NO315712B1

NO315712B1 - Elektrolysecelleanordning med filterpresseoppbygning

Info

Publication number: NO315712B1
Application number: NO19942826A
Authority: NO
Inventors: Walter Kreuter
Original assignee: Ghw Ges Fuer Hochleistungselek
Priority date: 1993-07-30
Filing date: 1994-07-29
Publication date: 2003-10-13
Also published as: FR2708629A1; CA2128980C; JP3360100B2; CA2128980A1; DE4325705A1; NO942826D0; DE4325705C2; NO942826L; JPH0762582A; FR2708629B1

Description

Oppfinnelsen angår en elektrolysecelleanordning med filterpressebyggestil, bestående av et flertall enkeltceller som står i rekke sammen, idet hver av enkeltcellene oppviser et anolytt- og et katolyttkammer og et diafragma som er anordnet mellom disse, og hvor enkeltcellene er stengt mot nabocellene ved hjelp av ugjennomslippbare cellevegger, såkalte bipolarblikk.

I elektrolysekamrene skal en elektrisk ledende for-bindelse opprettes mellom bipolart blikk og elektroder. Elek-trolytten som omgir anoden blir betegnet som anolytt og elek-trolytten som omgir katoden som katolytt.

Elektrolyse er en fremgangsmåte for elektrokjemisk utvinning av visse komponenter fra en vandig oppløsning av deres forbindelser. Spesielt utgjør elektrolyse av vann og den dermed forbundne utvinning av hydrogen et viktig element for en fremtidig hydrogenøkonomi. Alt etter anvendelsen kommer elektrolyseceller av de forskjelligste byggearter i betraktning. Således er for eksempel elektrolyseceller med flytende elektroder eller med roterende elektroder kjent. Som oftest blir flere enkeltceller sammenfattet til én enhet for å gjøre installeringen enklere.

Elektrolysecelleanordninger med filterpressebyggestil er særpreget ved en sjiktlignende anordning av enkeltcellene, med stadig gjentagelse av enkeltelementer, som er spent sammen med hverandre slik at de utgjør en samlet anordning. I celleblokken må derfor en perfekt elektrisk kontaktering sikres til tross for fremstillingsbetingede toleranser. Dette krav har til følge at stive og elastiske konstruksjonselementer er avvekslende anordnet i cellen. Fra Ullmanns Enzyklopådie der Technischen Chemie, bind 24, "Wasserstoff", Kapitel: Zellkonstruktionen, side 278, er en utformning av celleskilleveggene i vaffellignende preget form kjent. Den på forhånd plane celleskillevegg blir derved ved hjelp av egnede forholdsregler forsynt med en preging som på begge sider fører til nuppelignende forhøyninger. Dersom én side av celleskilleveggen betraktes, avveksler fordypninger og forhøyninger hverandre med regelmessig avstand.

I patentpublikasjon NO-B-157 544 beskrives en fremgangsmåte for å fordele den elektriske strømmen over en elastisk, porøs og permeabel elektrodes overflate i en elektrolyseanordning, hvor i det minste én av elektrodene, fortrinnsvis katoden, i elektrolyseanordningen er i kontakt med et bevegelig, glidbart, elastisk sammenpressbart sjikt. Den motsatte elektrode kan være av en mer stiv type, og anodeplaten kan være gjennomhullet og være sveiset til ribbene i endeplaten.

Fra EP-A 0 297315 er en fremgangsmåte for fremstilling av en kompositt av et cermetsjikt og et porøst metallsjikt på én eller begge sider av cermetsjiktet kjent som diafragma med elektrode(r). I en slik komposittenhet av elektrode(r) og diafragma, som kort betegnes som EDE-komposittsjikt, består diafragmaet av en oksidkeramikk med kalsiumtitanat som utgangsmateriale og elektrodene av porøst nikkel, hvorved nikkeloksid her anvendes som utgangsmateriale. Fra disse utgangsmaterialer blir en tre-sjikts folie fremstilt med et løsnings- hhv. bindemiddel og blir deretter sintret i reduserende atmosfære ved ca. 1200°C. På denne måte fås en membran med en tykkelse på mindre enn 1 mm. En slik membran virkeliggjør en "0-avstand" og inneholder et diafragma som er stabilt opp til temperaturer på 150°C i 40 vekt% KOH. Dette EDE-komposittsjikt er lite duktilt, men må imidlertid kontaktes elektrisk fra begge sider og stabiliseres mekanisk.

Det tas ved oppfinnelsen sikte på å tilveiebringe en

elektrolysecelle med konstruksjon som oppfyller de nevnte krav.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved at det tilveie-bringes en elektrolysecelleanordning av filterpresseoppbygningstypen, bestående av et flertall enkeltceller på rekke med hverandre, idet hver av enkeltcellene oppviser et anolytt- og katolyttkammer og et diafragma anordnet mellom disse og er stengt mot nabocellene ved hjelp av ugjennomslippbare cellevegger, såkalte bipolarblikk, idet anolytt- og katolyttkamrene er skilt fra hverandre ved hjelp av et elektrode-diafragma-elektrode(EDE)-komposittsjikt, og elektrolyscelléeanordningen er særpreget ved at bipolarblikket som er anordnet på anodesiden, danner sammen med et bølgenett som er anordnet i anolyttkammeret såvel som sammen med et hullblikk som ligger plant på EDE-komposittsjiktet til anoden, idet bipolarblikk, bølgeblikk og hullblikk er laget av det samme materiale, en stiv, plan støttekonstruksjon ved hjelp av sammensintring henholdsvis sammensveising, og EDE-komposittsjiktet er trykket mot hullblikket ved hjelp av et fleksibelt, elektrisk ledende element som er anordnet mellom EDE-komposittsjiktet og det neste bipolarblikk.

Elektrolyttcellen ifølge oppfinnelsen gjør det nå mulig på forholdsvis enkel måte å oppnå en elektrisk kontaktering såvel som en mekanisk stabilisering av EDE-komposittsjiktet. På grunn av oksygenets oksiderende virkning må kontaktstedene på anodesiden være sammensintret eller sammensveiset da over-gangsmotstandene ellers ville bli for høye på grunn av oksiddannelse. Ved sintring dannes da en "sandwich" som er dannet av bipolarplate, bølgenett og hullblikk og som er meget stiv. På grunn av de forskjellige utvidelseskoeffisienter til keramikk og nikkel vil for større celler hvor EDE-komposittsjiktet er sammensintret hhv. sammensveiset direkte med bølgenettet, en rommessig krumning oppstå etter avkjølingen, og denne vil i celleblokken føre til utillatelige mekaniske spenninger. Ved elektrolysecellekonstruksjonen ifølge oppfinnelsen blir dette hindret ved hjelp av hullblikket som er anordnet mellom bølgenett og EDE-komposittsjikt. Hullblikket blir bare sammensveiset med bølgenettet og ikke med EDE-komposittsjiktet. På denne måte fører forskjellene i utvidelseskoeffisientene til EDE-komposittsjiktet og den nevnte "sandwich" av bipolarblikk, bølgenett og hullblikk ikke til en utillatelig, rommessig krumning inne i celleblokken. Ved hjelp av det fleksible, elektrisk ledende element som er anordnet på katodesiden, oppnås fast påtrykking av EDE-komposittsjiktet på hullblikket.

En utførelsesform av oppfinnelsen er kjennetegnet ved at bipolarblikk, bølgenett og hullblikk består av ren nikkel og at det fleksible, elektrisk ledende element består av nik-ke lt rå dduk.

Spesielt anvendelse av ren nikkel for bipolarblikk, bølgenett og hullblikk såvel som anvendelsen av en nikkeltrådduk for det fleksible elektrisk ledende element har i praksis vist seg å være spesielt gunstig ved sammenligningsvis lave omkostninger.

Som videreutvikling av oppfinnelsen foreslås det også at komposittsjiktet bare består av diafragmaet og katoden. Ved denne utførelsesform av oppfinnelsen oppfyller hullblikket som på anodesiden ligger plant an mot komposittsjiktet, oppgaven til anoden.

Elektrolysecelleanordningen med filterpressebyggestil ifølge oppfinnelsen er nærmere forklart under henvisning til

Figur 1. Hver av de enkelte elektrolyseceller er avgrenset av to bipolarblikk 1. På EDE-komposittsjiktet 2 er hullblikket 3 av ren nikkel påført på anodesiden. En mekanisk stabilisering av EDE-komposittsjiktet 2 fås ved hjelp av bølgenettet 4. Ved hjelp av den fleksible nikkeltrådvevnad 5 på katodesiden blir EDE-komposittsjiktet 2 og hullblikket 3 trykket plant mot hverandre.

Claims

1. Elektrolysecelleanordning av filterpresseoppbygningstypen, bestående av et flertall enkeltceller på rekke med hverandre, idet hver av enkeltcellene oppviser et anolytt- og katolyttkammer og et diafragma anordnet mellom disse og er stengt mot nabocellene ved hjelp av ugjennomslippbare cellevegger, såkalte bipolarblikk, idet anolytt- og katolyttkamrene er skilt fra hverandre ved hjelp av et elektrode-diafragma-elektrode(EDE)-komposittsj ikt, karakterisert ved at bipolarblikket som er anordnet på anodesiden, danner sammen med et bølgenett som er anordnet i anolyttkammeret såvel som sammen med et hullblikk som ligger plant på EDE-komposittsjiktet til anoden, idet bipolarblikk, bølgeblikk og hullblikk er laget av det samme materiale, en stiv, plan støttekonstruksjon ved hjelp av sammensintring henholdsvis sammensveising, og EDE-komposittsjiktet er trykket mot hullblikket ved hjelp av et fleksibelt, elektrisk ledende element' som er anordnet mellom EDE-komposittsjiktet og det neste bipolarblikk.

2. Elektrolysecelleanordning ifølge krav 1, karakterisert ved at bipolarblikk, bølgenett og hullblikk består av ren nikkel og at det fleksible, elektrisk ledende element består av en nikkeltrådvevnad.

3. Elektrolysecelleanordning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at komposittsjiktet bare består av diafragmaet og katoden.