NO811674L - Sammensatt bipolar elektrode for alkalimetallkloridelektrolyse og andre elektrolyseprosesser - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en sammensatt bipolar elektrode for elektrolyseceller med perforerte foranoder og forkatoder og gass- og væsketett adskillelse av analytt- og katalyttrommet.

Bipolare elektrolyseceller har ovenfor monopolare celler den fordelen at det ikke er nødvendig med strømtilførsel for elektrodene og cellene kan bli konstruert svært kompakt. De blir f. eks. anvendt ofte ved vannelektrolyse og i den senere tid også ved klorkali-elektrolyse og da spesielt ved membranmetoden.

Til elektroden til bipolare celler blir en rekke krav stilt: De må på den ene siden virke som anode og være motstandsdyktige mot de anodiske driftsbetingelsene og på den annen side kunne virke som katode og ikke bli angrepet av de ved katoden dannede stoffer. Generelt må de også sikre en adskillelse av mediene på anodesiden og katodesiden. Elektrodene skal ha lave over-spenninger og muliggjøre en god fjerning av dannede gasser. Disse kravene fører f. eks. ved vannelektrolyse til en perforert forelektrode som er anordnet på begge sidene av en skillevegg og ledende forbundet med skilleveggen og virker på den ene siden som katode og på den andre siden som anode. Ved klorkali-elektrolyse er mediene på anodesiden alkaliklorid-opp-løsning med sur pH-verdi og klor, dertil underklorsyre, klo-rat og oksygen, og på katodesiden alkalihydroksyd-oppløsning og hydrogen.

Av de forskjellige materialene som det har vært på tale å be-nytte for anoden, har titan med et egnet edelmetalloksyd-be-legg vist seg å være best, og for katoden stål, enten blankt eller med en aktivator på basis av nikkelsvovel eller nikkel-sink som det f. eks. er beskrevet i fransk patent nr. 7805208 henholdsvis US patent nr. 3 272 728.

Titan er ikke egnet som katode da atomært hydrogen som oppstår går i oppløsning i titan og danner hydrid som blir oppløst av - basen. Da en metallisk skillevegg også virker som elektrode og blir utsatt for tilsvarende påkjenning, er titan som materiale for skilleveggen heller ikke uten videre brukbart. Her-til kommer at titan og stål ikke kan forbindes ved hjelp av sveising på enkel måte.

Elektroden til de nå kjente bipolare membrancellene består i alminnelighet av en skillevegg i en "sandwich-konstruksjon", som p<i>å anodesiden består av titan og på katodesiden består av stål, idet begge metallene er forbundet ved hjelp av eksplo-sjonsplettering. På skilleveggen er på den ene siden påsveiset strømtilførselen til anoden.av titan og på den andre siden strømtilførselen for katoden av stål. Denne konstruksjonen er komplisert, og gir et høyt materialforbruk og blir.tung og dyr da eksplosjonsplettert blikk må en minste tykkelse av fremstillingsgrunner. Dessuten kan på grunn av hydrogen-diffusjonen oppstå problemer.

Oppfinnelsen har til oppgave å tilveiebringe en sammensatt bipolar elektrode for elektrolyseceller ifølge den innled-ningsvise nevnte typen, som ved unngåelse av de nevnte ulem-pene ved teknikkens stand gir en lett materialsparende konstruksjon som på tross av en svært nøyaktig jevn elektrodeav-stand tillater og gir et minimalt Ohm'sk spenningsfall. Denne oppgaven blir ifølge oppfinnelsen løst ved at skilleveggen mellom anode- og katoderommet er dannet ved hjelp av en folie av et materiale som er bestandig mot betingelsene på anodesiden såvel som betingelsene på katodesiden, f. eks. PTFE og et støttegitter, fortrinnsvis av strekkmetall. Folien kan enten være forbundet med støttegitteret på egnet måte eller også ligge fritt på støttegitteret. I dette tilfelle blir støttegitteret anordnet på den siden av folien hvor det hersker et lavere trykk.

Dersom man arbeider med et lett overtrykk på katodesiden for

å tilveiebringe en lavere cellespenning, befinner seg støtte-gitteret på anolyttsiden og er fortrinnsvis fremstilt av titan. Støttegitteret blir så avstøttet i regelmessige avstander mot -

anoden, som likeledes består av titanstrekkmetall, avstøttet og innklemt ved kontaktstedene hvor strømovergangen fra anoden til katoden skjer. Kontaktstedene blir derved således ut-ført at de er løsbare og anoden og katoden således kan bli

demontert for å belegges på nytt. Kontaktstedene blir tildek-ket mot mediumet. Tettingen mellom anolytt- og katolyttrommet skjer på kjent måte ved hjelp av en O-tetning. Folien kan være svært tynn, da det ikke er tale om diffusjonstetthet på grunn av den perforerte bakveggen. Termiske utvidelser medfører ikke ulemper ved en tilsvarende dimensjonering av strekkgitteret.

Den medfølgende eneste tegningsfiguren viser et tverrsnitt gjennom en elektrolyseinnretning med flere bipolare elementer 1 og beskriver en utførelsesform av den ovenfornevnte bipolare elektroden for en klorkalie-membrancelle. Strømmen blir til-ført endeanoden 2 og bortført fra endekatoden 3. Bipolar-ele-mentet består henholdsvis av rammen 4, rammetetningen 5, bipolarelektroden 6 og skillemembranen 7. Selve elektroden består av strekkmetallanoden 8, av belagt titan, støttegitteret 9, folien 10 og den perforerte katoden av stål 11. Strøm fra katoden blir samlet i skiven 12, som er forbundet med katoden ved hjelp av sveising, og overført via skruekontakten 13 på titansteget 14 og overfører den til anoden 8 som er forbundet ved hjelp av punktsveising. Tettingen mellom anolytt- og katolyttrommet skjer ved hjelp av O-ringen 15.

For beskyttelse av kontaktforbindelsen mot mediet, er skrue-forbindelsen overtrukket med en kappe 16 av et egnet elastomer, som samtidig regulerer avstanden mellom elektrodene over det på anoden liggende membran.

En slik bipolarelektrode har, ved et materialforbruk av titan på kun en brøkdel av det ved eksplosjonsplettert bipolarelek-troder, et Ohm'sk spenningsfall mellom anode og katode på mindre enn 50 mV.

Anvendelsen av den beskrevne bipolarelektroden er ikke begren-- set til klorkali-elektrolyse ifølge membranmetoden, men er også mulig og fordelaktig ved andre elektrolyseprosesser når anoden og katoden består av forskjellige materialer og således anolytten og katolytten må bli holdt fra hverandre og det er vanskelig å finne et materiale for skilleveggen som er like godt bestandig mot anolytten og katolytten.

Claims (6)

1. Sammensatt bipolarelektrode for elektrolyseceller med perforert foranode og forkatode og gass- og væsketett adskillelse mellom anolytt- og katolyttrommet, karakterisert ved at skilleveggen er dannet av en folie (10) som er forsterket ved hjelp av et metallgitter (9).

2. Bipolarelektrode ifølge krav 1, karakterisert ved at folien (10) er forbundet fast med metallgitteret (9) på egnet måte.

3. Bipolarelektrode ifølge krav 1, karakterisert ved at folien (10) stø tter seg på metallgitteret" (9) og blir holdt i sin stilling ved hjelp av differenstrykket mellom katolytt- og anolyttrommet.

4. Bipolarelektrode ifølge krav 1, karakterisert ved at forbindelsen mellom katoden (3), anoden (2) og skilleveggen (7) er løsbar og at hver del kan hver for seg bli utvekslet og fornyet uten å bli beskadiget.

5. Bipolarelektrode ifølge krav 1 og 4, karakterisert ved at skilleveggen (1) er forsynt med tilstrekkelig antall gass- og væsketette gjennomføringer og idet anoden (2) og katoden (3) er forbundet strømledende med hverandre.

6. Bipolarelektrode ifølge krav 1, 4 og 5 for alkalimetall-klorid-elektrolyse, karakterisert ved at metallgitteret (9) består av titanstrekkmetall med egnet maskevidde.