PL195913B1 - Struktura elektrody - Google Patents

Abstract

1. Struktura elektrody zawierajaca mise z wklesla wne- ka i kryza wzdluz jej obwodu sluzaca do oparcia srodków w postaci uszczelki sluzacych do uszczelnienia separatora miedzy kryzami sasiednich struktur elektrod, który to sepa- rator umieszczony jest pomiedzy powierzchnia anody pierw- szej struktury elektrody i katody drugiej struktury elektrody tak, ze powierzchnia anody jest równolegla i skierowana do powierzchni katody, ale od niej odizolowana i oddzielona przez separator i jest takze hermetycznie polaczona z separatorem, przewodzaca plyte oddzielona od misy, wlot dla cieczy, a takze wylot dla plynów, znamienna tym, ze plyta (8) polaczona jest elektrycznie z misa (1) poprzez przewodzace elementy (6), do których przylaczona jest elektrycznie przewodzaca plyta (8), które tworza sciezki elektryczne pomiedzy misa (1), a przewodzaca plyta (8), pod warunkiem, ze gdy plyta jest plyta anody, jest ona opcjonalnie bezposrednio polaczona elektrycznie z misa (1), a takze, gdy struktura elektrody jest struktura anody wklesla wneka (3) zaopatrzona jest w wystajace do wewnatrz wystepy (4), a gdy struktura elektrody jest struktura katody, wklesla wneka (3) zaopa- trzona jest w wystajace na zewnatrz wystepy (5) tak, ze wysta- jace do wewnatrz wystepy (4) we wkleslej wnece misy (1) struktury anody pasuja do wystajacych na zewnatrz wyste- pów (5) we wkleslej wnece misy (1) sasiedniej struktury katody w zestawie zawierajacym struktury elektrody. PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Wynalazek dotyczy struktury elektrody przeznaczonej do użytku na przykład w elektrolizerach bipolarnych, zwłaszcza w modularnym elektrolizerze bipolarnym, a także w ogniwach paliwowych.

Znane są monopolarne elektrolizery membranowe z prasą filtracyjną, opisane na przykład w zgłoszeniu patentowym GB 1595 183. Elektrolizery takie produkowane są z łatwością, nie są kosztowne i są łatwo montowane.

Znane są w stanie techniki elektrolizery bipolarne, jak opisano to na przykład w opisie zgłoszenia patentowego GB 1581 348.

W elektrolizerach bipolarnych konwencjonalnej budowy przeznaczonych do użytku w procesie elektrolizy wodnych roztworów chlorków metali alkalicznych, jednostka bipolarna zawiera anodę, w postaci płyty z tworzącego błonę metalu, zwykle tytanu, która to płyta posiada aktywną elektrokatalitycznie powłokę w postaci perforowanej płyty metalowej, zazwyczaj z niklu lub miękkiej stali, przy czym anoda i katoda połączone są ze sobą elektrycznie w celu utworzenia jednostki bipolarnej. Pomiędzy kolejnymi jednostkami bipolarnymi rozmieszczonymi szeregowo w elektrolizerze znajdują się separatory tak, że anoda jednej jednostki bipolarnej znajduje się na przeciw katody sąsiedniej jednostki bipolarnej z umieszczonym pomiędzy nimi separatorem. Elektrolizer posiada również końcowe jednostki anody i katody.

Podczas użytkowania ogniwa elektrolitycznego typu bipolarnego zachowuje się w trakcie pracy tak mały dystans pomiędzy anodą i katodą jak tylko jest to możliwe (szczelina anoda/katoda) w celu utrzymania strat omowych, a przez to napięcia ogniwa, na minimalnym poziomie.

Separatory te sąsiadują lub nawet stykają się z katodą, i aby uzyskać małą szczelinę pomiędzy anodą, a katodą bez jednoczesnego zniszczenia separatora, w celu wytworzenia elektrod o odpowiednim stopniu płaskości niezbędne jest zachowanie szczególnej staranności podczas obróbki cieplnej związanej z powlekaniem elektrody aktywną elektrokatalitycznie powłoką. Ponadto, jeśli pragnie się uniknąć uszkodzenia separatorów, zachowana być musi wielka troska przy składaniu jednostek w elektrolizerze bipolarnym.

Opis patentowy US 4 557 816 ujawnia, że jednorodny rozkład elektrolitu wskroś elektrod w elektrolizerze bipolarnym opisanym tamże może zostać poprawiony poprzez wprowadzenie do separatora pewnych pionowych przewodów po stronie elektrody przeciwnej służących spływaniu cieczy wdół.

Opis patentowy US 4 643 818 ujawnia, że obniżony może zostać opór elektryczny opisywanego tam elektrolizera bipolarnego oraz uzyskana być może jednorodna gęstość prądu, dzięki użyciu pewnych sztywnych, wielo-kontaktowych, przewodzących elektrycznie środków pomiędzy poszczególnymi ogniwami w elektrolizerze bipolarnym.

Opis patentowy US 4 734 180 ujawnia elektrolizer typu bipolarnego zawierający jednostki bipolarne, które rozmieszczone są tył w tył z łączoną wybuchowo płytą tytanowo żelazną umieszczoną pomiędzy nimi, oraz w których do elektrody i do korpusu w kształcie misy przyspawane są przewodzące żebra.

Opis patentowy US 5 255 060 ujawnia, że powstawaniu obszarów gazu w górnych częściach struktur anody i katody opisywanego tam elektrolizera bipolarnego można przeciwdziałać poprzez zastosowanie nieprzewodzącej prądu przestrzeni w górnych częściach tych struktur.

Opis zgłoszenia patentowego EP 0704 556 ujawnia, że wprowadzenie gazowo-ciekłych separatorów na szczycie struktur anody i katody opisywanego tam elektrolizera bipolarnego minimalizuje fluktuacje ciśnienia, zużycie membrany i wahania napięcia.

Opis zgłoszenia patentowego WO 98/55670 ujawnia pewien element przeznaczony dla elektrolizera bipolarnego, którego dwie strony posiadają kryzy i przeciwległe występy. Występy te mają postać stożków ściętych i są rozmieszczone w postaci wyśrodkowanych sześciokątów w celu poprawienia bocznego mieszania się elektrolitu. Mieszanie boczne uzyskiwane jest jednak dzięki przewodom opadowym, które zmniejszają aktywny obszar elektrody wzmacniając w ten sposób wahania gęstości prądu wskroś elektrody, co stanowi szczególny problem w pracy przy dużych gęstościach prądu w konfiguracji o wąskiej lub zerowej szczelinie pomiędzy anodą/membraną/katodą z czułymi na zanieczyszczenia membranami wymiany jonowej.

Opis zgłoszenia patentowego EP 0 521 386 ujawnia elektrolizer bipolarny zawierający ogniwa elektrolityczne, które zawierają przedziały elektrod z pasującymi wnękami i występami z siatkami elektrod połączonymi z występami bezpośrednio lub poprzez sprężynę. Stos takich pionowych ogniw elektrolitycznych połączony jest szeregowo z membraną wymiany jonowej pomiędzy sąsiednimi ogniwami elektrolitycznymi w celu utworzenia zestawu ogniw elektrolitycznych. Jednakże podczas, gdy wnęki

PL 195 913 B1 i występy zapewniają dobre mieszanie boczne elektrolitu, pionowe mieszanie jest słabe. Zgodnie z tym, aby utrzymać wahania koncentracji i temperatury w ogniwach w dopuszczalnych granicach, niezbędna jest intensywnie pompowana zewnętrzna recyrkulacja z dodatkowym kosztownym układem ruri zbiorników.

W ogniwach elektrolitycznych z zerową przerwą pomiędzy anodą i katodą istnieje tendencja do tego, że ciśnienie przyłożone do separatora poprzez anodę i katodę, z którymi znajduje się on wkontakcie, prowadzi do odchyleń od jednorodności, ścierania lub nawet pęknięcia separatora. Zachodzi to zwłaszcza w sytuacji, gdy separator jest membraną wymiany jonowej, gdy pożądane jest przyłożenie do membrany, poprzez anodę i katodę, równomiernego ciśnienia.

Znane są modularne elektrolizery bipolarne, opisane na przykład w opisach patentowych US 4108 752 oraz US 4 664 770.

Modularne elektrolizery bipolarne posiadają takie zalety, że przykładane jest do nich niższe obciążenie kompresujące niż do konwencjonalnych elektrolizerów bipolarnych, gdyż obciążenie to potrzebne jest jedynie do wytworzenia kontaktu elektrycznego pomiędzy sąsiednimi modułami, a nie do uszczelnienia każdego ogniwa w elektrolizerze. Zastosowanie niższego obciążenia kompresyjnego eliminuje potrzebę stosowania masywnych płyt końcowych i stosownego systemu kompresji. Ponadto, zastosowanie modułów ułatwia zarówno wytworzenie/złożenie jak i utrzymanie elektrolizera bipolarnego.

Opis patentowy US 4 108 752 opisuje modularny elektrolizer bipolarny zawierający pewną liczbę wyjmowalnych modułów. Każdy moduł zawiera parę pasujących do siebie mis, z których każda posiada wklęsłą wnękę oraz obwodową kryzę otaczającą tą wnękę, przy czym misy połączone są razem obwodowo na kryzach tak, że wnęka każdej misy skierowana jest w stronę wnęki misy połączonej. Pomiędzy misami znajduje się płaski w ogólności separator. Wnęka jednej misy i odpowiedni, płaski bok separatora tworzą pierwszą strukturę, a wnęka drugiej misy i przeciwny bok separatora tworzą drugą strukturę. Wewnątrz każdej struktury umieszczona jest równolegle do płaszczyzny separatora płaska elektroda połączona elektrycznie i konstrukcyjnie z odpowiednią misą, na przykład poprzez słupki. Bipolarny elektrolizer z prasą filtracyjną składany jest poprzez wyrównanie pewnej liczby modułów tak, żeby płaskie zewnętrzne powierzchnie mis były równoległe. Pomiędzy skierowanymi do siebie powierzchniami mis sąsiednich modułów znajduje się przynajmniej jedna wielokontaktowa taśma przewodząca tak, że płaskie zewnętrzne powierzchnie mis są równoległe, i gdy moduły ściskane są razem, taśmy przewodzące ściskane są między nimi w celu utworzenia dodatniego kontaktu elektrycznego pomiędzy stykającymi się ogniwami w pewnej liczbie punktów.

Opis patentowy US 4 664 770 opisuje moduł przeznaczony do modularnego elektrolizera bipolarnego zawierający obudowę utworzoną z dwóch struktur, z których każda posiada spodni bok ciągnący się w płaszczyźnie równoległej do płaszczyzn zawierających anodę i katodę. Anoda i katoda rozdzielone są przez membranę i zarówno anoda jak i katoda posiadają pewną liczbę perforowanych i nie perforowanych odcinków rozmieszczonych równolegle. Pomiędzy anodą, a przyległą wewnętrzną powierzchnią spodniego boku jednej struktury oraz pomiędzy katodą, a przyległą wewnętrzną powierzchnią spodniego boku zewnętrznej struktury znajduje się metalowe wzmocnienie w postaci szkieletu. Do zewnętrznej powierzchni każdego ze spodnich boków przymocowana jest taśma kontaktowa, przy czym taśmy kontaktowe sąsiednich ogniw są elektrycznie połączone. Obecne są również środki służące do połączenia każdej z taśm kontaktowych do metalowego wzmocnienia oraz nie perforowanych odcinków w elektrodzie w połączonej strukturze. Pomiędzy anodą, a katodą w każdym z modułów rozciąga się przegroda rozdzielająca, a środki uszczelniające łączą struktury z membraną. Gdy elektrolizer składany jest poprzez ustawienie w linii pewnej liczby takich modułów z pomocą znanych urządzeń naprężających, kontakt elektryczny pomiędzy sąsiednimi modułami zapewniany jest przez przewodzące taśmy kontaktowe.

Struktura elektrody zawierająca misę z wklęsła wnęką i kryzą wzdłuż jej obwodu służącą do oparcia środków w postaci uszczelki służących do uszczelnienia separatora między kryzami sąsiednich struktur elektrod, który to separator umieszczony jest pomiędzy powierzchnią anody pierwszej struktury elektrody i katody drugiej struktury elektrody tak, że powierzchnia anody jest równoległa i skierowana do powierzchni katody, ale od niej odizolowana i oddzielona przez separator i jest także hermetycznie połączona z separatorem, przewodzącą płytę oddzieloną od misy, wlot dla cieczy, a także wylot dla płynów, według wynalazku charakteryzuje się tym, że płyta połączona jest elektrycznie z misą poprzez przewodzące elementy, do których przyłączona jest elektrycznie przewodząca płyta, które tworzą ścieżki elektryczne pomiędzy misą, a przewodzącą płytą, pod warunkiem, że gdy płyta jest płytą anody, jest ona opcjonalnie bezpośrednio połączona elektrycznie z misą, a także, gdy

PL 195 913 B1 struktura elektrody jest strukturą anody wklęsła wnęka zaopatrzona jest w wystające do wewnątrz występy, a gdy struktura elektrody jest strukturą katody, wklęsła wnęka zaopatrzona jest w wystające na zewnątrz występy tak, że wystające do wewnątrz występy we wklęsłej wnęce misy struktury anody pasują do wystających na zewnątrz występów we wklęsłej wnęce misy sąsiedniej struktury katody w zestawie zawierającym struktury elektrody.

Korzystnie przewodząca płyta jest giętka.

Każdy występ jest elektrycznie połączony z przewodzącym elementem.

Występy rozmieszczone są w kierunku do wewnątrz i w kierunku prostopadłym do niego.

Korzystnie występy rozmieszczone są w równych odstępach w kierunku do wewnątrz i w kierunku prostopadłym do niego.

Występy mają formę stożka ściętego.

Korzystnie przewodzące elementy zawierają słupki.

Wszystkie przewodzące elementy zawierają przewód prądowy, korzystnie przewód prądowy z wieloma odgałęzieniami, przylegający do przewodzącej płyty do utworzenia z nią wielopunktowego kontaktu elektrycznego.

Struktura elektrody jest strukturą anody zaopatrzoną w nie sprężynujący element w postaci krzyżaka z krótkimi odgałęzieniami.

Korzystnie struktura elektrody jest strukturą katody zaopatrzoną w sprężynujące elementy w postaci krzyżaka z długimi odgałęzieniami.

Przy dnie struktury elektrody znajduje się rura wlotowa, korzystnie ciągnąca się od jednej jej strony do drugiej.

Korzystnie wzdłuż rury wlotowej znajdują się rozmieszczone w równych odstępach otwory przelotowe.

Rozmiary otworów przelotowych są takie, aby gradient ciśnienia wzdłuż rury wlotowej był zminimalizowany.

Korzystnie do rury wlotowej dobiega rura zasilająca, wzdłuż rury wlotowej osiągając jej koniec.

Rura zasilająca do rury wlotowej wykonana jest z nieprzewodzącego materiału i ciągnie się korzystnie wzdłuż rury wlotowej.

Struktura zaopatrzona jest w jedną lub więcej przegród dla utworzenia pierwszego kanału pomiędzy pierwszą stroną przegrody, a przewodzącą płytą i drugiego kanału pomiędzy drugą stroną przegrody, a wklęsłą wnęką, przy czym pierwszy kanał stanowi pion służący do wznoszenia się wypełnionego gazem elektrolitu do wylotowej rury rozgałęźnej na górze struktury, a drugi kanał stanowi przewód opadowy dla odgazowanego elektrolitu opadającego na dno struktury.

Przegrody umieszczone są pionowo.

Korzystnie, gdy struktura elektrody jest strukturą anody wykonaną z tytanu lub jego stopu przegrody wykonane są z tytanu lub jego stopu, zaś gdy struktura elektrody jest strukturą katody wykonaną z niklu lub jego stopu przegrody wykonane są z niklu lub jego stopu.

Korzystnie, gdy struktura elektrody jest strukturą anody przegrody montowane są na wystających do wewnątrz występach w misie anody, a gdy struktura elektrody jest strukturą katody przegrody montowane są na przewodzących elementach.

Przegroda zawiera elementy, z których każdy rozciąga się wskroś struktury z poziomą szczeliną pomiędzy nimi.

Słupki są słupkami nośnymi.

Końce nośnych słupków wyrównane są z otworami w przewodzącej płycie.

Korzystnie struktura elektrody jest strukturą anody i metalowe urządzenie przewodzące prąd umieszczone jest w każdym z wystających do wewnątrz występów w misie dla utworzenia kontaktu elektrycznego pomiędzy wystającymi do wewnątrz występami i pasującymi, wystającymi na zewnątrz występami w misie sąsiedniej struktury katody.

Korzystnie przy końcach przewodzących elementów znajdują się izolujące elektrycznie nośne poduszki przylegle do elektrycznie przewodzącej płyty.

Uszczelka wykonana jest z uplastycznionej żywicy EPDM i zaopatrzona jest na swej wewnętrznej krawędzi w chemicznie odporny nosek.

Korzystnie chemicznie odporny nosek wykonany jest z PTFE.

Misa posiada podstawę i ściany boczne wystające z podstawy do utworzenia przyjmującej płyn wklęsłej wnęki, przewodzącą płytę umieszczoną naprzeciwko wewnętrznej powierzchni podstawy, w odstępie od niej, oraz posiada wydrążone występy w podstawie misy, które rozciągają się w kierunku

PL 195 913 B1 od płyty, a każdy wydrążony występ mieści przewodzący element tworzący ciągłość połączenia elektrycznego pomiędzy wierzchołkiem występu i płytą.

Każdy element zawiera słupek, który jest połączony elektrycznie z płytą poprzez przewodzące odgałęzienia, które rozchodzą się promieniście od słupka.

Korzystnie misa posiada podstawę i ściany boczne wystające z podstawy do utworzenia przyjmującej płyn wnęki, przewodzącą płytę umieszczoną naprzeciwko wewnętrznej powierzchni podstawy, w odstępie od niej, oraz posiada wydrążone występy w podstawie misy, a każdy wydrążony występ posiada związany z nim przewód prądowy, który tworzy ciągłość połączenia elektrycznego pomiędzy wierzchołkiem występu i płytą i połączony jest z płytą poprzez przewodzące odgałęzienia, które stykają się z płytą w różnych miejscach.

Wszystkie występy wystają wyłącznie w tym samym kierunku.

Struktura zawiera co najmniej jeden element przegród położonych pomiędzy podstawą misy, a płytą, które dzielą przestrzeń pomiędzy podstawą i płytą elektrody na dwie łączące się strefy przepływu płynu.

Struktura zawiera co najmniej jeden element przegród położonych pomiędzy podstawą misy, a płytą, które dzielą przestrzeń pomiędzy podstawą i płytą elektrody na dwie łączące się strefy przepływu płynu, przy czym elementy przegród zamontowane są na słupkach.

Struktura ma postać struktury anody, w której występy biegną w kierunku płyty anody, przy czym struktura ta zawiera co najmniej jeden element przegród zamontowany przez występy pomiędzy podstawą misy i płytą, które dzielą przestrzeń pomiędzy podstawą i przewodzącą płytą na dwie łączące się strefy przepływu płynu.

Korzystnie przewodząca płyta zawiera szereg przewodów prądowych przymocowanych do jednej głównej powierzchni przewodzącej płyty, a każdy przewód prądowy zawiera odgałęzienia połączone z płytą.

Korzystnie płyta zaopatrzona jest w aktywną elektrokatalitycznie powłokę na przynajmniej jednej głównej swojej powierzchni.

Korzystnie przewody prądowe przyłączone są do płyty po jednej jej stronie.

Każdy z przewodów prądowych zawiera centralną część mocowania, z której rozchodzą się promieniście odgałęzienia.

Korzystnie odgałęzienia są sprężynujące przez co umożliwiają ich zginania.

Przewody prądowe wykonane są z tego samego materiału co płyta, która korzystnie jest dziurkowana.

Struktura jest zaopatrzona w co najmniej jedno metalowe urządzenie przewodzące prąd do elektrycznego połączenia struktury elektrody z sąsiednią strukturą elektrody, przystosowane do wycierania lub przebicia powierzchni misy poprzez nacięcie lub przebicie przez każdą obecną na niej powłokę izolującą, oraz przynajmniej do opóźniania tworzenia się warstwy izolującej pomiędzy urządzeniem, a powierzchnią misy.

Struktura elektrody według wynalazku przeznaczona jest do elektrolizera bipolarnego i umożliwia stosowanie bardzo małych lub nawet zerowych szczelin pomiędzy anodą i katodą w takich elektrolizerach bez uszkodzenia separatora, co minimalizuje opór elektryczny poprzez zastosowanie pomiędzy elektrodami prostopadłej, przewodzącej prąd ścieżki o niewielkiej długości oraz materiałów o niskiej rezystancji na prawie całej długości prostopadłej, przewodzącej prąd ścieżki, i pozwala na doskonały rozkład prądu w obszarze elektrody. Struktura elektrody pozwala na obydwa, poziomy i pionowy, kierunki przepływu poprzez nią cieczy, wspomagając ich obieg i mieszanie, a także posiada zwiększoną sztywność i wytrzymałość, co pozwala na osiągnięcie mniejszych tolerancji w konstrukcji ogniwa. Struktura elektrody posiada prostą budowę i jest łatwa do wykonania.

Przewodząca płyta może być wykonana z metalu lub stopu. Jest to w ogólności ten sam materiał co materiał misy. Gdy zatem struktura elektrody użyta ma zostać jako anoda w elektrolizie halogenku metalu alkalicznego, przewodząca płyta może być wykonana z brązu zaworowego lub jego stopu zawierającego głównie brąz zaworowy. Gdy zaś struktura elektrody użyta ma zostać jako katoda w procesie elektrolizy halogenku metalu alkalicznego, przewodząca płyta wykonana może być przykładowo ze stali nierdzewnej, stali miękkiej, niklu lub miedzi.

W przypadku, gdy przewodząca płyta jest anodą przeznaczoną do użycia w procesie elektrolizy solanki, posiadać ona będzie aktywną elektrokatalitycznie powłokę.

Przewodząca płyta może posiadać dowolną odpowiednią budowę. Dokładna struktura nie jest krytyczna.

PL 195 913 B1

W celu równomiernego przyłożenia ciśnienia do separatora umieszczonego pomiędzy przewodzącymi płytami sąsiednich struktur elektrod w rozwiązaniu według niniejszego wynalazku, przewodząca płyta może być giętka.

Każdy występ we wklęsłej wnęce połączony przewodząco z przewodzącym elementem powoduje, że występy tworzą wiele punktów zasilających dla prądu poprawiając w ten sposób rozkład prądu wskroś misy, prowadząc do niższego napięcia, niższego poboru mocy i dłuższej żywotności separatora i powłoki elektrody.

Zaleca się by występy we wklęsłej wnęce rozmieszczone były rozdzielnie względem siebie w kierunku do wewnątrz oraz w kierunku prostopadłym do niego. Występy rozmieszczone mogą być symetrycznie. Przykładowo, mogą one być rozmieszczone w równych odstępach, które mogą być takie same w kierunku poprzecznym, przykładowo zasadniczo pod kątem prostym do pierwszego kierunku. Rozmieszczenie występów jest takie samo w obydwu kierunkach.

Występy we wklęsłej wnęce mogą posiadać rozmaite kształty, na przykład kopuły, czaszy, stożkowy lub stożka ściętego. Jako przykłady sposobów formowania występów można wymienić między innymi formowanie próżniowe, formowanie wybuchowe, prasowanie lub poprzez zastosowanie do przeciwległej powierzchni wnęki odpowiednio ukształtowanego narzędzia.

Na wklęsłej powierzchni misy struktury elektrody występuje typowo około 20 -200, czy 40 -100 występów na metr kwadratowy.

Wysokość występów od płaszczyzny wklęsłej wnęki może przykładowo mieścić się w zakresie od 0,5 do 8 cm, czy od 1do 4 cm, zależnie od głębokości misy. Odległość między sąsiednimi występami na wklęsłej wnęce może przykładowo wynosić 1-30 cm od osi do osi, czy 5-20 cm. Wymiary struktury elektrody w kierunku przepływu prądu leżą w zakresie 1 - 6 cm, mierząc od przewodzącej płyty do podstawy misy, w celu utworzenia krótkich ścieżek dla prądu co zapewnia małe spadki napięcia w strukturze elektrody bez stosowania wyszukanych urządzeń przewodzących prąd.

Gdy przewodzący element, do którego przyłączona jest elektrycznie przewodząca płyta ma postać słupka i jest połączony elektrycznie z wystającym do wewnątrz występem we wklęsłej wnęce misy, zminimalizowana może zostać ścieżka prądu pomiędzy przewodzącą płytą, a misą.

Gdy słupek anody wykonany jest z tytanu lub jego stopu, a słupek katody wykonany jest z niklu lub jego stopu, długość ścieżki elektrycznej przez słupek katody jest większa niż długość ścieżki przewodzącej przez słupek anody. Stosunek długości ścieżki przewodzącej przez słupek katody do długości ścieżki elektrycznej przez słupek anody wynosi przynajmniej 2:1, korzystnie 4:1, a najkorzystniej przynajmniej 7:1. Typowo stosunek ten wynosi przynajmniej 10:1.

Długość słupków zależy od konstrukcji elektrolizera oraz od tego czy słupek związany jest z płytą anody, czy z płytą katody. Zazwyczaj długość słupka może leżeć w zakresie od 0 do 10 cm, korzystnie od 0 do 4 cm. Gdy długość ta wynosi zero, należy rozumieć, że wynalazek ten przewiduje zmodyfikowany układ, w którym przewodząca płyta, gdy ma ona pracować jako płyta anody, może być połączona elektrycznie z odpowiednią misą bezpośrednio lub alternatywnie, połączona z nią poprzez przewód prądowy, jak opisano poniżej.

Gdy przewodzące elementy, do których dołączone są przewodzące płyty mają postać słupków, każdy słupek zaopatrzony jest w przewód, na przykład pierścień, siatkę, przylegający do przewodzącej płyty w celu utworzenia z nią wielopunktowego kontaktu. Przewód ten jest przewodem prądowym z wieloma odnóżami, stanowiącym element w postaci krzyżaka, przypominającym „pająka”. W pewnych warunkach przewiduje się, że połączenia elektryczne mogą być wykonane bez stosowania słupka, przykładowo, w przypadku struktury anody, wierzchołek każdego skierowanego do wewnątrz występu może być połączony elektrycznie z płytą anody przez elementy w postaci krzyżaka z krótkimi odgałęzieniami.

Zastosowanie elementów w postaci krzyżaka zwiększa liczbę i rozkład punktów poboru prądu do przewodzącej płyty, poprawiając tym samym rozkład prądu prowadzący do niższego napięcia i poboru mocy i dłuższej żywotności separatorów i powłok elektrod.

Długość odnóg i ich liczba na elemencie w postaci krzyżaka, może zmieniać się w szerokich granicach. Typowo element ten posiada od 2 do 100 odnóg, korzystnie pomiędzy 2 i 8 odnóg. Każde odgałęzienie posiada typowo od 1mm do 20 mm długości, korzystnie pomiędzy 5 mm i 100 mm. Fachowiec zdolny będzie w prostym eksperymencie do określenia odpowiedniej długości i liczby odnóg elementu w postaci krzyżaka dla każdego szczególnego zastosowania.

PL 195 913 B1

Element w postaci krzyżaka może być giętki lub sztywny. Kształt i właściwości mechaniczne elementów w postaci krzyżaka w strukturze anody mogą być takie same lub różne od kształtów i właściwości mechanicznych elementów w postaci krzyżaka w strukturze katody. Przykładowo, w strukturze anody preferowane są często stosunkowo niesprężynujące elementy w postaci krzyżaka z krótkimi odgałęzieniami, a względnie sprężyste elementy w postaci krzyżaka z długimi odgałęzieniami preferowane są w strukturze katody.

Użycie obciążonych sprężyście elementów w postaci krzyżaka, przynajmniej w płycie katody umożliwia sprężyste obciążenie struktur elektrody w celu uzyskania pracy z „zerową szczeliną” przy optymalnym ciśnieniu w celu zminimalizowania ryzyka uszkodzenia separatora/elektrody. Poprzez „zerową szczelinę” rozumiemy, że zasadniczo brak jest szczeliny pomiędzy przewodzącą płytą każdej struktury elektrody, a sąsiednim separatorem, to jest, że sąsiednie przewodzące płyty są w trakcie pracy rozdzielone tylko przez grubość separatora.

Gdy separator jest membraną, sprężyście obciążone elementy w postaci krzyżaka tworzą bardziej jednorodną podporę dla membrany na większym obszarze, redukując ruch, który może prowadzić do uszkodzenia membrany przez, przykładowo, zagięcie, ścieranie lub pomarszczenie.

Element w postaci krzyżaka jest w ogólności wykonany z tego samego metalu co przewodząca płyta, z którą znajduje się on w kontakcie elektrycznym.

Element w postaci krzyżaka jest zwykle zgrzewany do przewodzącej płyty, z którą znajduje się w kontakcie elektrycznym.

Element w postaci krzyżaka może zostać przymocowany do słupka przy zastosowaniu sposobów znanych w stanie techniki, przykładowo poprzez zgrzewanie, przykręcanie lub łączniki wciskane.

Odgałęzienia każdego elementu w postaci krzyżaka mogą rozchodzić się radialnie z centralnej części celem wykorzystania do przymocowania elementu w postaci krzyżaka do słupka lub, w pewnych okolicznościach, bezpośrednio do wierzchołka związanego występu. Odgałęzienia elementu w postaci krzyżaka mogą być rozstawione równokątnie.

Element w postaci krzyżaka przeznaczony do użytku w strukturze elektrody przymocowany jest przewodzące do przewodzącego elementu oraz przewodzącej płyty tak, że poprawiony jest rozkład prądu płynącego do przewodzącej płyty.

Układ anody lub katody zawiera przewodzącą elektryczność płytę posiadającą przymocowaną do jednej swej powierzchni pewną liczbę dystrybuujących prąd elektryczny elementów w postaci krzyżaka, z których każdy posiada część służącą przymocowaniu podczas pracy do misy oraz pewną liczbę odgałęzień rozchodzących się promieniście z części mocowania dzięki czemu poprzez te odgałęzienia następuje dostarczenie prądu elektrycznego do płyty. Rozmieszczenie takie umożliwia łatwe zgrzanie układu anody lub katody lub inne ich przymocowanie w komorze ogniwa lub module oraz usunięcie, na przykład w celu naprawy przewodzącej płyty lub wymianę dowolnej jej powłoki elektrokatalitycznej.

Gdy słupek zaopatrzony jest w przewód prądowy może on być zaopatrzony ponadto w nakrywkę izolującą na końcu przylegającym do separatora.

Gdy struktura elektrody jest strukturą anody, misa może być złączona tył do tyłu z misą struktury elektrody, która jest strukturą katody tak, że wystające do wewnątrz występy w misie struktury anody pasują do wystających na zewnątrz występów na misie struktury katody w celu utworzenia jednostki bipolarnej.

Poprzez „środki dystrybuujące prąd elektryczny” rozumie się system przyłączony normalnie do wnętrza ramek krańcowych ramy montażowej elektrolizera, zaprojektowany do doprowadzania prądu ze źródła zasilania, takiego jak przewody zasilacza komory ogniwa lub magistrale do mis końcowych elektrod elektrolizera z prasą filtracyjną lub zewnętrznych mis modułów końcowych elektrolizera modularnego tak, że doprowadzany prąd jest równomiernie rozłożony na wszystkich punktach kontaktów elektrycznych na tych misach. Zazwyczaj środki dystrybuujące prąd mogą być pojedynczymi płytami lub systemami płyt, kabli lub przewodów wykonanych z metali przewodzących. Opcjonalnie mogą one być zaopatrzone w zwiększające przewodność elektryczną powłoki, dodatki lub urządzenia służące poprawie połączenia elektrycznego pomiędzy środkami dystrybuującymi prąd, a elektrodą końcową. Alternatywnie, zwłaszcza w elektrolizerze z prasą filtracyjną, elektrody końcowe mogą być na stałe połączone ze środkami dystrybuującymi prąd, na przykład poprzez zgrzewanie.

Izolujące elektrycznie, przenoszące obciążenie poduszki umieszczone są przy końcach przewodzących słupków nośnych przylegających do przewodzącej płyty. Takie poduszki izolujące zapobiegają

PL 195 913 B1 uszkodzeniu mechanicznemu membrany, a także, ponieważ w punktach tych nie następuje elektroliza, membrana nie ulega żadnym uszkodzeniom wynikającym z elektrolizy.

Takie poduszki izolujące wykonane być mogą z nieprzewodzącego materiału, który odporny jest na środowisko chemiczne wewnątrz ogniwa, na przykład fluoropolimeru takiego jak PTFE (policzterofluoroetylen), FEP (fluorowana żywica etylenowo-propylenowa), PFA (żywica perfluoroalkoksylowa), polipropylen, CPVC (chlorowany polichlorek winylu) i kauczuki fluoroelastomerowe. Poduszki zaopatrzone mogą być w metalowe stojaki, które położone są pomiędzy słupkami, a przewodzącą płytą z poduszką skierowaną w kierunku separatora lub membrany.

Jako przykłady zwiększających przewodność urządzeń wymienić można między innymi urządzenia przewodzące, na przykład podkładki lub metalowe urządzenia przewodzące przystosowane do ścierania lub przebijania powierzchni mis poprzez przecinanie lub zaciskanie przez każdą znajdującą się na nich powłokę izolującą, na przykład warstwę tlenku oraz przynajmniej opóźniania tworzenia się warstwy izolującej pomiędzy urządzeniem i powierzchnią misy.

Metalowe urządzenie przewodzące prąd przystosowane jest do ścierania lub przebijania powierzchni mis poprzez przecinanie lub zaciskanie wskroś każdej znajdującej się na nich warstwy, na przykład warstwy tlenku, a także przynajmniej opóźniania tworzenia się warstwy izolującej pomiędzy urządzeniem i powierzchnią misy (urządzenie to nazywane „urządzeniem ścierającym”).

Urządzenie ścierające zaopatrzone jest w jeden lub więcej występów. Jako przykład urządzenia ścierającego wymienić można podkładkę odginaną zębatą zewnętrzną, zaopatrzoną przykładowo w 18 występów. Jednakże urządzenie ścierające zaopatrzone jest w nie więcej niż sześć występów. Jest często dla stabilności mechanicznej podczas składania elektrolizera, aby urządzenie ścierające zaopatrzone było w przynajmniej trzy występy. Występy takie znajdują się po obydwu stronach urządzenia ścierającego.

Urządzenie ścierające umieszczone jest w wystającym do wewnątrz występie we wklęsłej wnęce w misie struktury anody w celu utworzenia kontaktu elektrycznego pomiędzy misą, a pasującym, wystającym na zewnątrz występem we wklęsłej wnęce na misie struktury katody. Urządzenia ścierające znajdują się na każdym wystającym do wewnątrz występie w anodzie.

Urządzenie ścierające wykonane może być z przewodzącego materiału, który jest wystarczająco twardy do wcięcia się do wewnątrz przynajmniej jednej z mis struktur elektrody, w szczególności anody tytanowej, w celu przebicia na niej każdej powłoki tlenkowej. Jako przykłady odpowiednich metali, z których przygotowane mogą być takie urządzenia ścierające można wymienić między innymi stal węglową, nikiel, stop niklu lub stop beryl/miedź.

Urządzenie ścierające dołączone może być do anody, na przykład przez przykręcenie, zgrzewanie lub też przyszpilenie z wykorzystaniem metalowego, na przykład tytanowego, wypustka. Urządzenie takie przymocowane jest tak, że może obracać się swobodnie, przynajmniej w ograniczonym stopniu.

Urządzenie ścierające nadaje się do powtórnego użycia, to jest może ono być wykorzystywane do tworzenia powtórnych połączeń bez jego wymiany.

Wynalazek zostanie opisany w odniesieniu do wykorzystania różnych jego postaci w zastosowaniach chlorowoalkalicznych, na przykład w elektrolizie solanki.

W spodzie struktury elektrody znajduje się rura wlotowa, ciągnąca się z jednego jej boku do drugiego, w celu umożliwienia załadowania tam płynu. Przykładowo, modularny elektrolizer bipolarny stosowany jest do elektrolizy solanki, a rury wlotowe umożliwiają dopływ wodorotlenku metalu alkalicznego do struktury katody, a solanki do struktury anody. Płyn doprowadzany jest do rury wlotowej tylko z jednego końca.

Wzdłuż rury wlotowej rozmieszczone są otwory przelotowe, w równych odstępach, w celu poprawienia dystrybucji cieczy w strukturze elektrody. Otwory przelotowe wykonane są tak, że gdy w strukturze elektrody znajduje się przegroda, ciecz wypływająca z otworów przelotowych kierowana jest do strumienia recyrkulacyjnego wytwarzanego przez tę przegrodę. Wymiary otworów przelotowych są takie, aby zminimalizowany był spadek ciśnienia poniżej rury wlotowej.

Liczba otworów przelotowych w rurze wlotowej dla każdego szczególnego zastosowania może zostać z łatwością obliczona przez fachowca. Typowo jest to około 2-10, a korzystnie około sześciu otworów przelotowych na metr rury wlotowej. Typowo każdy otwór przelotowy ma około 1 - 3 mm średnicy, korzystnie około 2 mm średnicy.

Rura zasilająca, przez którą doprowadzana jest ciecz do rury wlotowej wykonana jest z nieprzewodzącego materiału i może być umieszczona wewnątrz rury wlotowej na każdą głębokość, na przykład prawie aż do osiągnięcia przez nią martwego końca rury wlotowej. W elektrolizerach bipolarnych

PL 195 913 B1 zwiększona długość nieprzewodzącej rury zasilającej zwiększa długość ścieżki płynu pomiędzy ogniwami w elektrolizerze redukując przez to ryzyko uszkodzenia elektrolizera przez korozję prądu upływu.

Rury wlotowe wykonane są dogodnie z tego samego materiału co struktury elektrodowe, które zasilają. Przykładowo, gdy anoda wykonana jest z tytanu lub jego stopu, z tytanu lub jego stopu wykonana jest rura wlotowa do anody, a gdy katoda wykonana jest z niklu lub jego stopu, z niklu lub jego stopu wykonana jest rura wlotowa do katody.

Jako przykłady odpowiednich nieprzewodzących materiałów, z których przygotowane mogą być rury zasilające, wymienić można fluoropolimery takie jak PTFE (policzterofluoroetylen), FEP (fluorowana żywica etylenowo-propylenowa) i PFA (żywica perfluoroalkoksylowa).

Obecność przewodzących płyt oddzielonych od siebie przez separator tworzy obszar elektrolizy w elektrodach modularnych lub bipolarnych elektrodach z prasą filtracyjną.

Zużyty płyn i produkty gazowe usuwane są ze struktury elektrody przez system usuwania gazu/cieczy zawierający szczelinę wylotową, wylotową rurę rozgałęźną, w której następuje rozdzielenie gazu/cieczy oraz otwór wylotowy. Uszkodzenie separatora powodowane przez tworzenie się obszaru gazowego w sąsiedztwie separatora w górnej strefie obszaru elektrolizy jest przynajmniej zredukowane, a często wyeliminowane przez obecność wylotowej rury rozgałęźnej w obszarze wolnym od procesu elektrolizy, powyżej obszaru elektrolizy w strukturze elektrody.

W systemie usuwania mieszanina gazu/cieczy płynie w górę z obszaru elektrolizy poprzez szczelinę wylotową powyżej komór elektrolizera do wylotowej rury rozgałęźnej. Głębokość szczeliny wylotowej, która biegnie wzdłuż zasadniczo całej szerokości struktury elektrody, obrana zostanie pod kątem między innymi gęstości prądu, pola powierzchni elektrody i temperatury tak, ażeby faza gazowa rozproszona była w postaci pęcherzyków w ciągłej fazie płynnej. Głębokość szczeliny wylotowej wynosi zazwyczaj około 5 -50%, korzystnie około 10 -30%, głębokości struktury elektrody, to jest odległości pomiędzy wklęsłą wnęką, a przewodzącą płytą.

Mieszanina gazu/cieczy rozdziela się gwałtownie w wylotowej rurze rozgałęźnej, która biegnie wzdłuż zasadniczo całej szerokości struktury elektrody. Pole powierzchni przekroju poprzecznego wylotowej rury rozgałęźnej obrane zostanie pod kątem między innymi gęstości prądu, pola powierzchni elektrody i temperatury tak, ażeby utrzymywany był uwarstwiony poziomy przepływ gazu/cieczy wzdłuż rury rozgałęźnej, o gładkiej powierzchni granicznej.

Strumienie gazu i cieczy opuszczają wylotową rurę rozgałęźną przez jeden lub więcej otworów wylotowych, jeden otwór wylotowy, umieszczony przy jednym jej końcu. Pole powierzchni przekroju poprzecznego otworu wylotowego obrane zostanie pod kątem między innymi gęstości prądu, pola powierzchni elektrody i temperatury tak, ażeby uzyskany był pierścieniowy błonowy odpływ w dół gazu/cieczy przez otwór wylotowy z ciekłą błoną na ścianie i centralnym rdzeniem gazu.

Opisany powyżej system usuwania gazu/cieczy posiada tę zaletę, że mały spadek ciśnienia unika powstanie obniżenia granicy fazowej gazu/cieczy do wewnątrz obszaru elektrolizy systemu elektrody eliminując tym samym uszkodzenia separatora powodowane przez powstawanie obszaru gazu w sąsiedztwie separatora w górnej strefie obszaru elektrolizy. Kolejną zaletą systemu usuwania gazu/cieczy jest zminimalizowanie fluktuacji ciśnienia, które powodują fizyczne uszkodzenia separatora poprzez ścieranie kontaktu z płytą elektrody. Ciekła błona na ścianie rury wylotowej stanowi jeszcze jedną korzyść poprzez zwiększenie rezystancji ciekłej ścieżki pomiędzy ogniwami w elektrolizerze redukując możliwość uszkodzenia elektrolizera przez korozję prądu upływu.

Wylotowa rura rozgałęźna gazu/cieczy ma postać prostokątnej struktury znajdującej się wzdłuż zasadniczo całej szerokości struktury elektrody. Tylna płyta wylotowej rury rozgałęźnej stanowi górną kontynuację tyłu misy w kierunku pionowym struktury elektrody. Tylna płyta zagięta jest o 90 stopni prostopadle do tyłu misy w kierunku elektrody w celu utworzenia górnej płyty wylotowej rury rozgałęźnej oraz o kolejne 90 stopni w dół w celu utworzenia przedniej płyty rury rozgałęźnej tak, że przód rury rozgałęźnej jest zasadniczo równoległy do tyłu rury rozgałęźnej. Płyta ta może być opcjonalnie wygięta w tył o 90 stopni w kierunku tylnej płyty w celu utworzenia dna rury rozgałęźnej i w dół o 90 stopni w celu utworzenia przedniej płyty szczeliny wylotowej. Przednia płyta szczeliny wylotowej może stanowić kontynuację przedniej płyty wylotowej rury rozgałęźnej.

Na dnie szczeliny wylotowej przednia płyta zagięta jest o dalsze 90 stopni prostopadle i przeciwnie do tylnej płyty w celu utworzenia górnej płyty misy. Ta górna płyta jest następnie zagięta o kolejne 90 stopni w górę w celu utworzenia kryzy misy.

PL 195 913 B1

Wysokość kryzy skutecznie tworzy pionową ścieżkę przepływu gazu/cieczy przez szczelinę wylotową, a prostokątna skrzynia powyżej kryzy tworzy wylotową rurę rozgałęźną. Typowo, wysokość kryzy wynosi około 20 - 80% wysokości wylotowej rury rozgałęźnej.

Uszczelki służące do uszczelnienia separatora pomiędzy kryzami mis w elektrolizerach bipolarnych według niniejszego wynalazku, które to uszczelki mogą być różne w strukturach anodowych i katodowych, wykonane są z odpowiedniego materiału o właściwej odporności chemicznej i właściwościach fizycznych, na przykład z uplastycznionej żywicy EPDM (kauczuk etylenowo-propylenowy). Gdy materiał nie posiada właściwej kombinacji chemicznej odporności i właściwości fizycznych zastosowana może być uszczelka wykonana z materiału o odpowiednich własnościach fizycznych zaopatrzona w chemicznie odporną wkładkę, wykonaną przykładowo z PTFE na wewnętrznej krawędzi.

Uszczelka ta może mieć postać ramki, ciągłej tak, że gdy dwie uszczelki umieszczone są po każdej stronie separatora i poprzez misy przyłożone jest do nich obciążenie, uzyskuje się hermetyczne zamknięcie modułu.

Pomiędzy anodą a separatorem oraz pomiędzy katodą a separatorem umieszczona jest uszczelka.

Ramka może mieć w rzucie poziomym dowolną konfigurację zdolną do hermetycznego zamknięcia separatora w module lub komorze. Typowo ramka jest kwadratowa lub prostokątna. Przekrój poprzeczny ramki może mieć dowolną konfigurację zdolną do skutecznego uszczelnienia z separatorem. Może ona mieć przykładowo przekrój poprzeczny kołowy, trójkątny lub kwadratowy, ale zalecany jest przekrój poprzeczny prostokątny z wymiarami prostopadłymi do płaszczyzny uszczelki mniejszymi niż wymiar w płaszczyźnie uszczelki.

Przekrój poprzeczny uszczelki zawiera dogodnie występ lub nosek wzdłuż zasadniczo całej długości obwodu ramki służący do połączenia z separatorem, przy czym występ lub nosek znajduje się zwyklena wewnętrznym i/lub zewnętrznym obwodzie ramki.

Występ lub nos może posiadać dowolny, odpowiedni kształt zdolny do realizacji zaciskowego połączenia z separatorem, na przykład posiada kształt bulwiasty, to jest w ogólności o częściowo kołowym przekroju poprzecznym.

Podczas pracy separator przylega z każdej swej strony do odpowiedniej uszczelki tak, że występy uszczelek, gdy są ściśnięte realizują zlokalizowane zaciśnięcie uszczelki wzdłuż całego obwodu uszczelek w celu zapobieżenia przesączania się płynów ogniwa poprzez lub wzdłuż struktury separatora ze środka komory elektrolizy na zewnątrz tejże komory. Odkryto, że taka konstrukcja uszczelek jest szczególnie skuteczna w zapobieganiu przesączania się płynów ogniwa, zwłaszcza, gdy separator jest chropowaty lub posiada nierównomierną powierzchnię (na przykład w rezultacie obecności siatki wzmacniającej) lub zawiera kanały pozostawione przez rozpuszczenie składników protektorowych, lub też, gdy komora elektrolizy pracuje pod wyższym ciśnieniem niż atmosfera zewnętrzna.

W pewnej modyfikacji każda uszczelka może być zaopatrzona w nosek lub występ po przeciwnej swej stronie w celu połączenia z odpowiednią kryzą struktury elektrody.

Uszczelka lub ramka może zawierać dziury służące do umieszczenia w nich sworzni łączących, zwłaszcza, gdy w module stosowana jest uszczelka.

Gdy uszczelka zaopatrzona jest w chemicznie odporną wkładkę, jak opisano powyżej, wkładka ta może rozciągać się ponad zaciskającym występem lub noskiem.

₂

Elektrolizery mogą pracować przy wysokich gęstościach prądu, to jest powyżej 4,5 kA/m².

Separator stanowi nieprzepuszczalna dla elektrolitu membrana wymiany jonowej, która może być porowata, przepuszczalna dla elektrolitu diafragma.

Gdy separatorem jest membrana wymiany jonowej może być ona utworzona z każdego odpowiedniego do wykonania membrany wymiany jonowej materiału.

Znane w stanie techniki są membrany jonoselektywne przeznaczone do sprzężonej produkcji chloru i alkaliów. Membrana taka jest zawierającym fluor materiałem polimerowym zawierającym grupy anionowe. Jest to zawierający grupę anionową polimer zawierający wyłącznie wiązania C-F, a nie wiązania C-H. Jako przykłady odpowiednich grup anionowych można wymienić -PO3^2-, -PO2^2- lub korzystnie -SO3^- lub -COO^-.

Membrana może być w postaci błony jedno- lub wielowarstwowej. Może być ona wzmocniona poprzez nalaminowanie lub powleczenie na niej tkaniny lub mikroporowatego arkusza. Może być ona pokryta ponadto na jednej lub obydwu stronach chemicznie odporną powłoką cząsteczkową w celu poprawy zwilżania i uwalniania gazu.

PL 195 913 B1

Gdy w zastosowaniach produkcji chloru i alkaliów stosowana jest membrana nosząca powłokę powierzchniową, powłoka ta jest zwykle tworzona z tlenku metalu odpornego na środowisko chemiczne, na przykład dwutlenku cyrkonu.

Odpowiednie membrany przeznaczone do zastosowań chlorowo-alkalicznych sprzedawane są przykładowo pod nazwami „Nafion” przez E IDu Pont de Nemeurs and Co. Inc,. „Flemion” przez Asasi Glass Co. Ltd oraz „Aciplex” przez Asashi Chemicals Co. Ltd.

Separator umieszczony jest pomiędzy przyległymi płytami anody i płytami katody i przez to oddziela strukturę anody od struktury katody.

Szczelina pomiędzy anodą i katodą leży dogodnie w zakresie od 3 mm do zera, korzystnie od 1mm do zera. Kiedy zatem szczelina między anodą i katodą wynosi zero, anody i katody modułu znajdują się w kontakcie z separatorem.

W elektrolizerach bipolarnych wyposażonych w zasadniczo nieprzepuszczalną membranę wymiany jonowej, do struktur anodowych elektrolizera bipolarnego doprowadzane są wodne roztwory chlorków metali alkalicznych, a usuwane chlor i zubożony wodny roztwór chlorku metalu alkalicznego, a ze struktur katodowych elektrolizera bipolarnego usuwane są wodór i wodorotlenek metalu alkalicznego.

Płyta anody w strukturze elektrody może być metalowa, a charakter metalu zależeć będzie od natury elektrolitu przeznaczonego do procesu elektrolizy w elektrolizerze. Metalem może być metal tworzący błonę, zwłaszcza wtedy, gdy elektrolizie w elektrolizerze poddawany ma być wodny roztwór chlorku metalu alkalicznego. Tworzący błonę metal może być jednym spośród następujących metali: tytan, cyrkon, niob, tantal lub wolfram lub jakiś stop składający się głównie z jednego lub więcej spośród tychże metali i posiadający właściwości polaryzacji anodowej porównywalne z tytanem. Zaleca się stosowanie samego tytanu lub stopu opartego na tytanie i posiadającego właściwości polaryzacji anodowej porównywalne z tytanem.

Płyta anody posiada powłokę z przewodzącego, aktywnego elektrokatalitycznie materiału. Szczególnie w przypadku, gdy poddawany elektrolizie ma być wodny roztwór chlorku metalu alkalicznego powłoka ta może przykładowo zawierać jeden lub więcej metali z grupy platynowców, to jest platynę, rod, iryd, ruten, osm i pallad.

Aktywne elektrokatalitycznie materiały przeznaczone do zastosowania jako powłoka anodowa w elektrolizerze, opisane są na przykład w zgłoszeniach patentowych EP 0 052 986, EP 0 107 934 oraz EP 0129 374.

Jako materiał płyty katody w strukturze elektrodowej użyty może być każdy odpowiedni metal różny od tworzącego błonę metalu anody, zakładając oczywiście, że metal użyty w płycie katody jest przewodzący i jest odporny na elektrolit stosowany w ogniwie elektrolitycznym. Płyta katody wykonana może być z niklu lub stopu niklu. Przykładowo, płyta katody może zawierać rdzeń z innego metalu, na przykład stali lub miedzi oraz zewnętrzną powierzchnię z niklu lub stopu niklu.

Nikiel lub stop niklu jest zalecany ze względu na odporność na korozję tych materiałów w ogniwie elektrolitycznym, w którym elektrolizie podlega wodny roztwór chlorku metalu alkalicznego oraz ze względu na niskie długoterminowe nadnapięcie wodoru niklu lub stopu niklu.

Płyta katody może być poddawana obróbce w celu zwiększenia jej pola powierzchni, na przykład poprzez oczyszczanie strumieniowo ścierne.

Płyta katody może być zaopatrzona w przewodzącą, aktywną elektrokatalitycznie powłokę. Przewodzące, aktywne elektrokatalitycznie materiały przeznaczone do zastosowania jako powłoki katodowe w elektrolizerach są dobrze znane w stanie techniki, jak opisano to na przykład w zgłoszeniach patentowych EP 0 479 423, WO 95/05499, WO 95/05498, EP 0 546 714, WO 96/24705, EP 0 052 986 oraz EP 0 107 934.

Płyta elektrody może mieć dowolną pożądaną budowę. Przykładowo, może ona zawierać pewną liczbę warstw. Jednakże, każda płyta elektrody jest drobno dziurkowaną płytą, to jest może być ona perforowana lub może mieć postać siatki metalowej rozciąganej lub też może być ona tkaniną, włókniną lub też żaluzjową lub latarniową listwą. Płyty anody i katody mają postać siatek.

Jak wspomniano uprzednio, misa w strukturze elektrody wykonana jest w ogólności z tego samego materiału co przewodząca płyta. Materiał misy ma zwykle taką grubość, że misa jest giętka, a korzystnie sprężynująca.

W strukturach anody i katody znajduje się jedna lub więcej przegród w celu utworzenia pierwszego kanału pomiędzy pierwszą stroną przegrody i płytą elektrody oraz drugiego kanału pomiędzy drugą stroną przegrody i wklęsłą wnęką misy, przy czym kanały pierwszy i drugi znajdują się we wzajemnej łączności, przynajmniej przy lub w sąsiedztwie wierzchu i dna struktury elektrody. Pierwszy

PL 195 913 B1 kanał stanowi pion służący do unoszenia napełnionej gazem solanki do wylotowej rury rozgałęźnej na wierzchu struktury elektrody. Drugi kanał stanowi przewód opadowy przeznaczony do opadnięcia odgazowanej solanki na dno struktury elektrody. Przegrody umieszczone są pionowo. Przegrody wykorzystują efekt unoszenia powstałego gazu w celu wzmocnienia cyrkulacji cieczy i mieszania, co przynosi pewne korzyści.

Polepszone mieszanie w strukturach anody i katody minimalizuje gradienty koncentracji i temperatury w obrębie struktury, zwiększając tym samym długość życia powłoki anody i membrany. W szczególności w strukturze anody poprawione mieszanie pozwala na stosowanie wysoko kwaśnej solanki w celu uzyskania niskich poziomów zawartości tlenu w chlorze bez ryzyka uszkodzenia membrany przez protonowanie. Poprawa mieszania w strukturze katody pozwala na bezpośredni dodatek wody dejonizowanej w celu utrzymania stałego stężenia wodorotlenku metalu alkalicznego po usunięciu stężonego wodorotlenku metalu alkalicznego.

Zastosowanie pochyłej płyty przegrody w górnym obszarze struktury elektrody zwiększa ponadto rozseparowanie gazu i cieczy poprzez przyspieszenie przepływu w górę mieszaniny gazu/cieczy z obszaru elektrolizy, zwiększając tym samym koalescencję pęcherzyków gazu.

Przegrody wykonane są z materiałów odpornych na środowisko chemiczne występujące w ogniwie. Przegrody w strukturze anody wykonane być mogą z fluoropolimeru lub odpowiedniego metalu, na przykład z tytanu lub jego stopu. Przegrody w strukturze katody wykonane być mogą z fluoropolimeru lub odpowiedniego metalu, na przykład niklu.

Przegrody w strukturze anody, gdy są obecne, przymocowane są do wystających do wewnątrz występów w misie anody. Przegrody w strukturze katody, gdy są obecne, przymocowane są do słupków.

Przegroda może być strukturą jednoczęściową rozciągającą się w pełni wskroś struktury elektrody w kierunku poziomym lub może zawierać pewną liczbę części, na przykład dwie, z których każda rozciąga się wskroś struktury elektrody z poziomą szczeliną między nimi. Gdy używana jest przegroda dwuczęściowa, dolna część wspiera recyrkulację cieczy, a górna część bierze udział w utrzymaniu obszaru na wierzchu struktury przy opadnięciu piany, podczas pracy przy dużych gęstościach prądu.

W trakcie użytkowania złożonych być może pewna liczba elektrolizerów bipolarnych tak, aby zasilane były z tego samego prostownika.

Ciecz doprowadzana jest równolegle do wszystkich modułów w modularnym elektrolizerze bipolarnym według niniejszego wynalazku z tych samych rur rozgałęźnych solanki i wodorotlenku metalu alkalicznego.

Wyjściowe ciecze solanki i wodorotlenku metalu alkalicznego wychodzą równolegle ze wszystkich modułów w modularnym elektrolizerze bipolarnym według niniejszego wynalazku do wspólnych rur rozgałęźnych solanki i wodorotlenku metalu alkalicznego.

Struktura elektrody według niniejszego wynalazku może być wykorzystana jako urządzenie dystrybuujące prąd w ogniwie elektrolitycznym wyposażonym w membranę wymiany jonowej, która stanowi tak zwany elektrolit polimerowy.

Niniejszy wynalazek opisany został w odniesieniu do struktury elektrody odpowiedniej do zastosowania w elektrolizerze przeznaczonym do elektrolizy wodnego roztworu chlorku metalu alkalicznego. Struktura elektrody może być wykorzystana w elektrolizerach, w których prowadzone być mogą procesy elektrolizy innych roztworów lub w ogniwach elektrolitycznych innego rodzaju, na przykład ogniwach paliwowych.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój poprzeczny górnej części struktury elektrody według niniejszego wynalazku w postaci struktury anody, fig. 2 przedstawia przekrój poprzeczny górnej części struktury elektrody według niniejszego wynalazku w postaci struktury katody, fig. 3 przedstawia przekrój poprzeczny górnej części jednostki bipolarnej, fig. 4 przedstawia przekrój poprzeczny górnej części modułu, fig. 5 przedstawia rzut izometryczny struktury anody modułu, fig. 6 przedstawia przekrój poprzeczny dolnej części modułu, fig. 7 i 8 przedstawiają odpowiednio rzut izometryczny oraz rzut boczny metalowego urządzenia przewodzącego prąd będącego urządzeniem ścierającym, fig. 9 przedstawia jeden przykład wykonania uszczelki przeznaczonej do użycia ze strukturami elektrod według wynalazku, fig. 10 przedstawia powiększony widok szczegółu części uszczelki na fig. 9 oraz fig. 11 przedstawia widok uszczelki w przekroju poprzecznym.

Na fig. 1i 2 utworzona jest misa 1z kryzą 2 oraz wklęsłą wnęką 3, w której utworzone są wystające do wewnątrz występy 4 w postaci stożka ściętego (na fig. 1). Przewodzące elementy 6 mogą mieć postać przewodzącego słupka, na którym zamontowany jest element w postaci krzyżaka (nie

PL 195 913 B1 pokazany), połączony jest elektrycznie z każdym z występem 4 lub 5. Należy zauważyć, że słupki związane ze strukturą katody są znacznie dłuższe niż te związane ze strukturą anody. W przypadku struktury anody, wszystkie słupki mogą być pominięte, w którym to przypadku płyta anody może być albo bezpośrednio przyłączona do powiązanej misy lub też może być ona przyłączona do niej za pośrednictwem elementów w postaci krzyżaka. Przewodząca płyta 8 w postaci płyty elektrody, zwykle w postaci siatki, połączona jest z elementami w postaci krzyżaka. Pomiędzy końcem przewodzącego elementu 6 w postaci słupka, a płytą elektrody 8 znajduje się izolująca elektrycznie poduszka 9. W miejscu każdego słupka, płyty 8są dziurkowane, a poduszki 9 umieszczane są w tych otworach. Kryzy 2 zaopatrzone są w kryzy podkładowe 2B (fig. 4) oraz otwory 10, 10B skonstruowane tak, aby mieścić sworznie (nie pokazane) służące przymocowania struktury anody i struktury katody z dwoma uszczelkami i membraną w celu utworzenia modułu według niniejszego wynalazku. Symbolem 11 oznaczono wylotową rurę rozgałęźną. Strumień cieczy wpływający do rury rozgałęźnej 11 następuje przez szczelinę wylotową 35 w górnym końcu każdej struktury elektrody, przy czym szczelina wylotowa 35 utworzona jest bezpośrednio powyżej płyty 8 i bezpośrednio poniżej rozstawionych cylindrycznych króćców rurowych 36, które wskazują otwory w podstawie misy 1i kryzy 2 oraz spinają główne rozciągające się pionowo ściany rury rozgałęźnej 11. Strumień cieczy wpływa do szczeliny wylotowej i płynie wokół króćców rurowych 36 do rury rozgałęźnej 11.

Struktury elektrody według niniejszego wynalazku wykorzystane być mogą w elektrolizerach z prasą filtracyjną, ogniwach modularnych oraz ogniwach paliwowych. Fig. 3 przedstawia jednostkę, w której dwie struktury elektrod sprzężone są ze sobą w celu utworzenia układu elektrody bipolarnej przeznaczonego do użycia w elektrolizerze z prasą filtracyjną lub ogniwie paliwowym, przy czym struktura elektrody w tym przypadku złożona jest z zagnieżdżonymi występami 4, 5, anody i katody. Fig. 4 przedstawia jednostkę, w której struktury elektrod są ze sobą sprzężone wraz ze znajdującym się między nimi separatorem, przeznaczoną do użytku w elektrolizerze modularnym lub ogniwie paliwowym. W obydwu przypadkach należy rozumieć, że po złożeniu pewnej liczby jednostek efekt wypadkowy jest taki, że sąsiednie anody i katody, czy to części tej samej jednostki, czy też części oddzielnych jednostek, będą posiadały swoje występy 4 zagnieżdżone w sobie.

Odwołując się do układu elektrody bipolarnej z fig. 3, struktura anody jak zilustrowano na fig. 1 oraz struktura katody jak na fig. 2 połączone są elektrycznie tył w tył poprzez metalowe urządzenie 12 przewodzące prąd będące urządzeniem ścierającym, umieszczone pomiędzy wystającymi do wewnątrz występami 4 w postaci stożka ściętego na strukturze anody oraz wystającymi na zewnątrz występami 5 w postaci stożka ściętego na strukturze katody, przy czym rozmieszczenie jest takie, że kiedy te dwie struktury są złączone razem, urządzenie ścierające umożliwia istnienie dobrej ciągłości elektrycznej pomiędzy wierzchołkami występów 5 katody, a podstawami występów 4 anody i stąd pomiędzy przewodzącymi elementami 6 w postaci słupków ciągnących się do przewodzących płyt 8 w postaci płyt elektrody.

Odwołując się do układu elektrody modularnej z fig. 4, struktura anody, jak zilustrowano na fig. 1 i struktura katody, jak zilustrowano na fig. 2 połączone są sworzniami (nie pokazanymi) poprzez otwory 10 w kryzach 2. Pomiędzy dwiema uszczelkami 14 umieszczonymi pomiędzy kryzami 2 znajduje się membrana 13. Przewód prądowy 7 z wieloma odgałęzieniami mający postać pająków -nie pokazane na fig. 1do 3 - tworzą ścieżki przewodzące pomiędzy przewodzącymi elementami 6 w postaci słupków i płytami 8. Pająki te posiadają centralne części jako mocowanie 40 w kształcie dysku, które przyłączone są do końców słupków, na przykład poprzez zgrzewanie, przykręcenie lub łączniki wciskane, a także pewną liczbę odgałęzień 38, które rozchodzą się promieniście z centralnej części mocowania 40 i połączone są w swoich swobodnych końcach, na przykład poprzez zgrzewanie do powiązanej płyty 8 elektrody. Zazwyczaj odgałęzienia 38 rozstawione są równokątnie tak, że prąd płynący przez przewodzące elementy 6 w postaci słupków rozchodzi się równomiernie do pewnej liczby równomiernie rozstawionych punktów otaczających dany słupek. Zwłaszcza przy zamierzonej elektrolizie halogenków metali alkalicznych, elementy w postaci krzyżaka katody mogą być wykonane z materiałów takich jak stal nierdzewna, nikiel lub miedź podczas, gdy elementy w postaci krzyżaka anody wytwarzane są z brązu zaworowego lub jego stopu. Odgałęzienia 38 przewodów prądowych 7 będących elementami w postaci krzyżaka związanych ze strukturą anody są nieco krótsze od odgałęzień związanych ze strukturą katody.

W praktyce, podczas wytwarzania struktur elektrod, przewodów prądowych 7 będących elementami w postaci krzyżaka mogą być zgrzewane lub mocowane inaczej do płyt 8i następnie elementy w postaci krzyżaka mogą być zgrzewane lub mocowane inaczej do słupków. Rozmieszczenie takie

PL 195 913 B1 ułatwia wymianę lub naprawę płyt anody/katody lub odnowę/wymianę znajdujących się na nich aktywnych elektrokatalitycznie powłok.

Jak pokazano na fig. 5, struktura anody ze swoimi wystającymi do wewnątrz występami 4 w postaci stożka ściętego w misie 3 zaopatrzona jest w rurę zasilającą 15 prowadzącą do rury wlotowej (nie pokazana) przeznaczonej dla solanki oraz do rury wylotowej 16 przeznaczonej dla chloru i zubożonej mieszaniny solanki. Struktura katody zaopatrzona jest w rurę zasilającą 17 prowadzącą do rury wlotowej (nie pokazana) przeznaczonej dla wodorotlenku metalu alkalicznego oraz do rury wylotowej 18 przeznaczonej dla wodoru i mieszaniny wodorotlenku metalu alkalicznego.

Jak pokazano na fig. 6, struktura anody zaopatrzona jest w a) rurę zasilającą anodę 15 koncentryczną z rurą wlotową 19 utworzoną z otworami przelotowymi 24, b) przegrody 21 zamontowane na wystających do wewnątrz występach 4. Struktura katody zaopatrzona jest w a) rurę zasilającą katody 17 koncentryczną z rurą wlotową 20 utworzoną z otworami przelotowymi 23, b) przegrody 22 zamontowane na słupkach 6. Otwory przelotowe 24, 23 w rurach wlotowych 19 i 20 utworzone są tak, że wypływająca z nich ciecz kierowana jest z powrotem w kierunku tyłu mis z tyłu przegród 21 i 22 w celu wspomożenia mieszania. Przegrody 21, 22 służą do podziału komór anody i katody na dwie łączące się strefy w celu recyrkulacji cieczy, jak zostało to opisane uprzednio. Przegrody 21, 22 (nie pokazane na fig. 1 do 3) ciągną się pionowo w obrębie komór anody i katody od niższego końca struktury elektrody do górnego jej końca i tworzą dwa kanały wewnątrz każdej struktury elektrody, które komunikują się przynajmniej w sąsiedztwie górnej i dolnej części struktury.

Jak pokazano na fig. 7 i 8 metalowe urządzenie 12 przewodzące prąd będące urządzeniem ścierającym zaopatrzone jest w cztery ostre występy 34 na jednej powierzchni podkładki 35 i cztery ostre występy 36 na drugiej powierzchni podkładki 35 tak, że, gdy sąsiednie struktury katody i anody obciążone są ciśnieniem, występy te wciskają się w materiał mis katody i anody.

Odwołując się teraz do fig. 9 i 11, każda uszczelka 14 może mieć w ogólności kształt prostokątny z otworami (z których część oznaczona jest numerem 2A) wskazującymi otwory w kryzach 2 tak, że uszczelki ściskane są, gdy struktury elektrod ściągane są razem w celu zaciśnięcia między nimi separatora/membrany 13. Każda uszczelka jest lokalnie powiększona na swoim wewnętrznym obwodzie w celu utworzenia noska 30, który wystaje poza płaszczyzną uszczelki po jednej jej stronie. Uszczelki złożone są na strukturach elektrod ze swymi noskami 30 w kontakcie z przylegającą powierzchnią membrany 13. W obszarze styczności z membraną 13, każdy nosek 30 może mieć w ogólności kształt częściowo kołowy w przekroju poprzecznym. Dzięki temu zlokalizowanemu powiększeniu uszczelek, jak również ściśnięciu pomiędzy i przymocowaniu przez przylegające płaskie powierzchnie uszczelek, membrana 13 jest dodatkowo zaciskana pomiędzy noskami 30 tworząc poprzez to zaciskane uszczelnienie, które jest szczególnie skuteczne w zapobieganiu wyciekania lub przesączania cieczy ogniwowych przez lub wzdłuż struktury membrany 13.

Uszczelki 14 zaopatrzone są również na swych obwodach wewnętrznych we wkładkę 32 z chemicznie odpornego materiału takiego jak PTFE. W pewnej modyfikacji każda uszczelka może być zaopatrzona w nosek lub występ na przeciwległej jej stronie w celu połączenia z odpowiednią kryzą 2.

Gdy istnieje potrzeba renowacji lub wymiany płyty katody lub anody struktury elektrody, może ona zostać usunięta ze struktury poprzez usunięcie poduszek 9 w celu odsłonięcia centralnych części 40 elementu w postaci krzyżaka 7, a przez to umożliwienia ich odłączenia od słupków lub, jeśli słupki nie są obecne, od misy elektrody lub płyty bipolarnej. Przykładowo, gdy centralne części elementu w postaci krzyżaka są zgrzewane, na przykład zgrzewane punktowo odłączenie może zostać zrealizowane poprzez wiercenie trepanacyjne przez zgrzew punktowy z użyciem wiertła lub narzędzia frezującego, gdy centralne części elementu w postaci krzyżaka połączone są ze słupkami (lub płytą) poprzez śrubę mocującą lub łącznik zaciskowy, odłączenie następuje poprzez usunięcie śruby lub innego łącznika. W pewnych przypadkach system zgrzewania wykorzystany do mocowania centralnych części elementów w postaci krzyżaka może być zaprojektowany tak, aby dać jedynie słabe połączenia, ażeby elementy w postaci krzyżaka mogły być odłączone od słupków, misy lub płyty bipolarnej przez proste złamanie zgrzewanego połączenia przy użyciu siły fizycznej. Po odłączeniu elementów w postaci krzyżaka usunięta może zostać anoda lub katoda w celu renowacji lub wymiany na nowy układ elektrody zawierający anodę lub katodę z szeregiem elementów w postaci krzyżaka rozmieszczonych tak, aby odpowiadać położeniom słupków lub występów (jeśli brak jest słupków). Nowy lub odnowiony układ elektrody jest następnie ponownie łączony fizycznie i elektrycznie, na przykład poprzez zgrzewanie punktowe, gwintowane spinacze lub łączniki wciskane.

PL 195 913 B1

Gdy sposób łączenia nie jest związany z połączeniami zgrzewanymi, na przykład gwintowane spinacze lub łączniki wciskane, pomiędzy centralną częścią elementu w postaci krzyżaka, a powierzchnią słupka, misy lub płyty bipolarnej lub na nich, umieszczone mogą być środki zwiększające przewodność takie jak podkładki odginane zębate zewnętrzne, dyski ścierne lub powłoki przewodzące. Opcjonalnie, gdy istnieje potrzeba zapewnienia dobrego połączenia fizycznego i elektrycznego dla zastępczej anody lub katody, szorstka powierzchnia słupka, misy lub płyty bipolarnej odsłonięta przez usunięcie struktury elektrody, może zostać obrobiona przy użyciu na przykład narzędzia szlifującego taśmowo, narzędzia szlifującego, pilnika lub podobnego.

Claims (42)

1. Struktura elektrody zawierająca misę z wklęsła wnęką i kryzą wzdłuż jej obwodu służącą do oparcia środków w postaci uszczelki służących do uszczelnienia separatora między kryzami sąsiednich struktur elektrod, który to separator umieszczony jest pomiędzy powierzchnią anody pierwszej struktury elektrody i katody drugiej struktury elektrody tak, że powierzchnia anody jest równoległa i skierowana do powierzchni katody, ale od niej odizolowana i oddzielona przez separator i jest także hermetycznie połączona z separatorem, przewodzącą płytę oddzieloną od misy, wlot dla cieczy, a także wylot dla płynów, znamienna tym, że płyta (8) połączona jest elektrycznie z misą (1) poprzez przewodzące elementy (6), do których przyłączona jest elektrycznie przewodząca płyta (8), które tworzą ścieżki elektryczne pomiędzy misą (1), a przewodzącą płytą (8), pod warunkiem, że gdy płyta jest płytą anody, jest ona opcjonalnie bezpośrednio połączona elektrycznie z misą (1), a także, gdy struktura elektrody jest strukturą anody wklęsła wnęka (3) zaopatrzona jest w wystające do wewnątrz występy (4), a gdy struktura elektrody jest strukturą katody, wklęsła wnęka (3) zaopatrzona jest w wystające na zewnątrz występy (5) tak, że wystające do wewnątrz występy (4) we wklęsłej wnęce misy (1) struktury anody pasują do wystających na zewnątrz występów (5) we wklęsłej wnęce misy (1) sąsiedniej struktury katody w zestawie zawierającym struktury elektrody.

2. Struktura według zastrz. 1, znamienna tym, że przewodząca płyta (8) jest giętka.

3. Struktura według zastrz. 1, znamienna tym, że każdy występ (4, 5) jest elektrycznie połączony z przewodzącym elementem (6).

4. Struktura według zastrz. 1, znamienna tym, że występy (4, 5) rozmieszczone są w kierunku do wewnątrz i w kierunku prostopadłym do niego.

5. Struktura według zastrz. 4, znamienna tym, że występy (4, 5) rozmieszczone są w równych odstępach w kierunku do wewnątrz i w kierunku prostopadłym do niego.

6. Struktura według zastrz. 1, znamienna tym, że występy (4, 5) mają formę stożka ściętego.

7. Struktura według zastrz. 1, znamienna tym, że przewodzące elementy (6) zawierają słupki.

8. Struktura według zastrz. 1, znamienna tym, że wszystkie przewodzące elementy (6) zawierają przewód prądowy (7), korzystnie przewód prądowy z wieloma odgałęzieniami, przylegający do przewodzącej płyty (8) do utworzenia z nią wielopunktowego kontaktu elektrycznego.

9. Struktura według zastrz. 8, znamienna tym, że struktura elektrody jest strukturą anody zaopatrzoną w nie sprężynujący element w postaci krzyżaka z krótkimi odgałęzieniami (38).

10. Struktura według zastrz. 8, znamienna tym, że struktura elektrody jest strukturą katody zaopatrzoną w sprężynujące elementy w postaci krzyżaka z długimi odgałęzieniami (38).

11. Struktura według zastrz. 1, znamienna tym, że przy dnie struktury elektrody znajduje się rura wlotowa (19, 20), korzystnie ciągnąca się od jednej jej strony do drugiej.

12. Struktura według zastrz. 11, znamienna tym, że wzdłuż rury wlotowej (19, 20) znajdują się rozmieszczone w równych odstępach otwory przelotowe (24, 23).

13. Struktura według zastrz. 12, znamienna tym, że rozmiary otworów przelotowych (24, 23) są takie, aby gradient ciśnienia wzdłuż rury wlotowej (19, 20) był zminimalizowany.

14. Struktura według zastrz. 1, znamienna tym, że do rury wlotowej (19, 20) dobiega rura zasilająca (15), wzdłuż rury wlotowej (19, 20) osiągając jej koniec.

15. Struktura według zastrz. 1, znamienna tym, że rura zasilająca (15) do rury wlotowej (19, 20) wykonana jest z nieprzewodzącego materiału i ciągnie się korzystnie wzdłuż rury wlotowej (19, 20).

16. Struktura według zastrz. 1, znamienna tym, że zaopatrzona jest w jedną lub więcej przegród (21, 22) dla utworzenia pierwszego kanału pomiędzy pierwszą stroną przegrody, a przewodzącą płytą (8) i drugiego kanału pomiędzy drugą stroną przegrody, a wklęsłą wnęką (3), przy czym pierwszy

PL 195 913 B1 kanał stanowi pion służący do wznoszenia się wypełnionego gazem elektrolitu do wylotowej rury rozgałęźnej na górze struktury, a drugi kanał stanowi przewód opadowy dla odgazowanego elektrolitu opadającego na dno struktury.

17. Struktura według zastrz. 16, znamienna tym, że przegrody (21, 22) umieszczone są pionowo.

18. Struktura według zastrz. 16, znamienna tym, że gdy struktura elektrody jest strukturą anody wykonaną z tytanu lub jego stopu przegrody (21, 22) wykonane są z tytanu lub jego stopu, zaś gdy struktura elektrody jest strukturą katody wykonaną z niklu lub jego stopu przegrody (21, 22) wykonane są z niklu lub jego stopu.

19. Struktura według zastrz. 16, znamienna tym, że gdy struktura elektrody jest strukturą anody przegrody (21, 22) montowane są na wystających do wewnątrz występach (4) w misie anody, a gdy struktura elektrody jest strukturą katody przegrody (21, 22) montowane są na przewodzących elementach (6).

20. Struktura według zastrz. 16, znamienna tym, że przegroda (21, 22) zawiera elementy, z których każdy rozciąga się wskroś struktury z poziomą szczeliną pomiędzy nimi.

21. Struktura według zastrz. 7, znamienna tym, że słupki (6) są słupkami nośnymi.

22. Struktura według zastrz. 21, znamienna tym, że końce nośnych słupków (6) wyrównane są z otworami w przewodzącej płycie (8).

23. Struktura według zastrz. 1, znamienna tym, że struktura elektrody jest strukturą anody i metalowe urządzenie (12) przewodzące prąd umieszczone jest w każdym z wystających do wewnątrz występów (4) w misie (1) dla utworzenia kontaktu elektrycznego pomiędzy wystającymi do wewnątrz występami (4) i pasującymi, wystającymi na zewnątrz występami (5) w misie sąsiedniej struktury katody.

24. Struktura według zastrz. 7, znamienna tym, że przy końcach przewodzących elementów (6) znajdują się izolujące elektrycznie nośne poduszki (9) przyległe do elektrycznieprzewodzącejpłyty (8).

25. Struktura według zastrz. 1, znamienna tym, że uszczelka (14) wykonana jest z uplastycznionej żywicy EPDM.

26. Struktura według zastrz. 25, znamienna tym, że uszczelka (14) zaopatrzona jest na swej wewnętrznej krawędzi w chemicznie odporny nosek (30).

27. Struktura według zastrz. 26, znamienna tym, że chemicznie odporny nosek (30) wykonany jest z PTFE.

28. Struktura według zastrz. 1, znamienna tym, że misa (1) posiada podstawę i ściany boczne wystające z podstawy do utworzenia przyjmującej płyn wklęsłej wnęki (3), przewodzącą płytę (8) umieszczoną naprzeciwko wewnętrznej powierzchni podstawy, w odstępie od niej, oraz posiada wydrążone występy (5) w podstawie misy (1), które rozciągają się w kierunku od płyty (8), a każdy wydrążony występ mieści przewodzący element (6) tworzący ciągłość połączenia elektrycznego pomiędzy wierzchołkiem występu (5) i płytą (8).

29. Struktura według zastrz. 28, znamienna tym, że każdy element (6) zawiera słupek, który jest połączony elektrycznie z płytą (8) poprzez przewodzące odgałęzienia (38), które rozchodzą się promieniście od słupka (6).

30. Struktura według zastrz. 1, znamienna tym, że misa (1) posiada podstawę i ściany boczne wystające z podstawy do utworzenia przyjmującej płyn wnęki (3), przewodzącą płytę (8) umieszczoną naprzeciwko wewnętrznej powierzchni podstawy, w odstępie od niej, oraz posiada wydrążone występy (4, 5) w podstawie misy (1), a każdy wydrążony występ posiada związany z nim przewód prądowy (7), który tworzy ciągłość połączenia elektrycznego pomiędzy wierzchołkiem występu (4, 5) i płytą (8) i połączony jest z płytą poprzez przewodzące odgałęzienia (38), które stykają sięz płytą (8) w różnych miejscach.

31. Struktura według zastrz. 30, znamienna tym, że wszystkie występy (4, 5) wystają wyłącznie w tym samym kierunku.

32. Struktura według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera co najmniej jeden element przegród (21, 22) położonych pomiędzy podstawą misy (1), a płytą (8), które dzielą przestrzeń pomiędzy podstawą i płytą elektrody na dwie łączące się strefy przepływu płynu.

33. Struktura według zastrz. 21, znamienna tym, że zawiera co najmniej jeden element przegród (22) położonych pomiędzy podstawą misy (1), a płytą (8), które dzielą przestrzeń pomiędzy podstawą i płytą elektrody na dwie łączące się strefy przepływu płynu, przy czym elementy przegród (22) zamontowane są na słupkach (6).

34. Struktura według zastrz. 30, znamienna tym, że ma postać struktury anody, w której występy (4) biegną w kierunku płyty (8) anody, przy czym struktura ta zawiera co najmniej jeden element

PL 195 913 B1 przegród (21) zamontowany przez występy (4) pomiędzy podstawą misy (1) i płytą (8), które dzielą przestrzeń pomiędzy podstawą i przewodzącą płytą na dwie łączące się strefy przepływu płynu.

35. Struktura według zastrz. 1, znamienna tym, że przewodząca płyta (8) zawiera szereg przewodów prądowych (7) przymocowanych do jednej głównej powierzchni przewodzącej płyty, a każdy przewód prądowy zawiera odgałęzienia (38) połączone z płytą (8).

36. Struktura według zastrz. 1, znamienna tym, że płyta (8) zaopatrzona jest w aktywną elektrokatalitycznie powłokę na przynajmniej jednej głównej swojej powierzchni.

37. Struktura według zastrz. 35, znamienna tym, że przewody prądowe (7) przyłączone są do płyty (8) po jednej jej stronie.

38. Struktura według zastrz. 35, znamienna tym, że każdy z przewodów prądowych (7) zawiera centralną część mocowania (40), z której rozchodzą się promieniście odgałęzienia (38).

39. Struktura według zastrz. 35, znamienna tym, że odgałęzienia (38) są sprężynujące przez co umożliwiają ich zginania.

40. Struktura według zastrz. 35, znamienna tym, że przewody prądowe (7) wykonane są z tego samego materiału co płyta (8).

41. Struktura według zastrz. 1, znamienna tym, że płyta (8) jest dziurkowana.

42. Struktura według zastrz. 1, znamienna tym, że jest zaopatrzona w co najmniej jedno metalowe urządzenie (12) przewodzące prąd do elektrycznego połączenia struktury elektrody z sąsiednią strukturą elektrody, przystosowane do wycierania lub przebicia powierzchni misy (1) poprzez nacięcie lub przebicie przez każdą obecną na niej powłokę izolującą, oraz przynajmniej do opóźniania tworzenia się warstwy izolującej pomiędzy urządzeniem, a powierzchnią misy (1).