NO813552L - Stroemfordelingsanordning for elektrolysecelle med permionisk membran - Google Patents
Stroemfordelingsanordning for elektrolysecelle med permionisk membranInfo
- Publication number
- NO813552L NO813552L NO813552A NO813552A NO813552L NO 813552 L NO813552 L NO 813552L NO 813552 A NO813552 A NO 813552A NO 813552 A NO813552 A NO 813552A NO 813552 L NO813552 L NO 813552L
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- cathode
- membrane
- electrically conductive
- permionic membrane
- anode
- Prior art date
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims description 114
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims description 34
- 239000010411 electrocatalyst Substances 0.000 claims description 31
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 29
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 13
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims description 9
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 6
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 6
- -1 hydroxyl ions Chemical class 0.000 claims description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 4
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 4
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 3
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 claims description 3
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910001514 alkali metal chloride Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 claims description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011236 particulate material Substances 0.000 claims description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims 1
- NDVLTYZPCACLMA-UHFFFAOYSA-N silver oxide Chemical compound [O-2].[Ag+].[Ag+] NDVLTYZPCACLMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 40
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical group [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 31
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(iv) oxide Chemical compound O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 229910001923 silver oxide Inorganic materials 0.000 description 20
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 17
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 14
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 12
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 12
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 11
- 125000003262 carboxylic acid ester group Chemical group [H]C([H])([*:2])OC(=O)C([H])([H])[*:1] 0.000 description 9
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 8
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 7
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 7
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 7
- 229920003935 Flemion® Polymers 0.000 description 6
- WXZOXVVKILCOPG-UHFFFAOYSA-N bis(2-ethylhexyl) benzene-1,3-dicarboxylate Chemical compound CCCCC(CC)COC(=O)C1=CC=CC(C(=O)OCC(CC)CCCC)=C1 WXZOXVVKILCOPG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 3
- 229910000108 silver(I,III) oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004721 Polyphenylene oxide Substances 0.000 description 2
- 241000872198 Serjania polyphylla Species 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001733 carboxylic acid esters Chemical class 0.000 description 2
- 125000002843 carboxylic acid group Chemical group 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 2
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 2
- JRZJOMJEPLMPRA-UHFFFAOYSA-N olefin Natural products CCCCCCCC=C JRZJOMJEPLMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000570 polyether Polymers 0.000 description 2
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 2
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 2
- 125000006527 (C1-C5) alkyl group Chemical group 0.000 description 1
- NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 1,2-bis(ethenyl)benzene;1-ethenyl-2-ethylbenzene;styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1.CCC1=CC=CC=C1C=C.C=CC1=CC=CC=C1C=C NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RLPSARLYTKXVSE-UHFFFAOYSA-N 1-(1,3-thiazol-5-yl)ethanamine Chemical compound CC(N)C1=CN=CS1 RLPSARLYTKXVSE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JMGNVALALWCTLC-UHFFFAOYSA-N 1-fluoro-2-(2-fluoroethenoxy)ethene Chemical compound FC=COC=CF JMGNVALALWCTLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 2-propanol Substances CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OJJZMVJTDLTNFP-UHFFFAOYSA-N 7,8,8-trichloro-1,1,2,3,4,4,5,6,6,8-decafluoro-5-(trifluoromethyl)oct-1-ene Chemical compound ClC(C(Cl)(Cl)F)C(C(C(F)(F)F)(C(C(C(=C(F)F)F)F)(F)F)F)(F)F OJJZMVJTDLTNFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000881711 Acipenser sturio Species 0.000 description 1
- MQIUGAXCHLFZKX-UHFFFAOYSA-N Di-n-octyl phthalate Natural products CCCCCCCCOC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCCCCCCCC MQIUGAXCHLFZKX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical group OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007868 Raney catalyst Substances 0.000 description 1
- 229910000564 Raney nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- QYKIQEUNHZKYBP-UHFFFAOYSA-N Vinyl ether Chemical class C=COC=C QYKIQEUNHZKYBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000008044 alkali metal hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical group 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N bis(2-ethylhexyl) phthalate Chemical compound CCCCC(CC)COC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCC(CC)CCCC BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 1
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 description 1
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 description 1
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 150000008282 halocarbons Chemical group 0.000 description 1
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 description 1
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000001449 isopropyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 235000021317 phosphate Nutrition 0.000 description 1
- ABLZXFCXXLZCGV-UHFFFAOYSA-N phosphonic acid group Chemical group P(O)(O)=O ABLZXFCXXLZCGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003013 phosphoric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 125000005498 phthalate group Chemical class 0.000 description 1
- 229920005597 polymer membrane Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 125000001436 propyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 125000001453 quaternary ammonium group Chemical group 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 125000000542 sulfonic acid group Chemical group 0.000 description 1
- 150000003461 sulfonyl halides Chemical class 0.000 description 1
- YBBRCQOCSYXUOC-UHFFFAOYSA-N sulfuryl dichloride Chemical compound ClS(Cl)(=O)=O YBBRCQOCSYXUOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OBTWBSRJZRCYQV-UHFFFAOYSA-N sulfuryl difluoride Chemical compound FS(F)(=O)=O OBTWBSRJZRCYQV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical group FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N tetrafluoromethane Chemical compound FC(F)(F)F TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B13/00—Diaphragms; Spacing elements
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/34—Simultaneous production of alkali metal hydroxides and chlorine, oxyacids or salts of chlorine, e.g. by chlor-alkali electrolysis
- C25B1/46—Simultaneous production of alkali metal hydroxides and chlorine, oxyacids or salts of chlorine, e.g. by chlor-alkali electrolysis in diaphragm cells
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
- C25B9/19—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms
- C25B9/23—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms comprising ion-exchange membranes in or on which electrode material is embedded
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
- Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Description
Elektrolysecelle med permionisk membran, deriblant elektrolyseceller med nullgap-permionisk membran har en kation-selektiv permionisk membran. Den kation-selektive perioniske membran skiller anolyttkammeret som inneholder en anode, fra katolyttkammeret som omfatter en katode. I en elektrolysecelle med nullgap-permionisk membran står den anodiske elektrokatalysator og den katodiske elektrokatalysator i kontakt med den permioniske membranens respektive sider. I en elektrolysecelle med fast polymerelektrolytt er anode-elektrokatalysatoren og katode-elektrokatalysatoren forbundet med og innleiret i den permioniske membran.
Elektrolysecellen med nullgap-permionisk membran
gir fordelen med hurtig fjerning av elektrokatalysatoren.
Dvs. at anode- og katode-elektrokatalysatoren kan fjernes
fra kontakt med den permioniske membran uten at membranen ødelegges eller nedbrytes. En annen fordel ved elektrolyseceller med nullgap-permionisk membran i forhold til elektrolyseceller med fast polymerelektrolytt er den høyere strøm-effekt. Imidlertid oppnås den høyere strømeffekt på bekost-ning av høyere cellespenning.
I henhold til foreliggende oppfinnelse har man nå funnet at spenningen i elektrolyseceller med nullgap-permionisk membran kan reduseres hvis det på og i katodeoverflaten hos den permioniske membran finnes egnede strømfordel-ingsanordninger som øker den elektroniske ledning langs den permioniske membranens katodiske overflate. Således vil katoden stå i kontakt med den permioniske membran idet membranens katodiske overflate er forsynt med strømfordelende materiale, dvs. elektrisk ledende og i det vesentlige ikke-katalytisk materiale fordelt på den permioniske membranens katodeoverflate. Det ikke-katalytiske materiale kan være forbundet med og innleiret i permionemembranens katodeoverflate.
Det foreslås således en elektrolysecelle med et anolyttkammer inneholdende en anode, et katolyttkammer inneholdende en katode og en permionisk membran mellom kamrene hvor i det minste katoden står i kontakt med den permioniske membran. Den permioniske membran erkarakterisertat katodeoverflaten står i kontakt med elektrisk ledende og vesentlig ikke-elektrokatalytisk materiale som hefter til katodeoverflaten eller til den katodiske elektrokatalysator. Med vesentlig ikke-katalytisk materiale mener man at materialet tjener som en elektronisk strømfordeler som har metallisk elektrisk ledningsevne, men har en høy hydrogenutviklings-overspenning og minst ca. 0,1 volt høyere enn hydrogenutviklings-overspenningen til den katodiske elektrokatalysator som brukes i kombinasjonen.
Fortrinnsvis velges det elektrisk ledende og vesentlig ikke-katalytiske materiale blant metaller i atom-tabellens gruppe IB og deres korrosjonsbestandige, elektrisk ledende, men vesentlig ikke-elektrokatalytiske forbindelser. Slike materialer er kopper, sølv og gull samt oksyder av
disse som er stabile i vandige alkalimetallhydroksyder. Det foretrekkes særlig på bakgrunn av pris, tilgjengelighet og lav elektrokatalytisk aktivitet, sølvoksyd, sølv og kopper.
Nevnte elektrisk ledende og vesentlig ikke-elektrokatalytiske materialer kan være i partikkelform og f.eks. ha partikkelstørrelse på fra 0,1 mikron til -200 mesh, fortrinnsvis fra 0,5 mikron til -325 mesh. Det vesentlig ikke-elektrokatalytiske, elektrisk ledende materiale hefter fortrinnsvis til den permioniske membranen. Dvs. at materialet fortrinnsvis er sammenføyd med og innleiret i den perioniske membran og ikke kan fjernes fra membranen uten nedbrytning eller del-vis ødeleggelse av enten materialet eller den permioniske membran eller begge. Alternativt og særlig når det ikke-katalytiske materialet har finere gradering enn elektrokatalysatoren, kan materialet hefte til enten elektrokatalysatoren eller til underlaget som bærer elektrokatalysatoren, som når elektrokatalysatoren er en partikkelformet elektrokatalysator forbundet til et metallisk underlag hvor det ledende partikkelmaterialet er på underlaget og mellom og på elektro-kataly se-partiklene.
Katode-elektrokatalysatoren i elektrolysecellen er typisk et overgangsmetall fra gruppe VIII, med lavere hydrogen utviklings-overspenning enn det elektrisk ledende, vesentlig ikke-elektrokatalytiske materialet. Typiske katodiske elek-trokatalysatorer er jern, kobolt, nikkel og metaller fra platinagruppen, særlig elektrokatalytiske former som Raney-nikkel, platinisert platina og platinasvart.
I henhold til et alternativt eksempel på oppfinnelsen tilveiebringes en fremgangsmåte for elektrolyse av vandige alkalimetallklorider i en elektrolysecelle med et anolyttkammer inneholdende en anode, et katolyttkammer inneholdende en katode og en mellomliggende perionisk membran. Katoden ligger i kontakt med den permioniske membran, fortrinnsvis og fjernbar, dvs. at den på enkel måte kan fjernes uten nedbrytning eller ødeleggelse av hverken den katodiske elektrokatalysator eller den permioniske membran. Metoden består i å føre en elektrisk strøm fra anoden til katoden for utvikling av klor ved anoden og hydroksylioner ved katoden. Metoden karakteriseres ved at den permioniske membran på katodeflaten er forsynt med et elektrisk ledende, i det vesentlige ikke-elektrokatalytisk materiale som enten hefter til eller er i kontakt med den permioniske membran som tid-ligere nevnt.
I henhold til et eksempel kan strømfordeleren være sammenføyd med katodeoverflaten på den permioniske membran alene, dvs. uten at elektrokatalysator finnes på denne. På denne måten kan elektrokatalysatoren lett fjernes fra overflaten og foreligger på en separat elektrodestruktur, f.eks.
en metallduk, -gitter, -plate eller lignende med et belegg av elektrokatalysator som beskrevet.
I henhold til en annen utførelse foreligger elektrokatalysatoren som et andre sjikt på toppen av laget av partikkelformet, elektrisk ledende, men vesentlig ikke-elektrokatalytisk ledende materiale som er sammenføyd med og innleiret i den permioniske membran. I henhold til dette eksempel blir det vesentlig ikke-elektrokatalytiske, men elektrisk ledende materialet påført først på den permioniske membran og derpå påføres elektrokatalysator både oppå og mellom partik-lene av ledende, ikke-elektrokatalytisk materiale.
Ifølge en annen utgave av oppfinnelsens fremgangsmåte kan elektrokatalysatoren foreligge på overflaten av den permioniske membran i blanding med elektrisk ledende og vesentlig ikke-katalytisk materiale som også hefter til den permioniske membranens overflate.
I henhold til ennå et eksempel kan elektrokatalysatoren og det ikke-katalytiske materiale begge foreligge på og hefte til et elektrisk ledende underlag og kunne fjernes fra den permioniske membran.
Vanligvis er belastningen på den elektronisk ledende strømfordeler fra ca. 1 mg/cm 2 til 100 mg/cm 2, mer spesielt på 2 - 20 mg/cm 2 . Lavere strømtetthet enn 1 mg/cm<2>
gir ikke vesentlig strømfordeling mens strømtettheter på over 100 mg/cm 2 kan ha vesentlig innvirkning på den elektrokjem-iske prosess og danne en ugjennomtrengelig barriere eller film på den permioniske membranens katodeoverflate.
Den permioniske membran innsatt mellom anolytten
og det porøse materialet er laget av en fluorkarbon-kopolymer med faststående, kationselektive ionevekslergrupper på halogenkarbon-kjeden. Membranen kan være fra 0,05 - 0,63 mm tykk, selv om tykkere eller tynnere permioniske membraner kan brukes. Den permioniske membran kan være et laminat av to eller flere membranark. Dessuten kan den være forsynt med forsterkende fibre.
Den permioniske membran kan være en kopolymer av
(I) en fluorvinylpolyeter med utstikkende ionevekslergrupper og med formel (I) CF2=CF-Oa-[(CX'X")c(CFX')d(CFj-O-(X<*>X") (CX"X' O- CF2)f]-A
hvor a er lik 0 eller 1, b er 0-6, c er 0-6, d er 0-6,
e er 0 - 6, f er 0 - 6, X, X' og X" betegner -H, -Cl, -F og -(CF2)gCF3, g betegner 1-5, [] betegner en vilkårlig ord-ning av gruppene og A betegner den utstikkende funksjonelle gruppe som skal beskrives i det følgende. Fortrinnsvis er A lik 1 og X, X<1>og X" betegner -F og (CF2)gCF3.
Nevnte fluorvinylpolyeter kan være kopolymerisert med en fluorvinylforbindelse (II)
og en perfluorert olefin (III) eller (I) kan være kopolymerisert med bare et perfluorert olefin (III) eller (I) kan være kopolymerisert med bare en perfluorvinylforbindelse (II). Den funksjonelle gruppe er en kationselektiv gruppe. Den kan være en sulfonsyregruppe, en fosforsyregruppe, en fosfonsyregruppe, en karboksylsyregruppe, forløper eller reaksjonsprodukt av denne som f.eks. en ester. Karboksyl-syregrupper, deres forløpere og reaksjonsprodukter foretrekkes. Følgelig foretrekkes A-grupper i form av hvor betegner en C^-C-^-alkylgruppe, R2og R2 betegner hydrogen eller C^-C^Q-alkylgrupper, M betegner en alkalime-tallgruppe eller en kvaternær ammoniumgruppe. Fortrinnsvis betegner A
hvor R1betegner C1-C5-alkyl.
Som nevnt er den permioniske membran fortrinnsvis en kopolymer som kan ha:
(I) fluorvinyletersyregrupper avledet fra
som f.eks. (II) fluorvinylgrupper avledet fra CF2=CF-(0)a-(CFX-)d-A, som f.eks. (III) fluorerte olefingrupper avledet fra som f.eks. tetrafluoretylen, triklorfluoretylen, heksafluor-propylen, trifluoretylen, vinylidenfluorid o.l., og (IV) vinyletere avledet fra
Den permioniske membran har en ionevekslerkapasi-tet på fra 0,5-2 milliekvivalenter pr. g tørr polymer, fortrinnsvis fra 0,9 - 1,8 milliekvivalenter pr. g tørr polymer
og helst fra 1,0 - 1,6 milliekvivalenter pr. g 'tørr polymer.
Den permioniske membran har en volumetrisk gjennomstrømnings-grad på 100 mm^/sek. ved 150 - 300°C, fortrinnsvis mellom 160 og 250°C. Glassomvandlingstemperaturen for den permioniske membran-polymer er under 70°C og fortrinnsvis under ca. 50°C.
Den permioniske membran kan fremstilles som beskrevet i U.S. patent 4.126.588, som det herved vises til.
Vanligvis vil ionevekslerharpiksen være i termoplastisk form, f.eks. en karboksylsyreester, eksempelvis en karboksylsyreester av en metyl-, etyl-, propyl-, isopropyl-eller butylalkohol eller et sulfonylhalogenid som sulfonyl-klorid eller sulfonylfluorid, ved fremstilling i henhold til oppfinnelsens fremgangsmåte og vil deretter hydrolyseres.
I henhold til et eksempel på oppfinnelsen kan det sammensettes en elektrolysecelle med en anode i kontakt med den permioniske membranens anbdiske overflate og platina-
svart og sølvoksyd, Aq^ O, sammenføyd med den permioniske membranens katodeside. I henhold til dette eksempel fikk man en perfluorkarbonpolymer med utstikkende karboksylsyreestergrupper, dvs. i termoplastisk form, belegges med et plastiseringsmiddel som f.eks. bis(2-etylheksyl)isoftalat, 1 del platinasvart og 4 deler sølvoksyd for påføring av et sjikt som inneholder ca. 12 mg sølvoksyd pr. cm 2 og 3 mg platinasvart pr.
cm 2. Den belagte permioniske membran kan derpå varmpresses, f.eks. ved 180 - 225°C og et trykk på 7 - 105 kg/cm<2>i 2 - 10 minutter, for fremstilling av en katodisk elektrolyttoverflate av fast polymer. Deretter kan det settes sammen en elektrolysecelle med en belagt titananode i kontakt med den permioniske membranens anodeoverflate og en nikkel-strømkollektor i kontakt med katodeoverflaten av den permioniske polymermembran.
Ifølge ennå en utgave av oppfinnelsen kan det fremstilles en elektrolysecelle med permionisk membran som har en anode i kontakt med den permioniske membranens anodeoverflate og et sammensatt sjikt av sølvoksyd og platinasvart av-satt på membranens katodiske overflate. Et ark av perfluorkarbonkopolymer med utstikkende karboksylsyreestergrupper kan belegges med et egnet plastiseringsmiddel, f.eks. dioktyl-ftalat, tilsatt sølvoksydpartikler med diameter 1 mikron. Derpå kan det påføres partikler av platinasvart med gradering -325 mesh og det dannede dobbeltsjikt presses ved en temperatur på 100 - 225°C og et trykk på 56 - 105 kg/cm<2>12-10 minutter for fremstilling av en katodeoverflate av fast polymer med sølvoksydpartikler i intim kontakt med den permioniske membran og utvendige partikler av platinasvart.
I henhold til ennå et eksempel kan man belegge en 0,2 mm tykk permionisk membran av en perfluorkarbonkopolymer med utstikkende karboksylsyreestergrupper med didecylftalat og kopperpartikler med størrelse -325 mesh. Deretter kan den permioniske membran varmpresses ved 180 - 220°C og et trykk på 50 - 105 kg/cm 2 i 2 - 10 minutter. Katoden kan være en duk med 20 x 30 mesh (20 masker pr. tomme x 30 masker pr. tomme) og en tykkelse på ca. 0,13 mm forsynt med elektrolytisk belegg av platina. På denne måten fremstilles en 0-gap-elektrolysecelle med permionisk membran hvor membranen har kopperpartikler som strømfordelere på overflaten.
Bruken av plastiseringsmidler som f.eks. ftalater, fosfater og fettsyreestere er særlig fordelaktig i henhold til oppfinnelsens fremgangsmåte til forbedring av hefteevnen mellom elektronisk strømfordeler og permionisk membran, særlig ved nedsatt temperatur, trykk og tid form varmpressingen.
Eksempel I
Det sammensettes en elektrolysecelle med permionisk membran forsynt med rutheniumdioksyd-belagt anode i kontakt med membranens anodeside og platinasvart og sølvoksyd, Ag20, bundet til membranens katodeside.
En permionisk membran med tykkelse 0,28 mm og flate 12,5 x 12,5 cm (Asahi Glass Co., Ltd., "Flemion HB") av perfluorkarbonkopolymer med utstikkende karboksylsyreestergrupper, ble belagt med bis(2-etylheksyl)isoftalat-plastiseringsmiddel tilsatt 0,2 g platinasvart, partikkelstørrelse -325 mesh og 0,8 g sølvoksyd, Ag^O, med partikkelstørrelse -325 mesh, hvil-ket ga 3,4 mg/cm 2 platina og 12,8 mg/cm 2 sølvoksyd. Den belagte permioniske membran ble varmpresset ved 200°C og 20 tonn
trykk i 5 minutter.
Deretter ble elektrolysecellen sammensatt med en rutheniumdioksyd-belagt titananode i form av en 40 x 40 mesh duk med mål 7,5 x 7,5 cm presset mot den anodiske overflate
på den permioniske membran av en rutheniumdioksyd-belagt titanduk med maskevidde 2,5x5 mesh og størrelse 7,5 x 7,5 cm. Katodesidens strømkollektor var en nikkelduk med maskestør-relse 2,5 x 5 mesh og målene 7,5 x 7,5 cm.
Etter 14 dagers elektrolyse var cellespenningen
3,36 volt ved 43,2 A/dm<2>og 86% katodestrøm-effekt.
Eksempel II
Det ble satt sammen en elektrolysecelle med permionisk membran bestående av en titanduk belagt med rutheniumdioksyd i kontakt med anodesiden hos den permioniske membran og et dobbeltsjikt av sølvoksyd, Ag20, og platinasvart på membranens katodeside.
En 0,28 mm tykk membran med yttermål 12,5 x 12,5 cm (Asahi Glass Co., Ltd., "Flemion HB") av perfluorkarbonkopolymer med utstikkende karboksylsyreestergrupper ble belagt med bis(2-etylheksyl)isoftalat som plastiseringsmiddel. Sølv-oksydpartikler, med diameter 1 mikron, ble fordelt på toppen av plastiseringsmidlet i en mengde på 12 mg sølvoksyd pr.
cm 2. På sølvoksydet påførte man platinasvart med kornstør-reise -325 mesh til en dekkevne på 3,4 g platina pr. cm 2.
Den belagte permioniske membran ble varmpresset ved 200°C og :20 tonn trykk i 5 minutter.
Deretter satte man sammen elektrolysecellen av en rutheniumdioksyd-belagt titananode med maskevidde 40 x 40 mesh og størrelse 7,5 x 7,5 cm presset mot den permioniske membranens anodeoverflate av en rutheniumdioksyd-belagt titanduk med maskevidde 2,5 x 5 mesh og yttermål 7,5 x 7,5 cm.
Etter 31 dagers elektrolyse var cellespenningen
3,56 volt ved 42,8 A/dm<2>og katodestrøm-effekten var 87£.
Eksempel III
Man satte sammen en elektrolysecelle med permionisk membran bestående av en rutheniumdioksyd-belagt titananode-duk i kontakt mot den permioniske membranens anodeside og en plati- nabelagt nikkelkat<p>de i kontakt mot den permioniske membranens katodeside som var belagt med sølvoksyd.
En permionisk membran med tykkelse 0,28 mm og mål på 12,5 x 12,5 cm (Asahi Glass Co., Ltd. "Flemion type HB")
av perfluorkarbonkopolymer med hengende karboksylsyreestergrupper ble belagt med bis(2-etylheksyl)isoftalat-plastiseringsmiddel. Til membranen satte man 0,8 g 1 mikron sølvok-syd, Ag20. Membranen ble varmpressed ved 200°C og 20 tonn trykk i 5 minutter.
Katoden ble laget ved elektrolytisk utfelling av platinasvart på en 0,127 mm tykk strekkduk av nikkel med maskevidde 40 x 40 mesh og størrelse 7,5 x 7,5 cm. Elektrolysecellen ble satt sammen med en rutheniumdioksyd-belagt titan-dukanode med maskevidde 40 x 40 mesh og størrelse 7,5 x 7,5 cm i kontakt mot den permioniske membranens anodeside, og med den platinabelagte nikkelduk i kontakt med den sølvoksyd-belagte katodesiden av den permioniske membranen.
Etter 22 dagers elektrolyse var cellespenningen 3,41 volt ved strømtetthet 42,8A/dm<2>og katodestrøm-effekten var 83,7%.
Eksempel IV
Det ble laget en elektrolysecelle med permionisk membran forsynt med rutheniumdioksyd-belagt titananode-duk i kontakt med anodesiden på den permioniske membran og en nik-keldukkatode i kontakt med den sølvoksyd-belagte katodesiden av den permioniske membran.
En permionisk membran med tykkelse 0,28 mm og stør-relse 12,5 x 12,5 cm (Asahi Glass, Ltd, "Flemion type HB")
av perfluorkarbonkopolymer med hengende karboksylsyreestergrupper ble belagt med bis(2-etylheksyl)isoftalat-plastiseringsmiddel. Til membranen satte man 0,8 g sølvoksydpulver, Kq^ O, med partikkelstørrelse 1 mikron. Membranen ble varmpresset ved 200°C og 20 tonns trykk i 5 minutter.
Katoden var en ubelagt nikkelduk med tykkelse 0,12 7 mm og maskevidde 20 x 30 mesh. Elektrolysecellen ble satt sammen med en rutheniumdioksyd-belagt titanduk-anode med maskevidde 40 x 40 mesh og størrelse 7,5 x 7,5 cm i kontakt med anodesiden hos den permioniske membran og nikkelkatoden presset mot den sølvoksydbelagte katodesiden av permionemembranen.
Etter 29 dagers elektrolyse var cellespenningen
3,31 volt ved 42,8 A/dm 2og katodestrøm-effekten var 87,1%.
Eksempel V
En elektrolysecelle med permionisk membran ble fremstilt ved å avsette katodisk elektrokatalysator på membranens katodeside ved å benytte et plastiseringsmiddel sam-med elektrokatalysator før varmpressing av elektrokatalysatoren inn i den permioniske membran.
En permionisk membran med tykkelse 0,28 mm og stør-relse 12,5 x 12,5 cm (Ashai Glass Co., Ltd., "Flemion type HB") av perfluorkarbonkopolymer med hengende karboksylsyreestergrupper ble belagt med bis(2-etylheksyl)isoftalat som plastiseringsmiddel. På membranens plastiseringsmiddel-belagte side fordelte man 0,8 g platinasvart med partikkelstørrelse -325 mesh. Platinasvart ble påført ved luftsprøytning.
Deretter ble den permioniske membranen varmpresset ved 200°C og 20 tonn trykk i 5 minutter. Cellen ble satt sammen ved pressing av en rutheniumdioksyd-belagt titanduk med maskevidde 40 x 40 mesh og størrelse 7,5 x 7,5 cm presset mot membranens anodeside og en katodestrømkollektor med maskevidde 20 x 30 mesh og størrelse 7,5 x 7,5 cm i press mot den permioniske membranens katodeside belagt med platinasvart .
Etter 31 dagers elektrolyse var cellespenningen
3,86 volt ved strømtetthet 42,8 A/dm<2>og katodestrøm-effekten var 87,0%.
Eksempel VI
Det ble laget en elektrolysecelle med permionisk membran ved avsetning av katode-elektrokatalysator på katodesiden av den permioniske membran ved hjelp av et plastiseringsmiddel sammen med finfordelt katode-elektrokatalysator.
En 0,127 mm tykk permionisk membran med størrelse 7,5 x 7,5 cm (Asahi Glass Co., Ltd., "Flemion type H") av perfluorkarbonkopolymer med hengende karboksylsyreestergrupper ble belagt med bis(2-etylheksyl)isoftalat som plastiserings middel. Til den plastiseringsmiddelbelagte siden av permionemembranen påsprøytet man 0,4 g platinasvart. Membranen ble varmpresset ved 200°C og 20 tonn trykk i 5 minutter for å forbinde katalysatoren med membranen.
Derpå satte man sammen cellen ved å presse en ruthe-niumdioksydbelagt titanduk med maskevidde 40 x 40 mesh og størrelse 7,5 x 7,5 cm mot den permioniske membranens anodeside og en katodestrømkollektor med maskevidde 20 x 30 mesh og størrelse 7,5 x 7,5 cm i press mot membranens katodeside belagt med platinasvart.
Etter 13 dagers elektrolyse var cellespenningen 3,79 volt ved 42,8 A/dm 2og katodestrøm-effekten var 75,2%.
Claims (12)
1. Fremgangsmåte for elektrolyse av en vandig oppløs-ning av et alkalimetallklorid i en elektrolysecelle som har et anolyttkammer med en anode, et katolyttkammer med en katode og en permionisk membran mellom kamrene, hvilken katode befinner seg i kontakt med den permioniske membran ved at en elektrisk strøm føres fra anoden til katoden under utvikling av klor ved anoden og hydroksylioner ved katoden, karakterisert ved at den permioniske membran har en anodeoverflate og en katodeoverflate hvor katodeoverflaten står i kontakt med elektrisk ledende, i det vesentlige ikke-elektrokatalytisk materiale.
2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at elektrisk ledende, vesentlig ikke-elektrokatalytisk materiale er valgt blant metaller i periodesystemets gruppe IB og deres korrosjonsresistente, elektrisk ledende forbindelser.
3. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved at det elektrisk ledende, vesentlig ikke-elektrokatalytiske materiale er i partikkelform.
4. Fremgangsmåte som angitt i krav 3, karakterisert ved at partikkelmaterialet er bundet til og innleiret i den permioniske membran.
5. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at katoden omfatter en elektrokatalysator av et overgangsmetall i gruppe VIII, som har lavere hydrogenutviklings-overspenning enn nevnte elektrisk ledende, vesentlig ikke-elektrokatalytiske materiale.
6. Fremgangsmåte som angitt i krav 5, karakterisert ved at det elektrisk ledende, ikke-katalytiske materiale og elektrokatalysatoren er bundet til samme underlag.
7. Elektrolysecelle med et anolyttkammer inneholdende en anode, et katolyttkammer med en katode og en mellomliggende permionisk membran, hvilken katode er i kontakt med den permioniske membran, karakterisert ved at den permioniske membranens katodiske overflate har kontakt med et elektrisk ledende, vesentlig ikke-elektrokatalytisk materiale.
8. Elektrolysecelle som angitt i krav 7, karakterisert ved at det elektrisk ledende, vesentlig ikke-elektrokatalytiske materiale er valgt blant metaller i periodesystemets gruppe IB og korrosjonsbestandige, elektrisk ledende forbindelser av disse.
9. Elektrolysecelle som angitt i krav 8, karakterisert ved at det elektrisk ledende, vesentlig ikke-elektrokatalytiske materiale er i partikkelform.
10. Elektrolysecelle som angitt i krav 9, karakterisert ved at partikkelmaterialet er bundet til og innleiret i den permioniske membran.
11. Elektrolysecelle som angitt i krav 7, karakterisert ved at katoden er av et overgangsmetall fra gruppe VIII som har lavere hydrogenutviklings-overspenning enn det elektrisk ledende, vesentlig ikke-elektrokatalytiske materiale.
12. Elektrolysecelle som angitt i krav 11, karakterisert ved at det elektrisk ledende, ikke-katalytiske materiale og elektrokatalysatoren er bundet til samme underlag.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US20758080A | 1980-11-17 | 1980-11-17 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO813552L true NO813552L (no) | 1982-05-18 |
Family
ID=22771167
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO813552A NO813552L (no) | 1980-11-17 | 1981-10-21 | Stroemfordelingsanordning for elektrolysecelle med permionisk membran |
Country Status (13)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57114674A (no) |
| KR (1) | KR890000626B1 (no) |
| AU (1) | AU529875B2 (no) |
| BE (1) | BE891133A (no) |
| CA (1) | CA1187442A (no) |
| DE (1) | DE3145324A1 (no) |
| ES (2) | ES8206666A1 (no) |
| FR (1) | FR2494305B1 (no) |
| GB (1) | GB2087433B (no) |
| IT (1) | IT1144932B (no) |
| NL (1) | NL8104559A (no) |
| NO (1) | NO813552L (no) |
| SE (1) | SE443582B (no) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4832805A (en) * | 1981-12-30 | 1989-05-23 | General Electric Company | Multi-layer structure for electrode membrane-assembly and electrolysis process using same |
| IT1197007B (it) * | 1986-07-28 | 1988-11-25 | Oronzio De Nora Impianti | Catodo incollato alla superficie di una membrana a scambio ionico, per l'impiego in un elettrolizzatore per processi elettrochimici e relativo metodo di elettrolisi |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IT1118243B (it) * | 1978-07-27 | 1986-02-24 | Elche Ltd | Cella di elettrolisi monopolare |
-
1981
- 1981-10-07 NL NL8104559A patent/NL8104559A/nl not_active Application Discontinuation
- 1981-10-07 SE SE8105932A patent/SE443582B/sv not_active IP Right Cessation
- 1981-10-15 AU AU76376/81A patent/AU529875B2/en not_active Ceased
- 1981-10-21 NO NO813552A patent/NO813552L/no unknown
- 1981-10-23 CA CA000388583A patent/CA1187442A/en not_active Expired
- 1981-10-23 FR FR8119992A patent/FR2494305B1/fr not_active Expired
- 1981-10-26 ES ES506560A patent/ES8206666A1/es not_active Expired
- 1981-10-26 ES ES506561A patent/ES506561A0/es active Granted
- 1981-11-11 KR KR8104327A patent/KR890000626B1/ko active
- 1981-11-13 GB GB8134239A patent/GB2087433B/en not_active Expired
- 1981-11-14 DE DE19813145324 patent/DE3145324A1/de active Granted
- 1981-11-16 BE BE0/206552A patent/BE891133A/fr not_active IP Right Cessation
- 1981-11-17 IT IT25134/81A patent/IT1144932B/it active
- 1981-11-17 JP JP56184326A patent/JPS57114674A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES8300145A1 (es) | 1982-10-01 |
| KR830007880A (ko) | 1983-11-07 |
| ES506560A0 (es) | 1982-08-16 |
| AU529875B2 (en) | 1983-06-23 |
| GB2087433A (en) | 1982-05-26 |
| IT1144932B (it) | 1986-10-29 |
| FR2494305B1 (fr) | 1986-02-28 |
| ES8206666A1 (es) | 1982-08-16 |
| IT8125134A0 (it) | 1981-11-17 |
| KR890000626B1 (en) | 1989-03-22 |
| AU7637681A (en) | 1982-07-29 |
| FR2494305A1 (fr) | 1982-05-21 |
| GB2087433B (en) | 1984-02-22 |
| NL8104559A (nl) | 1982-06-16 |
| SE443582B (sv) | 1986-03-03 |
| CA1187442A (en) | 1985-05-21 |
| JPS57114674A (en) | 1982-07-16 |
| BE891133A (fr) | 1982-05-17 |
| DE3145324C2 (no) | 1987-01-02 |
| SE8105932L (sv) | 1982-05-18 |
| ES506561A0 (es) | 1982-10-01 |
| DE3145324A1 (de) | 1982-06-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4732660A (en) | Membrane electrolyzer | |
| US8785013B2 (en) | Compositions containing modified fullerenes | |
| EP0199493A1 (en) | Electrode for electrochemical cell | |
| JPH0125836B2 (no) | ||
| CA2845679A1 (en) | Gas-diffusion electrode | |
| NO810191L (no) | Fast polymerelektrolytt og fremstilling derav. | |
| NL8003324A (nl) | Werkwijze voor het elektrolyseren van een waterige alkalimetaalchlorideoplossing. | |
| US4571288A (en) | Process for the electrolysis of aqueous alkali metal chloride solution | |
| EP0047083B1 (en) | Process for electrolyzing aqueous solution of alkali metal chloride | |
| US4519888A (en) | Electrolytic cell | |
| US4749452A (en) | Multi-layer electrode membrane-assembly and electrolysis process using same | |
| US4311567A (en) | Treatment of permionic membrane | |
| EP0228602B1 (en) | A method for making an improved solid polymer electrolyte electrode using a liquid or solvent | |
| JPH0631457B2 (ja) | 電極−膜集成体用の多層構造体及びそれを使用する電解法 | |
| US4369103A (en) | Solid polymer electrolyte cell | |
| NO813552L (no) | Stroemfordelingsanordning for elektrolysecelle med permionisk membran | |
| US4364813A (en) | Solid polymer electrolyte cell and electrode for same | |
| CA1117473A (en) | Electrolytic cell | |
| JPS621652B2 (no) | ||
| JP2504135B2 (ja) | 電解用陽イオン交換膜 | |
| US4361601A (en) | Method of forming a permionic membrane | |
| US4469808A (en) | Permionic membrane electrolytic cell | |
| JPS6147230B2 (no) | ||
| JPS6053756B2 (ja) | イオン交換膜電解槽 | |
| JPS5867879A (ja) | イオン交換膜電解槽 |