroomleiding 40 afgevoerd en toegevoerd aan een "bron van vast alkalimetaalhalogenide om opnieuw verzadigd en gereinigd te worden. Het aandeel alkali's aardmetaal in de vorm van halogenide of andere samenstel-5 lingen wordt laag gehouden, ruim onder een deel per miljoen delen alkalimetaalhelogenide en veelal zo laag als 50 tot

Q

100 delen alkali's aardmetaal per 107 gewichtsdelen alkali-halogenide.

Aan de kathodezijde wordt water toegevoerd aan de lei-10 ding 26 vanaf een reservoir of andere bron 42 via een leiding 44 welke uitmondt in de recirculatieleiding 26, waar het water wordt gemengd met het hercirculerende alkalime-taalhydroxyde (NaOH) afkomstig via de leiding 26 van het recirculatiereservoir. Het wateralkalimetaalhydroxydemeng-15 sel wordt ingevoerd aan de onderzijde van het kathodegebied en stijgt naar de bovenzijde ervan door de samengedrukte en voor gas doorlaatbare mat 13 (figuren 55 9 of 10) of de stroomcollector. Gedurende de stroming wordt contact gemaakt met de kathode en wordt waterstofgas alsmede alkalimetaal-20 hydroxyde gevormd. De katholytvloeistof wordt afgevoerd via de leiding 28 naar het reservoir 46 waar het waterstof wordt gescheiden en afgevoerd via de opening 48. Alkalime-r taalhydroxyde oplossing wordt afgevoerd via de leiding 50 en de toevoer van water via de leiding 40 wordt zodanig 25 bestuurd dat de concentratie van NaOH of een andere alkali op het gewenste niveau wordt gehouden. Deze concentratie kan een waarde hebben van bijvoorbeeld 5 tot 10 gewichts-procent alkalimetaalhydroxyde maar normaal ligt deze concentratie boven ongeveer 15%, bij voorkeur in het gebied 30 van 15 tot 40 gew.%.

Omdat er gas wordt gegenereerd aan beide elektroden is het mogelijk en heeft ook voordelen om gebruik te maken van de opstijgende eigenschappen van de gegenereerde gassen, hetgeen wordt gedaan door de cel in een gevulde toestand 35 te houden en de anode- en kathode elektrolytkamers relatief klein te houden, bijvoorbeeld met een breedte van 0,5 tot 8 cm. Onder dergelijke omstandigheden stijgt het gegenereerde gas en daarmee elektrolyt snel op en porties elektrolyt en gas worden afgevoerd via de afvoerleidingen naar de re-40 circulatiereservoirs en de circulatie kan, indien gewenst, 800 4 2 38 39 worden ondersteund door pompen.

Gebreid metalen weefsel dat toegepast kan worden als stroomcollector volgens de uitvinding wordt gefabriceerd door Knitmesh Limited, een Engelse firma met kantoren in 5 South Croydon, Surrey, en de gebreide weefsels kunnen variëren in afmetingen en maasfijhheid, Gebruikelijke draad-diameters liggen tussen 0,1 en 0,7 mm alhoewel ook kleinere of grotere draden kunnen worden toegepast en deze draden worden gebreid met ongeveer 1 tot 4 steken per cm, en bij 10 voorkeur 2 tot 4 steken per cm. ^et zal natuurlijk duidelijk zijn dat allerlei variaties mogelijk zijn en dat bijvoorbeeld een gegolfd draadraster met maasafmetingen variërend tussen 149^u en 4000/U kan worden toegepast.

De gebreide, in elkaar grijpende of geweven metaallaag 15 wordt gegolfd teneinde een herhalende golfvormige contour te verkrijgen of wordt los geweven of op andere wijze in dusdanige configuratie wordt gebracht dat een dikte van het weefsel wordt verkregen die 5 tot ICC keer groter is dan de diameter van de draad zodat de laag samendrukbaar is.

20 Omdat de structuur echter in elkaar grijpend is en de beweging door de structuur wordt beperkt wordt de elasticiteit van het weefsel behouden. Dat geldt in het bijzonder wanneer het weefsel is gegolfd of gerimpeld in een ordelijke configuratie van op afstand gelegen golvingen zoals bijvoorbeeld 25 in een visgraatpatroon. verschillende lagen van zo'n gebreid weefsel kunnen indien gewenst op elkaar worden geplaatst.

Wanneer de schroeflijnconstructie die geïllustreerd is in figuur 5 te hulp wordt geroepen dan moeten ook de schroef-30 lijndraden elastisch samendrukbaar zijn. De diameter van de draad en de diameter van de schroeflijn zijn zodanig dat de noodzakelijke samendrukbaarheid en veerkracht wordt verschaft. De diameter van de schroefdraad is in het algemeen 10 of meer keer de diameter van de draad in zijn niet samen-35 gedrukte toestand. Een nikkeldraad van 0,6 mm diameter gewikkeld tot een schroeflijn met een diameter van ongeveer 10 mm is zeer bevredigend gebleken.

Nikkeldraad kan worden toegepast wanneer de draad ka-thodisch wordt gebruikt zoals in het bovenstaande is be-40 schreven en in de figuren is geïllustreerd. Het is echter 800 42 38 40 ook mogelijk om ieder ander metaal dat bestendig is tegen de kathodische invloeden of de corrosie door het elektrolyt of het waterstof, toe te passen en daartoe behoort bijvoorbeeld roestvrij staal, koper, met zilver bekleed koper of 5 iets dergelijks.

Alhoewel in de bovenbeschreven uitvoeringsvormen de samendrukbare collector aan de kathodezijde is getoond zal het duidelijk zijn dat de polariteit van de cellen kan worden opgedraaid zodat de samendrukbare collector ook aan de ano-10 dezijde kan worden toegepast. In dat geval moet de elektro-dedraad natuurlijk bestendig zijn tegen chloor en anodische invloeden en de draden kunnen worden vervaardigd uit een filmvormend metaal zoals titanium of niobium, bij voorkeur bekleed met een elektrogeleidende niet passiverende laag 15 welke bestendig is tegen anodische invloeden zoals een metaal of oxyde uit de platinagroep, bimetallisch spinel, perovskiet enzovoort.

In sommige gevallen kan de toepassing van een samendrukbaar element aan de anodezijde problemen veroorzaken 20 omdat de halogenide elektrolyttoevoer naar het elektrode-membraan kan worden beperkt. Als de anodische gebieden geen voldoende toegang verlenen voor de anolytstroming door de cel dan kan de halogenideconcentratie worden gereduceerd in plaatselijke gebieden als gevolg van de elek-25 trolyse en, wanneer de reductie in te grote mate plaats vindt dan wordt er eerder zuurstof dan halogeen gegenereerd als gevolg van de elektrolyse van water. Dit kan worden vermeden door de contactgebieden met de elektrode-membraan klein te houden, dat wil zeggen zelden meer dan 50 1,0 mm en meestal minder dan -5- mm in breedte en kan even eens effectief worden vermeden door het plaatsen van een relatief fijnmazig scherm bijvoorbeeld maasafmetingen van 2000 micron of minder tussen de samendrukbare mat en het membraanoppervlak.

55 Alhoewel deze problemen ook belangrijk zijn voor de ka thodezijde worden daar., minder moeilijkheden ondervonden omdat de kathodische reactie leidt tot generatie van water- * stof en er is geen sprake van een nevenreactie omdat de producten worden gegenereerd ook als de contactpunten re-40 latief groot zijn omdat water en de alkalimetaalionen migre- 800 4 2 38 41 ren door het membraan zodat zelfs als de kathode een zekere belemmering vormt het niet waarschijnlijk is dat er enige hoeveelheid van een nevenproduct wordt gevormd. Het verdient derhalve de voorkeur om de samendrukbare mat aan de 5 kathodezijde toe te passen.

In de volgende voorbeelden worden diverse voorkeursuitvoeringsvormen van de uitvinding beschreven. Het zal echter duidelijk zijn dat de uitvinding niet tot deze specifieke uitvoeringsvorm beperkt is.

10 Voorbeeld 1.

Een eerste testcel (A) werd geconstrueerd volgens de schematische v^eergave in de figuren 10 en 11. De elektroden waren 500 mm breed en 500 mm hoog en de kathodische eindplaat 110, de kathodische ribben 120 en de doorlatende 15 kathodische drukplaat 122 waren vervaardigd uit staal, galvanisch bekleed met een laag nikkel. De doorlatende drukplaat werd vervaardigd door een 1{ m dikke staalplaat door middel van insnijden te voorzien van ruitvormige opendagen met als hoofdafmetingen 12 en 5 mm. De anodische 20 eindplaat 103 werd vervaardigd uit met titanium bekleed staal en de anodische ribben 109 werden vervaardigd uit titanium.

De anode was voorzien van een grof, in hoofdzaak stijf geëxpandeerd metalen raster 108 van titanium verkregen uit 25 een 1,5 m dikke titaniumplaat waarin door middel van insnijden ruitvormige openingen met hoofdafmetingen van 10 en 5 mm waren aangebracht terwijl verder een fijnmazig raster 108a van titanium werd toegepast verkregen uit een 0,20 mm dikke titaniumplaat waarin door middel van insnijdingen 30 ruitvormige openingen waren aangebracht met hoofdafmetingen van 1,75 en 3*0 mm, welke fijnmazige plaat werd vastgelast aan het binnenoppervlak van het grove raster. -°eide rasters werden bekleed met een laag van gemengde oxyden van ruthenium en titanium, corresponderend met een last van o 35 12 gram ruthenium (als metaal) per m geprojecteerd opper vlak.

De kathode werd samengesteld uit drie lagen gegolfd gebreid nikkel weefsel waaruit de veerkrachtige mat 113 werd gevormd en het weefsel was vervaardigd uit nikkeldraad 40 met een diameter van 0,15 mm. De golving had een visgraat 800 4 2 38 42 patroon, de golfamplitude daarvan bedroeg 4,5 mm en de steek tussen de aangrenzende golftoppen bedroeg 5 mm. Na een voorverpakking van de drie lagen van gegolfd weefsel, uitgevoerd door het op elkaar plaatsen van de laag en het 5 uitoefenen van een gemiddelde druk in de orde van 100 tot o 200 g/cm werd aangenomen dat de mat een niet samengedrukte dikte had van ongeveer 5»6 mm. Dat wil zeggen dat na het opheffen van de druk de mat elastisch terugkeerde tot een dikte van ongeveer 5?6 mm. De kathode bevatte verder een 10 nikkelraster 114 met maasafmetingen van 840 micron gevormd uit nikkeldraad met een diameter van 0,15 mm, waarbij het 2 raster ongeveer 64 contactpunten per cm opleverde met het oppervlak van het membraan 105, hetgeen werd gecontroleerd door het maken van indrukkingen op een vel drukgevoelig 15 papier. Het membraan bestond uit een gehydrateerde folie met een dikte van 0,6 mm en vervaardigd uit een Nafion 315 cationen uitwisselmembraan geproduceerd door DuPont de Nemours, dat wil zeggen een membraan van het perfluorcar-bonzwavelzure type.

20 2r werd verder een referentietestcel (B) van dezelfde afmetingen geconstrueerd en de elektroden werden gevormd volgens de normale commerciële praktijk, met de twee grove stijve schermen 108 en 122, beschreven in het bovenstaande, direct aanrustend tegen de tegengestelde oppervlakken van 25 het membraan 105 zonder gebruik te maken van de fijnmazige rasters 108a en 114 en zonder dat een uniforme veerkrachtige aandrukking tegen het membraan werd toegepast (dat wil zeggen zonder de samendrukbare mat 113)· De testconfiguraties waren soortgelijk aan de configuratie geïllusteerd 30 in figuur 12.

De werkomstandigheden waren als volgt: - inlaat pekelconcentratie 300 g/1 NaCl - uitlaat pekelconcentratie 180 g/1 NaCl

- anolyttemperatuur 80°C

35 - pH van het anolyt 4

- loogconcentratie in katholyt 18 gew.% NaOH

- stroomdichtheid 3000 A/m^

De testcel A werd in bedrijf gesteld en de veerkrachtige mat werd in toenemende mate samengedrukt teneinde de 40 bedrijfskarakteristieken van de cel, namelijk de celspanning 800 4238 43 en de stroom te relateren aan de mate van compressie. In figuur 13 toont de kromme 1 de relatie tussen de celspan-ning en de mate van compressie of de corresponderende uitgeoefende druk. Er valt af te lezen dat de celspanning af-5 neemt met toenemende compressie van de veerkrachtige mat tot een dikte corresponderend met ongeveer 30% van de oorspronkelijke niet samengedrukte matdikte. Voorbij deze mate van compressie heeft de celspanning de neiging om weer enigszins toe te nemen.

10 Door reductie van de mate van compressie tot een mat dikte van 3 mm toont een vergelijking tussen de werking van cel A en de parallel werkende referentiecel B de volgende resultaten:

Celspanning V kathodestroom 0ρ in CI2 15 werkingsgraad % volume % testcel A 3,3 85 4,5

Testcel B 3,7 85 4,5

Teneinde een schatting te kunnen maken van de bijdrage van het belletjeseffeet op de celspanning werden de cellen 20 geroteerd allereerst over 45° en tenslotte over 90° ten opzichte van de vertikaal waarbij de anode horizontaal bleef bovenop het membraan. Voor de bedrijfskarakteristieken van de cellen werden de volgende waarden gemeten:

inclina- celspan- kathodestroom in 01P

23 tie (°) ning V werkingsgraad % volume % testcel A 45 3,3 85 4,4 referentiecel B 45 3,65 85 4,4 testcel A horizontaal 3,3 (x) 86 4,3 30 referentiecel B horizontaal 3,6 (xx) 85 4,5 (x) de celspanning begon langzaam toe te nemen en stabiliseerde zich op ongeveer 3,6 V.

(xx) de celspanning steeg abrupt tot boven de 12 V en de 35 elektrolyse werd derhalve onderbroken.

Deze resultaten zijn als volgt geïnterpreteerd: a) door het roteren van de cellen vanaf de vertikale stand naar een horizontale oriëntatie neemt de bijdrage van het belletjes effect de celspanning in cel B af terwijl de relatieve on-40 gevoeligheid van cel A blijkbaar het gevolg is van een in 800 42 38 44 hoofdzaak verwaarloosbaar belletjeseffect hetgeen gedeel_ telijk de veel lagere celspanning van cel A ten opzichte van cel B kan verklaren, b) Bij het bereiken van de horizontale positie begint waterstof gas zich op te hopen onder 5 het membraan en heeft de neiging om het actieve oppervlak van het kathodescherm meer en meer te isoleren van de ionen-stroomgeleiding voor het katholyt in de referentiecel B, terwijl hetzelfde effect in de testcel A aanzienlijk lager is. Dit kan alleen worden verklaard door het feit dat een be-10 langrijk gedeelte van de ionische geleiding begrensd is tot binnen de dikte van het membraan en de kathode voldoende contactpunten verschaft met de ionenuitwisselgroepen op het membraanoppervlak om de elektrolysestroom effectief te ondersteunen.

15 Het is gebleken dat door toenemende reductie van de dichtheid en de fijnheid van de contactpunten tussen de elektroden en het membraan door vervanging van de fijnmazige rasters 1CSa en 114 door grovere en grovere rasters het gedrag van de testcel A meer en meer dat van de referentie-20 cel B benadert. Bovendien verzekert de veerkrachtig samendrukbare kathodelaag 113 een bedekking van het membraanoppervlak met dicht verdeelde fijne contactpunten over meer dan 90% en meestal meer dan 98% van het gehele oppervlak zelfs als er sprake is van aanzienlijke afwijkingen van de 25 vlakheid en de paralleliteit van de drukplaten 108 en 122. Voorbeeld 2.

Voor vergelijkingsdoeleinden werd testcel A geopend en het membraan 105 werd vervangen door een soortgelijk membraan voorzien van een aangehechte anode en een aange-30 hechte kathode. De aangehechte anode bestond uit een poreuze 80^um dikke laag van deeltjes van gemengde oxyden van ruthenium en titanium met een Ru/Ti-verhouding van 45/55» aangehecht aan het oppervlak van het membraan met polytetra-fluoretheen. De kathode bestond uit een poreuze 50^um dikke 35 laag van deeltjes van platinazwart en grafiet in een ge-wichtverhouding 1/1, aan het tegenover liggende oppervlak van het membraan aangehecht met polytetrafluoretheen.

De cel werd bedreven onder exact dezelfde omstandigheden als in voorbeeld 1 en de relatie tussen de celspan-40 ning en de mate van compressie van de veerkrachtige katho- 8004238 45 dische stroomcollectorlaag 115 is getoond met de curve 2 in het diagram uit figuur 13* “et is duidelijk dat de cel-spanning van deze vaste elektrolytcel slechts ongeveer 100 tot 200 mV lager is dan die van de testcel A onder dezelfde 5 bedrijfsomstandigheden.

Voorbeeld 3.

Om de onverwachte resultaten te verifiëren werd testcel A gemodificeerd door het vervangen van de gehele anodi sche structuur vervaardigd uit titanium door een vergelijk-10 bare structuur vervaardigd uit staal, bekleed met nikkel (de anodische eindplaat 103 en de anodische ribben 109) en zuiver nikkel (het grove raster 108 en het fijnmazige raster 108a). net gebruikte membraan bestond uit een 0,5 nan dik cationen uitwisselmembraan Hafion 120, gefabriceerd 15 door DuPont de Nemours.

Zuiver twee maal gedistelleerd water met een weerstands-waarde van meer dan 200.000 ilcm werd gecirculeerd in zowel de anodische als de kathodische kamer. Sen toenemend potentiaalverschil werd aangelegd aan de twee eindplaten van de 20 cel en er begon een elektrolysestroom te lopen waarbij zuurstof werd gegenereerd aan de nikkelen rasteranode 108a en waterstof aan de nikkelen rasterkathode 114. Ha een paar uur bedrijf werden de volgende spanning-stroom-waarden gemeten:

25 stroomdichtheid celspanning bedrijfstemperatuur °C

A/m2 V

3000 2,7 65 5000 3,5 65 10.000 5,1 65 50

De geleidbaarheid van het elektrolyt is aanmerkelijk, de cel bleek te werken als een echt vast elektrolytstelsel.

Door het vervangen van de fijnmazige elektroderasters 180a en 114 door grovere rasters, waardoor de dichtheid van 35 contactpunten tussen de elektroden en het membraanoppervlak 2 2 wordt gereduceerd van 100 punten/cm naar 16 punten/cm werd een aanzienlijke stijging van de celspanning waargenomen, waarvoor waarden werden gemeten als volgt: 800 42 38 46

stroomdich.th.eid celspanning V bedrijf stemperatuur °C

A/m2 3000 8,8 65 5000 12,2 65 5 10.000

Zoals voor de deskundige duidelijk zal zijn is het mogelijk om de dichtheid van de contactpunten tussen de elek·» troden en het membraan op verschillende wijzen te vergroten.

10 Het fijnmazige elektroderaster kan bijvoorbeeld door middel van plasmastraalneerslag worden besproeid met metaaldeeltjes, of de metaaldraad waarmee contact wordt gemaakt met het membraan kan worden geruwd door een bestuurde chemische inwerking teneinde de dichtheid van de contactpunten te 15 vergroten. Nochthans moet de structuur voldoende plooibaar zijn om een gelijkmatige verdeling van de contacten over het gehele oppervlak van het membraan mogelijk te maken zodat de elastische reactiekracht die door de veerkrachtige mat wordt uitgeoefens op de elektroden gelijkmatig wordt ver-20 deeld over alle contactpunten.

*Aet elektrische contact aan de overgang tussen de elektroden en het membraan kan worden verbeterd door vergroting van de dichtheid van functionele ionenuitwissel-groepen, of door reductie van het equivalente copolymeer-25 gewicht op het oppervlak van het membraan in contact met de veerkrachtige mat of door tussenvoeging van een raster of een deelt jeselektrode. Op deze wijze blijven de uitwissel-eigenschappen van de diafragmamatrix ongewijzigd en is het mogelijk om de contactpuntendichtheid van de elektroden met 30 He zijkanten voor het ionentransport naar het membraan te vergroten. Het membraan kan bijvoorbeeld gevormd worden door het lamineren van een of twee dunne folies met een dikte in de orde van 0,05 tot 0,15 mm uit een copolymeer met een laag equivalent gewicht over het oppervlak of de opper-35 vlakken van een dikkere folie met een dikte van 0,15 tot 0,6 mm van een copolymeer met een hoger equivalent gewicht of een gewicht bestemd om de Ohmsche spanningsval en de selectiviteit van het membraan te optimaliseren.

Diverse andere modificaties aan de werkwijze en de in- 40 richting volgens de uitvinding kunnen worden uitgevoerd zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

800 4238

Claims (39)

1. Werkwijze voor het genereren van halogeen door het elektrolyseren van een waterig halogenide "bevattend elektrolyt aan een anode die gescheiden is van een kathode 5 door een voor ionen doordringbaar diafragma of membraan, waarbij zich een waterig elektrolyt bij de kathode bevindt, met het kenmerk, dat tenminste of de anode of de kathode is opgebouwd uit een voor gas en elektrolyt doorlaatbaar lichaam dat op een veelheid van punten in 10 direct contact wordt gehouden met het diafragma of het membraan via een elektrogeleidende veerkrachtig samendrukbare laag die opne is voor elektrolyt- en gasstroming en waarmee een druk kan worden uitgeoefend op het genoemde lichaam en de druk lateraal kan worden verdeeld zodat de 15 druk op het oppervlak van het diafragma of membraan uniform is.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat de veerkrachtig samendrukbare laag bestaat uit een open metalen weefsel. 20 3* Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de elektrode bestaat uit een tussenliggende laag van elektrogeleidende en corrosiebestendige deeltjes aangehecht aan, of op andere wijze verbonden met het diafragma.

4. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het elektrode oppervlak dat via een veelheid van punten in direct contact staat met het oppervlak van het diafragma bestaat uit een dun flexibel raster vervaardigd uit elektrogeleidend en corro-50 siebestendig metaal, dat verschuifbaar is ten opzichte van het oppervlak van het diafragma en ten opzichte van de veerkrachtig samendrukbare laag, welk raster verder minder samendrukbaar is dan deze genoemde laag.

5. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, 35 met het kenmerk, dat de elektrode die veerkrachtig tegen het diafragma wordt aangedrukt bestaat uit de kathode.

6. Werkwijze volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat beide elektroden een soortgelijke struc- 40 tuur bezitten en voorzien zijn van een oppervlak in direct 800 42 38 i contact via een veelheid van punten met het diafragma, welk oppervlak veerkrachtig en gelijkmatig wordt aangedrukt tegen het oppervlak van het diafragma.

7· Werkwijze volgens conclusie 1, m e t het 5 kenmerk, dat de tegenelektrode van de cel in hoofdzaak stijf is en voorzien is van een oppervlak in direct contact met het diafragma via een veelheid van punten.

8. Werkwijze volgens conclusie 4, m e t het kenmerk, dat het oppervlak, dat via een veelheid 10 van punten in direct contact staat met het diafragma een p contactdichtheid heeft van tenminste 50 punten per cm waarbij de verhouding tussen het totale contactoppervlak en het oppervlak van het diaframa kleiner is dan 75%·

9· Werkwijze volgens conclusie 8, m e t het 15 kenmerk, dat de verhouding tussen het totale contactoppervlak en het oppervlak van het diafragma 25 tot 40% bedraagt.

10. Werkwijze volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat een waterige oplossing van alkalime- 20 taalchloride wordt toegevoerd aan de positieve elektrode en een waterige oplossing van alkalimetaalhydroxyde in contact wordt gehouden met de negatieve elektrode.

11. Werkwijze volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat het diafragma bestaat uit een polyme- 25 risch voor cationen doorlaatbaar en elektrolyt en gas ondoordringbaar membraan.

12. Werkwijze volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat de veerkrachtig samendrukbare laag die open is voor het elektrolyt een verhouding heeft tussen 30 de lege ruimten en het door de veerkrachtige laag zelf in beslag genomen volume van tenminste 50%·

13· Werkwijze volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de genoemde verhouding ligt tussen 85 en 96%.

14. Werkwijze volgens conclusie 1, m et het kenmerk, dat de op de veerkrachtige laag uitgeoefende o druk een waarde heeft tussen 50 en 2000 g/cm · 15* Werkwijze voor het genereren van halogeen door elektrolyse van een waterig halogenide bevattend elektro- 40 lyt in een elektrolytische cel voorzien van een anode en 800 42 38 4-9 een door middel van een semi permeabel membraan daarvan gescheiden kathode, met het kenmerk, dat beide elektroden open zijn voor een gas- en elektrolytstroming en voorzien zijn van een oppervlak dat via een veelheid van 5 punten in direct contact staat met het membraanoppervlak, waarbij de dichtheid van de contactpunten tenminste 30 p punten/cm bedraagt en de verhouding tussen het totale contactoppervlak en het geprojecteerde oppervlak kleiner of gelijk is aan 75% en een in hoofdzaak uniforme veerkrach-Ί0 tige druk wordt gehandhaafd op de contactpunten.

16. Werkwijze volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat de elektrode oppervlakken die via een veelheid van punten in contact staan met hen membraan oppervlak bestaan uit dunne geleidende rasters die ver-15 schuifbaar zijn met betrekking tot het membraan en een maas-dimensie hebben van maximaal 2000 micron.

17· Werkwijze volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat de veerkrachtige on de elektrode uitsre-oefende druk een waarde heeft tussen 50 en 2000 g/cm .

18. Werkwijze voor het genereren van halogeen door elektrolyse van een waterig halogenide bevattend elektrolyt, volgens welke werkwijze een halogenide bevattend elektrolyt wordt geëlektrolyseerd tussenben paar tegenover gesteld geladen elektroden die in contact staan met en zich 25 uitstrekken langs tegenover liggende zijden van een voor ionen doordringbaar membraan, met het kenmerk, dat tenminste een van de genoemde elektroden een oppervlak heeft in direct contact met het diafragma en voorzien is van een relatief fijn flexibel voor gas en elektrolyt door-30 laatbaar raster met een elektronen geleidend oppervlak aanrustend tegen het diafragma, een grovere elektrogeleidende samendrukbare mat achter en aanrustend tegen het flexibele raster, welke mat open is voor stroming van elektrolyt en gas en een meer stijve sectie achter de mat en de genoemde 35 mat en de meer stijve sectie in hoofdzaak samenwerken met een groot gebied van het flexibele raster zodanig dat het flexibele raster tegen het diafragma wordt gehouden door de druk die uitgeoefend wordt op de meer stijvere sectie waarbij elektrolyt aan het genoemde flexibele raster wordt toege-40 voerd en tenminste een van de genoemde elektroden in con- 800 4238 tact wordt gehouden net het halogenide-elektrolyt.

19. Werkwijze volgens conclusie 18, met het kenmerk, dat de genoemde meer stijvere sectie voor elektrolyt en gas doorlaatbaar is en het grootste gedeelte 5 van het elektrolyt wordt gehandhaafd achter de meer stijvere sectie vanwaar elektrolyt kan worden toegevoerd aan het flexibele in contact met het diafragma staande raster.

20. Werkwijze volgens conclusie 18 of 19, met het kenmerk, dat de genoemde elektrode de kathode is en Ί0 liet elektrolyt dat in contact daarmee komt bestaat uit water en dat het halogenide-elektrolyt bestaat uit waterig alkalimetaalchloride dat in contact wordt gehouden met de anode.

21. Werkwijze volgens conclusie 18, met het Ί5 kenmerk, dat de andere elektrode stijver is dan het genoemde flexibele raster.

22. Werkwijze voor het genereren van halogeen door elektrolyse van een waterig halogenide door uitvoering van deze elektrolyse in een cel voorzien van een voor ionen per- 20 meabel diafragma waarop tenminste een elektrodelaag van elektrisch geleidend materiaal is aangebracht door aanhechting of op andere wijze op een zijkant daarvan is bevestigd en een samenwerkende tegenelektrode is aangebracht aan de tegenover liggende zijde van het diafragma, met het 25 kenmerk, dat aan de elektrodelaag een polariteit wordt verleend door tegen het elektrode dragende diafragma een laag aan te drukken in de vorm van een veerkrachtig samendrukbare mat, waarbij de elektrode open en poreus is voor gas- en elektrolytstroming en een elektrogeleidend 30 oppervlak heeft dat gekoppeld is met een potentiaalbron waarvan de polariteit tegengesteld is van die van de elektrode aan de andere zijde van het diafragma, welke samendrukbare mat in staat is om op veerkrachtige wijze een samendrukkende kracht uit te oefenen in de richting van het 35 diafragma op elk drukpunt waarbij een overmaat aan veerkracht werkend op een of meer van de drukpunten wordt overgedragen naar andere naburige punten in laterale richting langs de hoofddimensies van de mat.

23. Werkwijze volgens conclusie 22, m e t het 40 kenmerk, dat de veerkrachtig samendrukbare mat in 800 42 38 aanraking komt met het diafragma aan die zijde waar het diafragma de genoemde laagvormige elektrode draagt.

24. Werkwijze volgens conclusie 23, i e t het kenmerk, dat de veerkrachtig samendrukbare mat in 5 aanraking komt met het diafragma aan de zijde tegenover de, de elektrode in laagvorm dragende zijde en zodoende de samenwerkende tegenelektrode van de cel vormt.

25. Werkwijze volgens conclusie 22, 23 of 24, met het kenmerk, dat de mat bestaat uit een elektro- 10 geleidend plooibaar raster op het oppervlak van de mat gekeerd naar het diafragma alsmede een vulraster met grotere veerkrachtige samendrukbaarheid achter dit genoemde raster.

26. Elektrolysecel voorzien van een celbehuizing welke tenminste een groep van elektroden bestaande uit een anode 15 en een kathode bevat gescheiden door een voor ionen permeabel diafragma of membraan, alsmede middelen voor het invoeren van een te elektrolyseren elektrolyt, middelen voor het verwijderen van de elektrolyseproducten en middelen voor het opdrukken van een elektrische stroom, met het 20 kenmerk, dat tenminste een van de elektroden tegen het diafragma of membraan wordt aangedrukt door middel van een veerkrachtig samendrukbare laag die samenwerkt met het elektrode oppervlak, welke laag samendrukbaar is tegen het diafragma en daarbij een elastische reactiekracht uitoefent 25 op de elektrode in contact met het diafragma of membraan via een veelheid van gelijkmatig verdeelde contactpunten waarbij een eventuele overmaat aan druk inwerkend op individuele contactpunten wordt overgebracht naar minder belaste aangrenzende contactpunten lateraal volgens enige as lig-30 gend in het vlak van de veerkrachtige laag zodat de genoemde veerkrachtige laag de druk verdeelt over het gehele elektrode oppervlak en de genoemde veerkrachtige laag een open structuur heeft zodat een gas- en elektrolytstroming er doorheen mogelijk is.

27. Cel volgens conclusie 26,met het ken merk, dat de veerkrachtige samendrukbare laag een metallische laag is.

28. Cel volgens conclusie 26,met het kenmerk, dat de veerkrachtig samendrukbare laag bestaat 40 uit een weefsel of uit geweven metaaldraad door middel van 800 4 2 38 een vormproces gegolfd of gerimpeld.

29. Gel volgens conclusie 26,met het kenmerk, dat de veerkrachtig samendrukbare laag bestaat uit een reeks van schroeflijnvormig gewikkelde spoelen 5 uit metaaldraad.

30. Cel volgens conclusie 26,met het kenmerk, dat tenminste een elektrode van de cel een poreuze structuur heeft die open is voor elektrolyt- en gasstroming en een elektrisch geleidend oppervlak dat via 10 een veelheid van punten in hoofdzaak in contact staat met het diafragma oppervlak,

31. Cel volgens conclusie 26, met het kenmerk, dat het elektrode oppervlak, dat via een veelheid van punten in contact staat met het diafragma oppervlak 15 voorzien is van een poreuze en permeabele laag uit deeltjes van een elektrogeleidend en corrosiebestendig materiaal, aangehecht aan het diafragma oppervlak. 32. “'el volgens conclusie 26, met het kenmerk, dat het elektrode oppervlak, dat via een veelheid 20 van punten in contact staat met het diaframa oppervlak wordt gevormd door een dun plooibaar raster vervaardigd uit geleidend materiaal, welk raster kan verschuiven over het diafragma oppervlak.

33· Gel volgens conclusie 26, met het ken- 25 merk, dat beide elektroden een soortgelijke structuur bezitten en een oppervlak hebben dat via een veelheid van punten in contact staat met het diafragma oppervlak welke oppervlakken veerkrachtig en gelijkmatig worden aangedrukt tegen het diafragma oppervlak.

34. Cel volgens conclusie 26, met het ken merk, dat de tegenelektrode van de cel in hoofdzaak stijf is en voorzien is van een oppervlak in contact met het diafragma oppervlak via een veelheid van punten.

35· Gel volgens conclusie 26,met het ken- 35 merk, dat het elektrode oppervlak dat via een veelheid van punten in contact staat met het diafragma oppervlak 2 een contactpuntdichtheid heeft van tenminste 30 punten/cm en de verhouding tussen het totale contactoppervlak en het diafragma oppervlak kleiner is dan 75%·

36. Cel volgens conclusie 35? met het ken- 800 42 38 55 merk, dat de verhouding tussen het totale contactoppervlak en het diafragma oppervlak 25 tot 4-0% bedraagt.

37· Gel volgens conclusie 26,met het kenmerk, dat de veerkrachtig samendrukbare laag welke 5 open is voor elektrolyt- en gasstroming een verhouding bezit tussen de lege gebieden en het door de samengedrukte veerkrachtige laag ingenomen volume groter dan 50%· 38* üel volgens conclusie 37, met het kenmerk, dat de genoemde verhouding ligt tussen 85 en 96%. 1C 39· Oei volgens conclusie 26,met het ken merk, dat de samengedrukte veerkrachtige laag een druk uitoefent op het diafragma tussen 50 en 2000 g/cm . 4-0. Elektrolysecel voor het elektrolyseren van een waterig elektrolyt, voorzien van een celeenheid welke door 15 middel van een van ionen permeabel diafragma is gescheiden in compartimenten, een paar tegengestelde elektroden aan tegenover liggende zieden van het diafragma en verlopend langs het; diafragma, waarbij tenminsue een van de genoemde elektroden voor gas en elektrolyt permeabel is en in con-20 tact staat met het diafragma, gekenmerkt door een voor elektrolyt en gas doorlaatbare veerkrachtig samendrukbare elektrogeleidende mat achter en in contact met een elektrode, middelen voor het veerkrachtig samendrukken van de mat tegen de elektrode, meer stijve middelen voor 25 het weerstaan van de compressie aan de andere zijde van het diafragma waardoor het diafragma op zijn plaats wordt gehouden en het elektrode oppervlak van de mat tegen het diafragma wordt gedrukt en middelen voor het doen stromen van vloeibaar elektrolyt door elk celcompartiment. 30 4-1. Cel volgens conclusie 4-0, met het ken merk, dat een elektrogeleidend scherm is aangebracht tussen de mat en het diafragma. 4-2. Elektroïysecel voor het elektrolyseren van waterig elektrolyt, voorzien van een celeenheid die door een voor 35 ionen permeabel diafragma is gescheiden in een elektrode-compartiment en een tegenelektrodecompartiment, een elektrode aan een zijde en een tegenelektrode aan de andere zijde van het diafragma en verlopend langs het diafragma, waarbij tenminste een van de elektroden voor gas en elek- 4-0 trolyt permeabel is en in contact staat met het diafragma, 800 42 36 m e t het kenmerk, dat deze laatstgenoemde elektrode voorzien is van een relatief niet samendrukbaar elek-trogeleidend raster aangrenzend aan bet diafragma alsmede een elektrogeleidend veerkrachtig samendrukbare mat die 5 open is voor elektrolyt- en gasstroming en die aanrust tegen de achterzijde van het raster en bestemd is om het raster veerkrachtig aan te drukken tegen het diafragma, alsmede middelen voor het aandrukken van de mat tegen het raster, middelen voor het doen stromen van elektrolyt door 10 de mat en langs het raster en middelen voor het opdrukken van een elektrolysestroom op de cel.

43. Gel volgens conclusie 42,met het kenmerk, dat de elektrode voorzien is van een voor gas en elektrolyt permeabele elektrodelaag aangehecht aan het 15 diafragma tussen raster en het diafragma.

44, Elektrolysecel voorzien van een samenstelling waarmee een celruimte wordt verdeeld in celcompartimenten, elk bestemd om elektrolyt te bevatten, welke samenstelling voorzien is van een voor ionen permeabel diafragma met 20 tegengesteld geladen poreuze elektroden, elk met een elek-trogeleidend oppervlak in direct contact met tegenover liggende zijden van het diafragma, gekenmerkt door een eiektrogeleiiend raster en middelen voor het opdrukken van een tegengestelde polariteit op de rasters.

43. Elektrolysecel voorzien van een elektrode achter wand en gekenmerkt door een samendrukbare voor elektrolyt permeabele mat met een elektrode polariserend oppervlak, samenwerkend met de mat en middelen voor het aandrukken van de mat.

46. Werkwijze voor het genereren van halogeen voor elektrolyse van waterig halogenide in een cel voorzien van een paar tegenover gesteld geladen elektroden die gescheiden zijn door een niet permeabel diafragma waarbij een waterig halogenide aanwezig is aan de anodezijde van het diafragma 35 en een ander elektrolyt aanwezig is aan de kathodezijde daarvan, met het kenmerk, dat tenminste de anode-samenstelling of de kathodesamenstelling voorzien is van een veerkrachtig samendrukbare mat welke permeabel is voor gas en elektrolyt en welke mat tegen het diafragma wordt 40 gedrukt. __ _ ******* 800 42 38 ± e I I I I — c — c—C— C—

1. I I so2h A —c—c—c— I I I C-OH II 0 800 42 38