NO163334B - Fremgangsmaate for fremstilling av en bipolar elektrode. - Google Patents

Description

Oppfinnelsens område

Oppfinnelsen angår fremstilling av en bipolar elektrode for anvendelse i elektrokjemiske prosesser, spesielt i celler for kloratelektrolyse.

Teknikkens stand

Hittil er for slike elektrolyseceller fremfor alt to løsninger blitt favorisert: a) Anode- og katodedel består begge av det samme materiale, og anodedelen oppviser et elektrokatalytisk aktivt over-trekk eller begge deler består av legeringer med de samme hovedbestanddeler (se f.eks. vest-tysk utlegningsskrift 2435185). b) Anode og katode ligger parallelt og i avstand fra hverandre og er via ryggplater av to-lagsmetallstrimler forbundet med hverandre (se vest-tysk tilgjengeliggjort patentsøknad 2656110).

For bipolare elektroder hvor anode- og katodedelene er anordnet parallelt og i avstand fra hverandre, er en til-strekkelig flate for å forbinde delene med hverandre til-gjengelig, og denne er derfor lett gjennomførbar ved hjelp av vanlige metoder.

Oppfinnelsens formål

Det tas ved oppfinnelsen sikte på å tilveiebringe en bipolar elektrode som er utformet i ett stykke og likeledes spesielt plateformig og består av to helt forskjellige materialer som skal settes sammen .i ett plan.

Oppfinnelsens løsning

Denne oppgave løses ved hjelp av de særtrekk som er angitt i hovedkravet. Ytterligere utførelsesformer av oppfinnelsen fremgår av underkravene.

Fordeler ved oppfinnelsen

Spesielle fordeler ved oppfinnelsen er den enkle produserbarhet, lav spenning, spesielt hydrogenoverspenning, unngåelsen av hydriddannelse på katodesiden, spesielt i kloratceller.

Derved at ved løsningen ifølge op<p>finnelsen også normalt ikke sammensveisbare materialer kan anvendes som tilfreds-stiller de elektrokjemiske egenskaper som er ønskede for anoden eller katoden, lar også betingelsene for den angjel-dende elektrokjemiske prosess seg optimalisere på ønsket måte.

Ytterligere fordeler og særtrekk ved oppfinnelsen fremgår for fagmannen av den påfølgende beskrivelse og tegningene av utførelseseksemplene uten at oppfinnelsen skal begrenses til disse.

Utførelsesformer av oppfinnelsen i sin alminnelighet

På

Fig. 1 er vist et riss sett ovenfra av den sammensatte bipolare elektrode og på Fig. 2 et lengdesnitt gjennom elektroden ifølge Fig.l.

Den bipolare elektrode oppviser en anodedel 1 og en katodedel 2. Begge er forbundet med hverandre i ett plan via et mellomstykke 3, som vist på figurene. Me11omstykket 3 består for den dels 5 vedkommende som er vendt mot anoden, av et anodisk materiale og for den sides 6 vedkommende som er vendt mot katoden, av et katodisk materiale. Begge områder er skilt fra hverandre ved hjelp av en grense- eller støtflate 4 som utenfra bare kan ses som en linje og hvis tykkelse i det vesentlige overensstemmer med anoden og katoden. Mellomstykket 3 som er utformet som et komposittlegeme, er mot til-støtningsstedene anordnet på de smale sider av anoden og katoden som er vendt mot hverandre, og blir forbundet med disse ved hjelp av sveising. Foretrukne er vanlige smelte-sveiseprosesser, nemlig motstands- og punktsveising,WIG- eller NIG-sveising, sveising ved hjelp av laserstråler eller lignende. Som anodemateriale kommer såkalte ventilmetaller på tale som vanlig anvendt for dimensjonsstabile anoder,nemlig titan, tantal, zirkonium, niob eller wolfram. Et slikt grunnlegeme av anodematerialet oppviser også en elektrisk ledende flate av f.eks. et platinametall, et platinametalloxyd eller et ledende metalloxyd eller en oxydblanding som er bestandig overfor anolytten. VentiImetalier er metaller som danner ikke ledende oxyder som er motstandsdyktige overfor anolytten. En strekkmetall-, nettverks- eller gitter-anode foretrekkes på grunn av den større elektrokatalytiske virksomme flate og de gode strømningsmuligheter for elektrolytten .

Katoden er likeledes fortrinnsvis perforert og er,

som anoden, fremstilt av et jevnt blikk eller av plater og består bare av et elektrisk ledende materiale som er mot-standsdyktig overfor katolytten, som stål, nikkel, jern eller legeringer av disse materialer. Katoden er med fordel på

sin overflate belagt med nikkel eller en nikkellegering eller

-forbindelse.

Ett spesielt ptoblem har hittil forbindelsen mellom såkalte uforlikelige materialer, som f.eks. tantal og stål hhv. titan og stål eller andre, vært som normalt ikke lar seg sveise til hverandre. Man har benyttet et mellomstykke av et materiale, som f.eks. kobber, som feilfritt lar seg forbinde med begge materialer, dvs. anodematerialet og katode-materialet. Det er imidlertid kjent at spesielt korrosjons-bestandigheten, eller generelt motstandsdyktigheten overfor elektrolytten, ikke sikres med kobber.

Dersom det er ønsket å fremstille et bimetall fra to metaller som normalt ikke lar seg sveise til hverandre, gjøres dette vanligvis ved valseplettering. En slik plet-teringsforbindelse tåler imidlertid ikke de betingelser som settes til smelte-sveiseprosessen, på grunn av de nødvendige høye temperaturer for de vanlige anode- og katodematerialer.

Oppfinnelsen går her en annen vei:

Foretrukken utførelsesform av op<p>finnelsen

Mellomstykker av et komposittlegeme fremstilles,f.eks . hver gang halvveis av anode- og katodemateriale og butt-støtende mot hverandre over den i det vesentlige plateformige elektrodes breddé og tykkelse. Kom<p>osittlegemene blir før de forbindes med elektrodedelene, i det vesentlige strimmelformig utformet og tilnærmet med elektrodens bredde. De blir fremstilt f.eks. som følger: Et titan- og et stålblikk ble i et kammer med argon-atmosfære innsveiset fortrinnsvis i en kapsel av det samme stål, idet den ene side av stålkapselen allerede oppviste den ønskede tykkelse for forbindelsesstykkets ståldel, efter at den var blitt forhåndsrenset, spesielt beiset og/eller av-fettet. Kapselen ble isostatisk varmpresset ved et trykk mellom 800 og 2000 bar og en temperatur innen området mellom 780 og 820°C og holdt under trykk og temperatur i en tid av 30-80, spesielt 60-120, minutter med forhåndsoppvarming og påfølgende avkjøling. Det således fremstilte "komposittlegeme ble derefter befridd for kapselen, f.eks. ved fjerning ad mekanisk eller kjemisk vei. Det pressede legeme kan likeledes derpå oppdeles til sluttformen - små strimler.

Det er av vesentlig betydning at det således fremstilte komposittlegeme oppvisar en intermetallisk faseforbindelse med god finkornethet for materialene og spesielt høy tetthet, dvs. uten feilsteder, som hårriss eller lignende. Derved er det mulig å oppnå en god strømgjennomgang og derved også lave spenningstap.

Den isostatiske varmpresseprosess ble utført på

kjent måte.

De'€ er selvfølgelig at sammensatte elektroder av den bipolare type også kan være sammensatt av en rekke parvis sammensatte anode- og katodedeler med mellomstykker for å danne en plan, spesielt plateformig, elektrode i ett stykke. Elektrodens utformning er bare avhengig av cellens størrelse og av anordningen i denne og dessuten av den ønskede elektro-lyttstrøm og strømtilførsels- hhv. -vekkledningsledningene.

Anvendelser av oppfinnelsen

De bipolare elektroder ifølge oppfinnelsen kan anvendes i elektrokjemiske celler, og spesielt er de velegende for elektrolyse av vandige oppløsninger av alkaliklorider. En bipolar elektrode er ikke direkte forbundet med strømtil-førselen, men en flate virker som anode og den annen som katode når strømmen passerer gjennom cellen. For strømtilførselen er klemmer egnede som alle forbinder de deler av elektrodene som har den samme polaritet. De nye bipolare elektroder kan med fordel anordnes slik i cellen

(horisontalt eller vertikalt) at ett katodeområde befinner seg overfor hvert anodeområde.

Elektrolyttens strømningsretning kan være mellom

de plateformige elektroder, dvs. langs deres plan, eller gjennom elektrodenes perforering. En elektrolyttsirkuler-ing finner eventuelt sted mellom cellens inn- og utløp.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av en bipolar elektrode som er egnet for anvendelse ved kloratelektrolyse, hvorved to elektrodebestanddeler som består av titan og stål forbindes ved hjelp av et meHomstykke som består av to materialer som normalt ikke er sammensveisbare med hverandre, karakterisert ved at mellomstykket som er blitt fremstilt ved varmisostatisk pressing av titan og stål med et trykk mellom 800 og 2000 bar og en temperatur mellom 780 og 820 °C, med sin største dimensjon sveises til titan-henholdsvis stålplatene som skal forbindes med hverandre, i den plateformige elektrodes plan.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at elektrodebestand-delene som består av titan og stål, er perforert og/eller forsynt med forhøyninger eller fordypninger.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at titanet som virker som anode, i det minste delvis er overtrukket med et platinametall, et platinametalloxyd eller et ledende metalloxyd eller oxydblanding som er bestandig overfor anolytten.