NO307574B1 - Elektrolysecelle for gassutviklende, elektrolytisk prosess - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en elektrolysecelle for gassutviklende elektrolytisk prosess, av den art som er angitt i innledningen til det selvstendige patentkrav 1.

For produksjon av forskjellige viktige kjemiske forbindelser, som natronlut, klor, hydrogen eller hydrogenperoksyd er gassutviklende elektrolytiske prosesser av spesiell be-tydning. Elektrodene, såvel anodene som katodene, som anvendes ved elektrolyse av alkaliske oppløsninger, hydrogen, salt- henholdsvis svovelsyre, må ha et antall av tildels mot hverandre virkende bruksparametere. Et svært viktig krav består i hurtig bortføring av de utviklede gassene fra rommet mellom anoden og katoden for å unngå en stor gassandel som vil øke elektrolyttens elektriske motstand. Dette står imidlertid i motsetning til ønsket om å utnytte den til rådighet stående konstruksjonsflate maksimalt for en elektrokjemisk virkende elektrodeflate.

Det tilstrebes videre å realisere en mest mulig jevn og fin strukturert elektrodeoverflate, slik at forutsetninger for et homogent elektrisk felt oppnås. Uregelmessigheter, som f.eks. kanter, fører til feltstyrkeøkning og dermed til en ujevn elektrodebelastning, som forårsaker ikke bare energi-tap, men også en for tidlig slitasje av elektrodematerialet henholdsvis det elektrokatalytiske sjiktet (coating).

For å skille de ved elektrodene dannede gasser anvendes membraner eller diafragmaer. Disse skilleelementene har en forholdsvis stor ohmsk motstand slik at gassfraskillingen medfører forbruk av mye energi.

Vesentlig for sikring av en optimal prosess er også reali-seringen av en jevn, liten elektrodeavstand uten at ved anvendelse av membraner påkjennes disse for sterkt mekanisk eller til og med beskadiges. Det skal også unngås at elektrodeelementene med stor tykkelse utøver et høyt berøringstrykk på membranen og dermed merkbart forhindrer elektrolyttstrømmen henholdsvis ionetransporten gjennom poresystemet til membranen.

Det er kjent to viktige grunntyper av gassutviklede- metal-liske elektroder: For en anvendes av strømfordelere bårne, parallelt anordnede profilstaver, hvis tverrsnitt er sirkelformet, elliptisk, dråpeformet eller firkantet, jfr. DE-OS 3008 116, DE-OS 3325 187, DE-PS 3519 272, DE-OS 3519 573). Det er også kjent "U-formede i avstand til hverandre anordnede skinner, jfr. DE-AS 1271 093.

For det andre er det kjent perforerte blikk med vertikalt og horisontalt forløpende slisser med i forhold til elektrodeplanet avviklede eller dyptrukne segmenter, hull-blikkelektroder eller gitterstrekkmetallelektroder, jfr. DD-

PS 250 026, DE-OS 3625 506, DE-OS 2735 238.

Anordninger av den førstnevnte grunntypen anvender parallelt anordnede elektrodeelementer, som er fast forbundet med strømfordelerskinner og har et dråpeformet tverrsnitt (DE-OS 3325 187) henholdsvis et sirkelformet tverrsnitt (DE-OS 3008 116). Det sirkelformede tverrsnittet ble modifisert ved fraskilling av segmenter, som ligger i elektrodeplanet. Begge elektrodene skulle fortrinnsvis anvendes for kloralkalielektrolyse i amalgamceller. Disse elektrodene har ikke noen vesentlig redusert gassbobledekningsgrad. Borttransporten av gasser foregår utelukkende ved fluidstrømning og oppdrift. Den spesielle tverrsnittsgeometrien er ikke egnet til å overta en aktiv rolle ved gasstransporten gjennom elektroden. Rett nok forhindrer de ved unngåelse av uregelmessigheter en for høy påkjenning av de katalytiske sjiktene, men dette skjer på bekostning av ulempene som følge av de radius-betingede ulike avstandene mellom elektrodeflåtene.

DE-OS 3519 272 viser en elektrodestruktur som anvender et antall parallelt anordnede elektrodeelementer med firkantede tverrsnitt. En plateformet bærer med på begge sidene utbulinger tjener til feste av elektrodeelementene og som strømfordeler. Tverrsnittet til de firkantede elektrodeelementene skal ha et forhold på 1:5. For at gassavtreknings-fanene skal komme i berør ing-med-hverandre:, .og, bli opphvirvlet i området av spaltene er det anordnet en-relativt stor spalte mellom tilliggende elektrodeelementer. Dette fører til en relativt liten utnyttelse av de til rådighet stående konstruksjonsflater og til en ujevn elektrodebelastning, spesielt i området av kantene til de firkantede profilene, hvorved man må regne med en øket slitasje av det katalytiske sjiktet. Den valgte formen på bæreren til elektrodeelementene, som samtidig er strømfordeler, forhindrer konsentrasjon av gass i rommet bortenfor de reaktive elektrodeflåtene. Som følge av dette oppstår en høy gassandel i området av reaksjonsflåtene forbundet med øket elektrisk tap.

En elektrode som ligner de foran beskrevne elektrodestruk-turene er også beskrevet i DE-OS 3519 573. Den består likeledes av parallelle på en strømfordeler anordnede elektrodeelementer med firkantet tverrsnitt, hvis avstand mellom hverandre utgjør et par millimeter. Dessuten har frontsiden til elektrodeelementet som er vendt mot membranen et utall utsparinger. De der mellomliggende stegene er ikke elektrokatalytisk sjiktpåført og ligger mot membranen. Dermed utgjør den til rådighet stående reaktive flate kun ca. 10$ av membranflaten. Stegene kan, betinget av relativbevegelsen mellom elektrode og membran, forårsake lokale beskadigelser av membranen. Oppgaven til oppfinnelsen er å tilveiebringe en elektrolysecelle for å gassutvikle en elektrolytisk prosess med vesentlig endrede effektparametre. En betydelig reduksjon av det ohmske effekttapet og derved en økning av den spesifikke, elektriske belastningen av elektroden skal muliggjøres, men samtidig skal graden av gassanriking ved elektrodeflåtene på tross av øket gassproduksjon bli betydelig redusert.

Følgende skal oppnås med foreliggende oppfinnelse:

Reduksjon av gassboblebelastningen til elektrolytten mellom elektrodene og gassbobledekningsgraden på reaksjonsflaten til elektrodene,

elektrodestrukturen skal i løpet av prosessen sikre en rettet gasstransport,

forbedring av forholdet mellom aktive elektrodeflater og konstruksjonsflater,

reduksjon av lokale feltstyrkeøkninger og dannelse av et tilnærmet homogent elektrisk felt for å utjevne belastningen av den til reaksjonen til rådighet stående elektrodeflater.

De nye elektrolysecellene skal ha gasskillende egenskaper hvorved det ikke er nødvendig å anvende gasskillende midler (membraner, diafragmaer eller lignende). Derved må ikke elektrodeavstandene bli øket.

Denne oppgaven blir løst ved hjelp av en elektrolysecelle

av den innledningsvis nevnte art som er kjennetegnet ved de angitte trekk i karakteristikken til patentkrav 1.

Som bobleoppløsningsdiameter gjelder diameteren til en boble som fjerner seg fra sin dannelseskjerne under de gitte reelle prosessbetingelsene til en elektrode av den oppfinnelses-messige oppbygningen. Som bobler som fjerner seg fra sine dannelseskjerner skal også anses de bobler som beveger seg som følge av adhesjon på elektrodeoverflaten.

Oppløsningsdiameteren til gassboblene er som kjent avhengig av elektrolysens art og prosessbetingelsene. Ifølge "Elek-trochimika Acta", vol. 33 nr. 6, side 769 til 779 fra 1988 kan under vanlige elektrolysebetingelser ventes følgende boblediametere:

for hydrogen: ca. 8 pm

for oksygen: ca. 17 pm

for klor: ca. 110 pm

En elektrolysecelle ifølge krav 1 sikrer at kapillærvirk-ningen til elektroden, utgående fra området mellom elektrodeelementene, påvirker også de på den hovedsakelig avrundede, frontflatedannede boble og som også suges inn i kapillaerspalten når det mellom elektrode og membran ble latt være en avstand. Fortrinnsvis er elektrodeelementene lameller, bånd eller folie med tykkelse på maksimalt 450 pm. Bredden på elektrodeelementene er vesentlig større enn deres tykkelse og utgjør minst det tidoble av bredden på kapillaerspalten. Derved tilveiebringes i elektroden et todimensjonalt virkende kapillærsystem, som forhindrer dannelse av turbulens fra avgassingsrommet til elektrolytten inn i reaksjonsrommet mellom elektroden og membranen. En påvirkning henholdsvis en forstyrrelse av bobledannelsesprosessen og bobletransporten i kapillærspalten er dermed utelukket. Gasstransporten gjennom elektroden foregår rettet i det vesentlige på tvers av elektrodeplanet over den kun svært ubetydelige strekningen tilsvarende bredden på elektrodeelementene. Årsaken for dette er den betydelige relative volumøkningen i reaksjonsrommet som følge av bobledannelsesprosessen. Dette fører der til en trykkøkning og fortrengningsreaksjon. I samme grad som gassen trenges ut fra reaksjonsrommet og elektroden strømmer elektrolytten turbulensfritt gjennom kapillærspalten til de reaktive flatene til elektroden. Den høye elektrolyttutskift-ningen forhindrer ionisk svekking av elektrolytten og dens grensesjikt, da væsketransporten på grunn av kapillærkreftene foregår umiddelbart på elektrodeoverflåtene. De karakte-ristiske strømningsbetingelsene i kapillærspalten forhindrer

i høy grad en vertikalbevegelse av gassboblene.

For realisering av elektrolysecelleprinsippet ifølge oppfinnelsen er spesielt to varianter av elektroder spesielt fordelaktig. Således muliggjør vekselsidig folding av flatt, endeløst materiale en økonomisk fremstilling av kapillærspalteelektroder, idet det tidligere fortrinnsvis er blitt utført arbeidsforløp som perforering, profilering og sjiktpåføring i et gjennomgående arbeidsf orløp. Perforeringen., i området av foldekantene er fortrinnsvis fordelt jevnt. For fiksering av kapillarspalten har elektrodeelementene profileringer. Det har også vist seg gunstig å utføre en trinniignende og på tvers av elektrodeplanet forløpende struktur. Det har også vist seg brukbart å anvende knaster eller vortelignende profileringer. Også stabler av profilerte elektrodeelementer ifølge oppfinnelsen er egnet for fremstilling av kapillærspalteelektroder. Profileringen frembrakt ved begynnelsen eller ved en senere deformering fikserer kapillærspalten og gjør separate avstandsholdere overflødige.

Den nedre grensen på tykkelsen til elektrodeelementet bestemmes kun av bearbeidelsesmuligheten, den mekaniske stabiliteten og håndteringsmuligheten av materialet og også av materialarten.

For å kunne utnytte fordelene fullstendig ved de nye elektrolysecellene er det fordelaktig å foreta en avtetning mellom elektrodene og de sideliggende, begrensende elektrodeelementene såvel som den nedre avslutningen av elektroden i forhold til den indre veggen til cellehuset, med unntak av en av kapillærspaltene tilsvarende spalte. Avgassingsrommet i det øvre celleområdet er gasstett avlukket av et skott, som når minst til det nederst mulig opptredende væskenivået til elektrolytten i reaksjonsrommet. En blanding av de i avgassrommet til elektrolysecellen oppstigende gasser blir herved forhindret.

Ved anvendelse av en slik cellekonstruksjon for hydrogen-elektrolyse, altså en prosess som ikke krever et skille av anolytt og katolytt, kan anvendelse av et gasskillesystem, som f.eks. diafragma, utelates henholdsvis anvendelse av et forholdsvis .- grovporet, eventuelt kun elektrodeavstanden fikserende element med neglisjerbar ohmsk motstand tillates.

; ..For å forhindrer rjen; koagiiler.ing ay. ;gas.sbo.blejie, som oppstår ved motsatt polede elektroder, er mellom elektrodene anordnet minst en avstand som tilsvarer den tredoble bobleoppløsnings-diameteren. Dette trekket virker mot en forurensning av de i avgassrommene oppstigende gassbobler såvel som blandingsgassdannelse i reaksjonsrommet ved koagulering av gassbobler.

En fordelaktig variant av oppfinnelsen for bruk ved hydro-genelektrolyse, altså med identisk anolytt og katolytt, anvendt mellom anode og katode, kan ha et dielektrisk, elektrolyttbestandig avstandselement, med struktur av et nett med cellestruktur eller stormasket vev. Avstandselementene garanterer tilsvarende sin tykkelse den kortslutningssikre fiksering av anode og katode i liten avstand. Den høye fleksibiliteten til den mekanisk sterkt belastede elektrodestrukturen sikrer en allsidig jevn elektrodeavstand. Dessuten blir reaksjonsrommet oppdelt av avstandselementet i et antall små reaksjonsceller. Strømningsbetingede forstyrrelser og dannelse av blandingsgass kan praktisk talt ikke lenger opptre.

Fordeler ved elektroder bestående av elektrodelementer ifølge oppfinnelser med kapillærspalteanordninger: Svært liten gassboblebelastning av elektrolytten i reaksjonsrommet ved en rettet gassbobletransport innenfor kapillærspalteelektroden.

Jevn, og finstrukturert, gass- og væskegjennomslippelig elektrodeoppbygning av høy pakningstetthet.

Derved jevn strømbelastning og utnyttelse av den til rådighet stående reaksjonsflate, ingen lokal erosjon av elektrodeoverflåtene, spesielt av det elektrokatalytiske sjiktet. mekanisk belastbar, men fremdeles fleksibel og dermed en tilpassbar elektrodestruktur, ingen høye krav med hensyn til • planhét ,• forkastninger m.a.

I det påfølgende skal oppfinnelsen beskrives ved hjelp av utførelseseksempler, og spesielt skal elektrodeelementene beskrives med henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et tverrsnitt av en elektrolysecelle med

kapillærspalteelektroder.

Fig. 2 viser et perspektivriss av to kapillærspalteelektroder som katode og anode med mellomliggende skilleelement. Fig. 3 viser et forstørret utsnitt A av fig. 2 (målestokk

ca. 10:1).

Fig. 4 viser et forstørret utsnitt A av fig. 2 (målestokk

ca. 20:1).

Fig. 5 viser elektrodevikleelementet i snitt.

Fig. 6 viser tverrsnittet av en kapillærspalteelektrode, som

består av et antall elektrodeviklede elementer.

Fig. 7 viser en forstørret perspektivfremstilling av elektrodeelementene med bølget struktur (målestokk ca. 10:1). Fig. 8 viser en reell kapillærspalteelektrode (målestokk ca.

10:1) av et vekselmessig foldet, folielignende materiale i forstørret perspektivisk fremstilling.

Fig. 9 viser utsnittet B til kapillærspalteelektroden på

fig. 8.

Fig. 10 viser en forstørret perspektivfremstilling av et elektrodeelement med horisontalt forløpende steg-.... , .. lignende-prOfi.Ve^ån;g._(^n^i!dri;g^>::Jj Fig. 11 viser en forstørret perspektivfremstilling av et elektrodeelement med i det vesentlige horisontalt forløpende steglignende profilering (på hegge sidene). Fig. 12 viser en perspektivfremstilling av et elektrodeelement med lokale (retningsforskjellige, knastlignende) profileringer. Fig. 13 viser et utsnitt av en elektrode av vekselvis anordnede, bølgede og ikke-profilerte elektrodeelementer . Fig. 14 viser en forstørret perspektivfremstilling av et elektrodeelement med på begge sidene anordnet sikking. Fig. 15 viser en forstørret perspektivfremstilling av et

elektrodeelement med på ene siden anordnet sikking.

Fig. 16 viser en perspektivfremstilling av to kapillærspalteelektroder som katode og anode med mellomliggende avstandselement (målestokk ca. 1:1).

På grunn av oversikten er på fig. 2 til 16 kun elektrodeelementet henholdsvis de derav dannede elektroder vist, som ble satt inn i en elektrolysecelle.

Som det fremgår av fig. 1 til 8 og 16 er elektroden bygd opp av i forhold til hverandre parallelle henholdsvis kvasiparal-lellanordnede elektrodeelementer 1, la, 28, 29, hvis tykkelse 3 og avstand 4 i forhold til hverandre er med en til to størrelsesanordninger mindre enn ved kjente elektroder.

Tykkelsen■-3 til de-på fig-. 2 til 16 viste elektrodeelementer 1, la, lb, lc, ld, 15, 16, 28, 29, 30, 31, som kan være bånd, folie eller lameller, maksimalt det tredobbelte av den midlere bobleoppløsningsdiameteren. Mellom elektrodeelementene 1, la, lb, lc, ld, 15, 16, 28, 29, 30, 31 er anordnet en spalte 4, som frembringer kapillæreffekten. Fikseringen av elektrodeelementene i forhold til hverandre kan foretas f. eks. ved hjelp av flere tråder som går gjennom elektrodeelementene. Mellom elektrodeelementene kan det være anordnet avstandsholdere på trådene for å sikre kapillærspalten. Fortrinnsvis anvendes profilerte elektrodeelementer la, lb, lc, ld, 15, 16, 28, 29, 30, 31. Dette tillater en enkel beredskapsstilling av en i sin bredde lett anpassbar, transportabel og monterbar kapillærspalteelektrode.

Spesielt gunstig er fremstilling av elektrodeelementer av glassmetalliske foliebånd, som frembringes ifølge en smeltespinnmetode. De har glatte overflater og kanter og har minst en tykkelse 3 fra 20 pm til 100 pm. Det foretrukne området for elektrodeelementtykkelsen ligger rundt 40 pm, bredden på båndet utgjør ca. 5 mm. Ved anvendelse av ca. 40 elektrodeelementer for hver centimeter fremkommer en gjennomsnittlig kapillarspalte 4 med en bredde på 200 pm. En elektrode av mange i og for seg svært fleksible enkeltelemen-

ter utgjør et mekanisk sterkt belastbart og fremdeles en plan flate av fullstendig tilpassbar struktur. For disse flatene må det ikke stilles høye krav med hensyn til planet, forkastninger bl.a.

Fig. 2 viser to elektroder 8 av elektrodeelementene 1, hvor den ene danner katoden og den andre anoden, med mellomliggende skilleelement 7, f.eks. en membran, i en såkalt null-avstand. Elektrodestrukturen tillater storflatet en konstant og liten elektrodeavstand, som tilsvarer tykkelsen på skilleelementet 7. Føyeligheten til elektroden 8 sikrer dessuten en jevn trykkfordeling over skilleelementet 7, som ikke bare forhindrer en beskadigelse av elektrodene, men ikke påvirker i one strimen.. henholdsvis.. ele.ktro.lyttstxømm,en.. Rommet, som. tilslutter seg elektrodeflåtene,.og som er vendt bort fra skilleelementet 7, tjener som avgassingsrom for elektrolytten. Fig. 3 og 4 viser forstørret utsnittet A av elektroden 8 på fig. 1. Det anvendte elektrodeelementet 1 har en tykkelse 3 på ca. 30 pm og en bredde 5 på ca. 5 mm. Kapillærspalten 4 mellom elektrodeelementene 1 tilsvarer tilnærmet 200 pm. Flatene 2 til elektrodeelementene 1 (jfr. fig. 4) utgjør området med høy elektrolytisk reaktivitet. Dens flatespesifi-serte omsetning tilsvarer omtrent den på frontflaten til elektrodeelementet 1. Den reaksjonskraftige flaten 2, som deltar vesentlig i omsetningen, strekker seg på tvers av elektrodeplanet til en dybde, som tilsvarer tilnærmet bredden på spalten 4. For bedre å vise bredden på spalten 4 i forhold til tykkelsen og bredden på elektrodeelementet 1 ble denne utvidet til det tredobbelte. Fig. 5 viser en ytterligere variant av den jevntvirkende elektrodestrukturen med kapillærspalte. Ved spiralformet oppvikling av et elektrodeelementpar, bestående av et glatt elektrodeelement 29 og et bølget, profilert elektrodeelement 28 oppstår en kvasiparallell elektrodestruktur. Fikseringen av den ønskede kapillærspalten kan også foregå ved hjelp av på annen måte profilerte elektrodeelementer, som skal beskrives nærmere senere.

Et elektrodeutsnitt bestående av flere elektrodevikleelemen-ter 53 er vist på fig. 6. Denne elektroden er omfattet av en strømtilførsel 51. Elektrodevikleelementet 53 bæres av en strømfordeler 52. Som strømfordeler 52 kan anvendes enhver elektrisk tilstrekkelig ledende og mekanisk belastbar konstruksjon. I enkleste tilfelle kan det anvendes en metallisk hullplate.

På fig. 7 er vist elektrodeelementer la med bølget struktur. — Aksene 18 til profileringen er skråstilt i forhold til horisontalplanet. Ved vekselsidig folding av en slik profilert folie 19 i den vertikale aksen 17 liggende foldeaksen 20, vil profileringen til tilliggende elektrodeelementer 15, 16 ligge punktvis mot hverandre. Den i foldeaksen 20 anordnede perforering 21 har en bredde 22, som orienterer seg til bredden på kapillarspalten 4 henholdsvis deformeringsgraden til folien 19.

Fig. 8 og 9 viser utsnitt av en slik elektrode. Den anvendte folien har en tykkelse 3 på ca. 25 pm, elektrodeelementet la,

som er frembrakt ved vekselsidig folding av den profilerte folien 19, har en bredde på ca. 5 mm og fikserer bredden på spalten 4 til ca. 200 pm. Flatene 2 til elementet la utgjør området med høy elektrolytisk aktivitet. Elektrodene, som fremstilles ved perforering, profilering og folding, er rasjonelle ved fremstilling og godt håndterbare og har en svært jevn finoppdelt struktur.

Mens det på fig. 10 viste elektrodeelement lb har horisontalt forløpende, steglignende profilering 23 på kun en side, har elektrodeelementet lc vist på fig. 11 steglignende profilering 24', 24" på begge sidene. Profileringen 24' med aksen 20 til den ene siden forløper ikke parallelt mot profileringen 24" med aksen 27 til den andre siden til samme elektrodeelement lc. Derved er det mulig å fordoble kapillærspalten mellom tilliggende elektrodeelement lc. Når elektrodeelementet lc ifølge fig. 11 stables, har de seg kryssende profileringer 24', 24" punktberøring. Det er imidlertid også mulig å foreta en vekselvis anordning av de

på begge sidene profilerte elektrodeelementer lc med glatte, ikke-profilerte elektrodeelementer.

Fig. 12 viser retningsforskjellige, knastlignende profileringer 25 på ene siden av elektrodeelementet ld. Det er imidlertid også mulig å anordne profileringer 25 på begge sidene av elektrodeelementet-,-.ld.;,-- r -

Frembringelsen av profileringene 23, 24', 24", 25 kan foregå ifølge fig. 10 til 12 ved hjelp av pregeverktøy. Spesielt økonomisk er fremstillingen av elektrodeelementer lb, lc, ld ifølge en smeltespinnmetode til glattmetalliske foliebånd. De har oftest en tykkelse 3 på 20 pm til 100 pm og kan fremstilles i ønsket bredde. For tilveiebringelse av profileringene 23, 24', 24", 25 blir overflatene til valsen tilsvarende preparert. Fig. 13 viser tverrsnittet av en del av en elektrode, som består av en pakke med vekselvis anordnet profilerte og ikke-profilerte elektrodeelementer 28, 29. Profileringen av elektrodeelementet 28 har en bølgestruktur, som forårsaker en kontinuerlig seg endrende kapillærspalte. Som midlere kapillærspaltebredde kan være den halve avstanden 34 mellom to tilliggende ikke-profilerte elektrodeelementer 29. Anvendelse av denne pakken tillater som følge av den fjærende virkningen til de bølgede elektrodeelementene 28 en svært enkel variasjon av bredden på kapillærspalten 4. Det er således mulig med en og samme profilering å fremstille elektroder for forskjellige elektrolytiske prosesser. Fig. 14 og 15 viser elektrodeelementer 30, 31 med profileringer 32 på begge sidene, henholdsvis på ene siden, utført som sikking, idet profileringenes 32 akser 36 forløper ortogonalt i forhold til lengdeaksen 35 til elektrodeelementene 30, 31. Elektrodeelementet 30 kan anvendes i denne formen i kombinasjon med ikke-profilerte elektrodeelementer 1, 29. En kombinasjon av disse elektrodeelementene 30 med den horisontale skråstilte aksen 36 til den sikkede profileringen 32 fører til elektrodestrukturer, som er svært lik de vist på fig. 7 og 8.

Fordelen med elektrodeelementer består deri at disse uten separate avstandsholdere kan sammenføyes til en tett, fin og ; j evn strukturert 'pakke. Kapillærspalten mellom tilliggende elektrodeelementer fiksert ved sin profilering sikrer en rettet gasstransport og en intens elektrolyttutveksling.

Fig. 16 viser to elektroder 8, av hvilke den ene tjener som anode og den andre som katode, idet det er anordnet mellomliggende stormaskede avstandselementer 14. Elektrodestrukturen tillater en storflatet, konstant og liten elektrodeavstand, hvilken avstand tilsvarer avstandselementets 14 tykkelse. Dessuten sikrer føyeligheten til denne elektrodestrukturen at en beskadigelse av avstandselementet 14 forhindres. Elektroden 8 består av elektrodeelementer 1. Skott 13 skiller gassen i det øvre området av cellehuset 40.

På fig. 1 er den prinsipielle oppbygningen av en elektrolysecelle vist. Den inneholder en elektrode 8, som er dannet av elektrodeelementer ifølge oppfinnelsen. For tydeligere fremvisning av gassboblefordelingen er banen til gassboblene forenklet i fremvisningen ved å vise en perlesnor 41, og elektrolyttcellen har en forholdsmessig stor elektrodeavstand såvel som bredt avgassingsrom 10, 11. En av de vesentlige forutsetningene for funksjonering av elektrolysecellen ifølge oppfinnelsen er elektroden 8 dannet av elektrodeelementene ifølge oppfinnelsen.

Ved hjelp av pilen på fig. 1 er antydet

- elektrolyttilførselen 37,

gassbortføringen 38 og

blandingsgassbortføringen 39.

Forbindelsen mellom reaksjonsrommet 9 og avgassingsrommene 10, 11 er maksimalt i størrelse av størrelsen på en kapillarspalte. Bedre er en fullstendig avtetning mellom rommene slik at det ikke ved elektrolyttransporten mellom elektroden 8 og cellehuset 40 kan opptre .strømningsbetingede forstyrrelser, som muligens kunne føre til oppløsning av gassboblene 6 fra elektrodereaksjonsflåtene i reaksjonsrommet 9.

Det står dermed en celleoppbygning til rådighet, hydraulisk oppdelte elektrolyseceller i felles reaksjonsrom 9 og adskilt avgassingsrom 9,10.

Kvaliteten til elektroden er avhengig av renheten til den frembrakte gassen. Også elektrodeavstanden kan virke på gassens renhet. For å forhindre en koagulering av gassboblene må det mellom elektrodene 8 være en avstand på minst tre ganger bobleoppløsningsdiameteren. Koaguleringen av gassboblene fører til blandingsgassdannelse i reaksjonsrommet 9.

Det skal imidlertid tilstrebes en mest mulig liten elektrodeavstand, da dette reduserer den ohmske motstanden. Elektrolyttutvekslingen mellom avgassingsrommene 10, 11 og reaksjonsrommet 9 er mer intensiv jo mindre (smalere) reaksjonsrommet 9 er (elektrodeavstanden).

Gassboblene 6, som fjerner seg fra elektroden 8 og vandrer inn i reaksjonsrommet 9, fører til den allerede nevnte ubetydelige blandingsgassdannelsen. Disse boblene kan ikke føre til forurensning av den rene gassen, da de ville koagulere før de når motelektroden med de der dannede bobler. Deres boblediameter ville da være for stor for transport gjennom en kapillarspalte 4 til elektroden 8 eller i avtetningsområdet til husveggen. Skille av ren gass i det øvre celleområdet foregår ved en eller flere skott 12, som er neddykket under væskenivået.

En optimal funksjon av elektroden 8 er gitt når strukturen er finoppdelt og jevn. Slike egenskaper tilveiebringes best ved tett pakket og jevnt profilerte elektrodeelementer 1, la, lb, lc, ld, 28, 29, 30, 31.

Den med en elektrode av elektrodeelementene ifølge oppfinnelsen utrustet elektrolysecelle virker som følgende: - Det, store - antall - elektrodeelementer 1, la,: ..lb ,~ lc , ld;,;.-:28, 29, 30, 31 til elektroden 8 (ca. 40 til 50 elektrodeelementer pr. cm) utgjør en høygradert utjevning av elektrodeoverflåtene. Forbundet dermed er en adekvat utjevning av det elektriske feltet såvel som strømtetthetsbelastningen. Følgelig blir en overbelastning og dermed en for tidlig slitasje av elektrodekatalytisk sjikt unngått. Dessuten er det oppnådd at flatene som tar del i reaksjonen er øket til en verdi som er større enn konstruksjonsflåtene. Under gunstige betingelser kan forholdet mellom aktiv reaksjonsflate til konstruksjonsverdi ligge rundt verdien 2.

Gassboblene som dannes på frontflåtene og de reaktive flatene

2 til elektrodeelementene 1, la, lb, lc, ld, 28, 29, 30, 31

befinner seg i innstrømningsområdet til kapillærspalten 4. Ifølge gassbobledannelsen oppstår en trykkoppbygning i reaksjonsrommet 9, som utgjør årsaken for gasstransporten på tvers av elektrodeplanet. På fig. 4 er banen til gassboblen 6 vist gjennom kapillærspalten 4 mellom elektrodeelementene 1.

I samme grad utskytes elektrolytten mellom avgassingsrommene

10, 11 og reaksjonsrommet 9. Det forefinnes praktisk talt ingen frie bevegelige gassbobler i elektrolytten til reaksjonsrommet 9. Gassboblene beveges under virkning av kapillæreffekten mot elektrodeoverflåtene og suges inn i kapillærspalten 4. Herved reduseres vesentlig den elektriske motstanden til elektrolytten.

Det skal også bemerkes at bredden 5 til elektrodeelementet 1

kan tilpasses behovene med hensyn til mest mulig liten ohmsk spenningsavfall i elektrodematerialet. Det samme gjelder for dimensjoneringen av kapillærspalten 4 for å oppnå en uforstyrret hydraulisk betingelse i reaksjonsrommet til elektrolysecellen.

Claims (1)

1. .Elektrolysecelle .for gassuty.iklende elektrolytiske prosesser, spesielt for vann- og kloralkalielektrolyse, hvor det anvendes i det minste en elektrode med parallellanordnede anode- og katode-dannende folietype elektrodeelementer som har en maksimal tykkelse på 450pm, og hvor det mellom tilstøtende elektrodeelementer er kapillærgap eller spalter,karakterisert vedat elektrodeelementene (1, la, lb, lc, ld, 15, 16, 28, 29, 30, 31 ) har profilerte områder (23 ,24 ,24",25,32 ) for fastlegging av kapillærspaltene (4) og at kapillærspaltene (4) er hovedsakelig konstante ortogonalt på elektrodeplanet slik at bevegelsesretningen til gassboblene som dannes likeledes er hovedsakelig ortogonal fra reaksjonsflaten på frontsiden av elektroden til baksiden.

2. Elektrolysecelle ifølge krav 1,karakterisertved at elektrodeelementene (1, la, lb, lc, ld, 15, 16, 28, 29, 30, 31) har en tykkelse (3), på opptil 3 ganger den gjennomsnittlige frigjøringsdiameteren.

3. Elektrolysecelle ifølge krav 1,karakterisertved at de profilerte områdene (23 ,24,24",32) er materi-alfremspring.

4. Elektrolysecelle ifølge krav 1 og/eller 3,karakterisert vedat de profilerte områdene (23,24, 24",32) har en konstant struktur som løper på tvers av elektrodeplanet, og mer spesielt er designet som material-bølgeganger eller undulasjoner.

5. Elektrolysecelle ifølge krav 1 og/eller 3,karakterisert vedat de profilerte områdene (25) er utformet som knaster ,eller, vorter .....

6. Elektrolysecelle ifølge krav 1,karakterisertved at bredden (5) til elektrodeelementene (l,la,lb,lc, ld,15,16,28,29,30,31 ) utgjør i det minste 10 ganger bredden av kapillærspalten (4).

7 . Elektrolysecelle ifølge krav 1,karakterisertved at elektrodeelementene (28,29) har spiralform.

8. Elektrolysecelle i henhold til krav 1,karakterisert vedat elektrodeelementene (la,15,16) er en komponentdel av en vekslende foldet overflatestruktur som har jevnt fordelte perforeringer (21) i området ved dens foldede kanter (20).

9. Elektrolysecelle ifølge krav 1,karakterisertved at elektrodeelementene (1,la,lb,lc,ld) som definerer elektroden (8) til siden, såvel som nedre kapslingen til elektroden (8) er avtettet fra den indre veggen til cellehuset (40) opptil et maksimum på en spalte som korrespon-derer med kapillærspalten (4), mellom elektrodeelementene, og at degassifiseringskamrene (10,11) i det øvre celleområdet er gasstett adskilt ved hjelp av en vegg (12,13) i det minste opp til væskenivået til elektrolytten.

10. Elektrolysecelle ifølge krav 1,karakterisertved at avstanden mellom anoden og katoden er fiksert ved hjelp av et eller flere elektrolyttmotstandsdyktige, dielektriske - avstandselement(er) (14) som har en nett-, celle- eller vevlignende struktur. .11. , . : .:. ■ ■ ■ ■ ■ ■ - . -:■r- Elektrolysecelle ifølge krav 1,karakterisertved at elektrodeelementene (1,la,lb,lc,ld,15,16,28,29,30,

31) er laget av glassmetallisk foliebånd.