RU2423554C2 - Elastic current distributor for percolating cells - Google Patents
Elastic current distributor for percolating cells Download PDFInfo
- Publication number
- RU2423554C2 RU2423554C2 RU2008133577/07A RU2008133577A RU2423554C2 RU 2423554 C2 RU2423554 C2 RU 2423554C2 RU 2008133577/07 A RU2008133577/07 A RU 2008133577/07A RU 2008133577 A RU2008133577 A RU 2008133577A RU 2423554 C2 RU2423554 C2 RU 2423554C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cell
- diffusion electrode
- gas diffusion
- metal sheet
- gas
- Prior art date
Links
Images
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
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/02—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form
- C25B11/03—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form perforated or foraminous
-
- 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
-
- 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
- C25B9/60—Constructional parts of cells
- C25B9/65—Means for supplying current; Electrode connections; Electric inter-cell connections
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/8605—Porous electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/023—Porous and characterised by the material
- H01M8/0232—Metals or alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
Description
Изобретение относится к ячейке для промышленных электролитических процессов и, в частности, к ячейке, содержащей анодное отделение и катодное отделение, разделенные ионообменной мембраной, причем одно или оба отделения оснащены газодиффузионными электродами, и рабочий электролит протекает через перколятор или аналогичный пористый элемент.The invention relates to a cell for industrial electrolytic processes and, in particular, to a cell containing an anode compartment and a cathode compartment separated by an ion-exchange membrane, wherein one or both compartments are equipped with gas diffusion electrodes, and the working electrolyte flows through a percolator or similar porous cell.
Нижеследующее описание относится к ячейке, подходящей для хлорщелочного электролиза с деполяризацией, то есть к процессу электролиза рассола хлорида щелочного металла, в котором катодная реакция выделения водорода ингибируется в пользу реакции поглощения кислорода на газодиффузионном катоде, например, как раскрыто в ЕР 1033419; тем не менее, изобретение не ограничено хлорщелочными ячейками и применимо к любому промышленному электрохимическому процессу, использующему газодиффузионные электроды.The following description relates to a cell suitable for chlor-alkali electrolysis with depolarization, that is, to an electrolysis process of an alkali metal chloride brine, in which the cathodic hydrogen evolution reaction is inhibited in favor of an oxygen absorption reaction at a gas diffusion cathode, for example, as disclosed in EP 1033419; however, the invention is not limited to chlor-alkali cells and is applicable to any industrial electrochemical process using gas diffusion electrodes.
В данной области известны хлор-щелочные ячейки с деполяризацией специально усовершенствованного типа, в которых рабочий электролит протекает через соответствующий пористый плоский элемент или перколятор под действием силы тяжести: ячейка такого типа раскрыта, например, в WO 01/57290. В ячейке такого типа обычно имеется анодное отделение, выполненное из титановой оболочки, «питаемое» концентрированным рассолом хлорида щелочного металла и содержащее титановый анод, снабженный каталитическим покрытием для выделения хлора, и катодное отделение, ограниченное никелевой катодной оболочкой; эти два отделения разделены катионообменной мембраной. Каустическая сода, производимая в этом процессе, течет под действием силы тяжести через пористый элемент, вставленный в катодное отделение, соприкасающийся, с одной стороны, с ионообменной мембраной, а с другой стороны - с газодиффузионным катодом. Иначе говоря, тогда как анод представляет собой жесткий металлический элемент, который электрически и механически соединен с анодной оболочкой посредством подходящей металлической структуры, выбранной среди известных в данной области техники, например массива ребер, катод представляет собой тонкий пористый элемент, полученный из серебряной сетки, углеродного полотна или несамоподдерживающейся эквивалентной структуры другого типа. По этой причине прохождение тока от задней стенки катодной оболочки к газодиффузионному электроду должно осуществляться посредством структуры, обеспечивающей более делокализованный контакт и способной механически поддерживать электрод. Для улучшения электрохимических параметров необходимо также, чтобы катод был прижат к перколятору с определенным давлением, ориентировочно от 0,1 до 0,5 кг/см, с тем, чтобы обеспечить электрическую непрерывность, при этом внося вклад в ограничение (локализацию) циркуляции жидкого электролита. Для того чтобы удовлетворять всем вышеупомянутым условиям, ячейки предшествующего уровня техники снабжены системой подачи электрического тока, основанной на двух различных элементах: во-первых, жесткий токосъемник, выполненный заодно с катодной оболочкой, который может, например, состоять из массива ребер, как и на анодной стороне; во-вторых, металлический мат, помещенный между жестким токосъемником и газодиффузионным электродом, который способен в условиях соответствующего сжатия передавать достаточное давление на газодиффузионный электрод, тем самым гарантируя необходимую электрическую непрерывность. Эквивалентное решение используется для реконструкции хлорщелочных ячеек традиционного типа, для их адаптации к процессу перколяционного типа с деполяризацией, например, как' показано на Фиг.2 WO 03/102271: в этом случае исходный катод ячейки, который представляет собой металлический электрод для выделения водорода, выполненный из никеля или стали, как известно в данной области техники, выполняет роль токосъемника, тогда как никелевый мат (упругий токосъемник) действует как промежуточный элемент для передачи тока между жестким токосъемником и газодиффузионным электродом.Chlor-alkali cells with depolarization of a specially improved type are known in which a working electrolyte flows through a corresponding porous flat cell or percolator by gravity: a cell of this type is disclosed, for example, in WO 01/57290. A cell of this type usually has an anode compartment made of a titanium shell, "fed" with a concentrated alkali metal chloride brine and containing a titanium anode provided with a catalytic coating for chlorine evolution, and a cathode compartment limited to a nickel cathode shell; these two compartments are separated by a cation exchange membrane. Caustic soda produced in this process flows under the influence of gravity through a porous element inserted in the cathode compartment, in contact, on the one hand, with the ion-exchange membrane and, on the other hand, with the gas diffusion cathode. In other words, while the anode is a rigid metal element that is electrically and mechanically connected to the anode shell by a suitable metal structure selected from those known in the art, for example, an array of ribs, the cathode is a thin porous element obtained from a silver carbon mesh canvas or non-self-supporting equivalent structure of another type. For this reason, the passage of current from the back wall of the cathode shell to the gas diffusion electrode should be carried out by means of a structure providing a more delocalized contact and capable of mechanically supporting the electrode. To improve the electrochemical parameters, it is also necessary that the cathode is pressed against the percolator with a certain pressure, approximately from 0.1 to 0.5 kg / cm, in order to ensure electrical continuity, while contributing to the limitation (localization) of circulation of the liquid electrolyte . In order to satisfy all the above conditions, the cells of the prior art are equipped with an electric current supply system based on two different elements: firstly, a hard current collector made integrally with the cathode shell, which may, for example, consist of an array of ribs, as in anode side; secondly, a metal mat placed between the hard current collector and the gas diffusion electrode, which is capable of transmitting sufficient pressure to the gas diffusion electrode under appropriate compression conditions, thereby guaranteeing the necessary electrical continuity. An equivalent solution is used for reconstructing chlor-alkali cells of a traditional type, for adapting them to a percolation-type process with depolarization, for example, as shown in Figure 2 of WO 03/102271: in this case, the initial cathode of the cell, which is a metal electrode for hydrogen evolution, made of nickel or steel, as is known in the art, plays the role of a current collector, while a nickel mat (elastic current collector) acts as an intermediate element for transmitting current between a hard current collector and gas diffusion electrode.
Вышеуказанное решение влечет за собой, однако, несколько неудобств, препятствующих коммерческому использованию ячеек этого типа: система передачи тока двухкомпонентного типа на деле подразумевает чрезмерные затраты и большие толщины, трудности установки и контроля размеров мата (особенно в периферийной зоне), трудность управления деформациями и упругими силами, не считая, конечно же, добавления контактной границы раздела, не особенно благоприятной в смысле омического падения напряжения, такой как граница раздела между матом и газодиффузионным электродом.The above solution, however, entails several inconveniences that impede the commercial use of cells of this type: a two-component type current transmission system in fact implies excessive costs and large thicknesses, difficulties in installing and controlling the dimensions of the mat (especially in the peripheral zone), and difficulty in managing deformations and elastic forces, apart from, of course, adding a contact interface, which is not particularly favorable in the sense of ohmic voltage drop, such as the interface between the mat and gas uzionnym electrode.
Одна задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предоставить электролитическую ячейку, разделенную ионообменной мембраной и оснащенную газодиффузионным электродом и элементом - перколятором для циркуляции электролита, преодолевающую ограничения предшествующего уровня техники.One object of the present invention is to provide an electrolytic cell separated by an ion exchange membrane and equipped with a gas diffusion electrode and a percolator cell for circulating electrolyte, overcoming the limitations of the prior art.
Согласно другому аспекту задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предоставить улучшенную систему подачи электрического тока для электролитической ячейки, снабженной газодиффузионным электродом и перколятором.According to another aspect, an object of the present invention is to provide an improved electric current supply system for an electrolytic cell equipped with a gas diffusion electrode and a percolator.
Изобретение состоит из электролизной ячейки с анодным отделением и катодным отделением, разделенными ионообменной мембраной, в которой по меньшей мере одно из этих двух отделений оснащено газодиффузионным электродом, имеющим две главные поверхности, причем первая главная поверхность обращена к мембране, находясь в контакте с перколятором, пересекаемым потоком электролита, а вторая главная поверхность, противоположная первой главной поверхности, находится в контакте с токораспределителем, содержащим множество упругих проводящих выступов, пригодных для прижатия газодиффузионного электрода к перколятору. В качестве перколятора подразумевается любой пористый плоский элемент, подходящий для прохождения через него потока жидкости под действием силы тяжести, как раскрыто в WO 01/57290. В одном предпочтительном варианте реализации токораспределитель, который заменяет узел жесткий токосъемник - упругий токосъемник из предшествующего уровня техники, получен разрезанием и формованием единственного металлического листа, например никелевого листа в случае катодного токосъемника для хлорщелочных ячеек. В этом случае никелевый лист представляет собой лист толщиной, обычно составляющей между 0,5 и 1,5 мм, предпочтительно снабженный покрытием, пригодным для снижения контактного сопротивления. Никелевый материал листа может быть различным образом легирован и, например, выбран из ассортимента общедоступных продуктов; особенно выгодным оказался выбор никелевого материала по качеству и механическим характеристикам пригодным для производства пружин, например, с очень хорошими упругими свойствами. В одном, особенно простом и эффективном варианте реализации проводящие выступы, способные сообщать достаточное давление электроду, представляют собой пружинные петли, выполненные попарно так, что две смежные пружинные петли выступают в противоположном направлении от главной плоскости металлического листа, из которого они получены. Таким образом, получается наиболее эффективная и равномерная поддержка (опора) всей поверхности электрода. Вышеуказанное решение подходит для оптимальной конструкции ячейки почти в любом технологическом режиме; тем не менее, использование мата согласно предшествующему уровню техники в качестве контактного элемента при высокой плотности тока имеет преимущество обеспечения возможности эффективной циркуляции газа (для случая хлорщелочного электролиза с деполяризацией, например эффективной подачи кислорода на газодиффузионный электрод), которая могла бы быть недостаточной при простой ламельной структуре. В этом случае особенно предпочтительный вариант реализации предусматривает проводящие выступы, имеющие форму отдельных пластинок, в свою очередь содержащих одну или более пружинных петель для обеспечения электрического контакта, а также одно или более отверстий для способствования прохождению газа. Проводящие выступы могут, например, быть расположены параллельными рядами, распределенными по всей поверхности электрода.The invention consists of an electrolysis cell with an anode compartment and a cathode compartment separated by an ion exchange membrane, in which at least one of these two compartments is equipped with a gas diffusion electrode having two main surfaces, the first main surface facing the membrane being in contact with the percolator intersected electrolyte flow, and the second main surface, opposite the first main surface, is in contact with a current distributor containing a plurality of elastic conductive heights UPOV, suitable for pressing the gas diffusion electrode to the percolator. As a percolator is meant any porous flat element suitable for passing a fluid flow through it under the influence of gravity, as disclosed in WO 01/57290. In one preferred embodiment, a current distributor that replaces the rigid current collector-elastic current collector assembly of the prior art is obtained by cutting and forming a single metal sheet, for example a nickel sheet in the case of a cathode current collector for chlor-alkali cells. In this case, the nickel sheet is a sheet with a thickness typically between 0.5 and 1.5 mm, preferably provided with a coating suitable for reducing contact resistance. Nickel sheet material can be alloyed in various ways and, for example, selected from a range of publicly available products; The choice of nickel material in terms of quality and mechanical characteristics suitable for the production of springs, for example, with very good elastic properties, turned out to be especially advantageous. In one particularly simple and effective embodiment, the conductive protrusions capable of imparting sufficient pressure to the electrode are spring loops made in pairs so that two adjacent spring loops protrude in the opposite direction from the main plane of the metal sheet from which they are obtained. Thus, the most effective and uniform support (support) of the entire electrode surface is obtained. The above solution is suitable for optimal cell design in almost any technological mode; however, the use of a mat according to the prior art as a contact element at a high current density has the advantage of allowing efficient gas circulation (for the case of chlor-alkali electrolysis with depolarization, for example, the effective supply of oxygen to a gas diffusion electrode), which might be insufficient with a simple lamella structure. In this case, a particularly preferred embodiment provides conductive protrusions having the form of individual plates, in turn containing one or more spring loops to provide electrical contact, as well as one or more openings to facilitate the passage of gas. The conductive protrusions may, for example, be arranged in parallel rows distributed over the entire surface of the electrode.
Токораспределитель в соответствии с изобретением пригоден для достижения эффективного электрического контакта непосредственно на поверхности газодиффузионного электрода при давлении, предпочтительно составляющем между 0,1 и 0,5 кг/см2, тем самым избавляясь от контактной границы раздела по отношению к системе предшествующего уровня техники, в которой жесткий токосъемник сопряжен с упругим токосъемником; с другой стороны, в одном варианте реализации изобретения между токораспределителем и газодиффузионным электродом может быть вставлен дополнительный элемент для распределения механической силы прижатия, например, состоящий из тонкой сетки, или из растянутого или перфорированного листа. В таком случае число контактных границ раздела эквивалентно таковому из предшествующего уровня техники, однако соответствующее сопротивление существенно ниже того, которое было бы получено с едва упругим матом предшествующего уровня техники непосредственно в контакте с газодиффузионным электродом. Кроме того, как легко будет понято специалистам в данной области техники, полная толщина такой ячейки является существенно меньшей.The current distributor in accordance with the invention is suitable for achieving effective electrical contact directly on the surface of the gas diffusion electrode at a pressure of preferably between 0.1 and 0.5 kg / cm 2 , thereby eliminating the contact interface with respect to the prior art system, in which hard current collector is paired with an elastic current collector; on the other hand, in one embodiment of the invention, between the current distributor and the gas diffusion electrode, an additional element can be inserted to distribute the mechanical pressing force, for example, consisting of a thin mesh, or of a stretched or perforated sheet. In this case, the number of contact interfaces is equivalent to that of the prior art, however, the corresponding resistance is significantly lower than that which would be obtained with a barely elastic mat of the prior art directly in contact with a gas diffusion electrode. In addition, as will be readily understood by those skilled in the art, the total thickness of such a cell is substantially less.
Изобретение будет описано более подробно с помощью приложенных чертежей, которые служат исключительно для иллюстрации и не предназначены для ограничения изобретения.The invention will be described in more detail with the help of the attached drawings, which are for illustration only and are not intended to limit the invention.
Фиг.1 изображает хлорщелочную ячейку перколяционного типа с деполяризацией в соответствии предшествующим уровнем техники.Figure 1 depicts a percolation-type chlor-alkali cell with depolarization in accordance with the prior art.
Фиг.2 изображает хлорщелочную ячейку перколяционного типа с деполяризацией в соответствии с настоящим изобретением.Figure 2 depicts a percolation-type chlor-alkali cell with depolarization in accordance with the present invention.
Фиг.3 изображает первый вариант реализации токораспределителя в соответствии с изобретением.Figure 3 depicts a first embodiment of a current distributor in accordance with the invention.
Фиг.4 изображает второй вариант реализации токораспределителя в соответствии с изобретением.Figure 4 depicts a second embodiment of a current distributor in accordance with the invention.
Фиг.5 изображает третий вариант реализации токораспределителя в соответствии с изобретением.Figure 5 depicts a third embodiment of a current distributor in accordance with the invention.
На фиг.1 показана хлорщелочная ячейка перколяционного типа с деполяризацией в соответствии предшествующим уровнем техники, содержащая одно анодное и одно катодное отделение, разделенные ионообменной мембраной (500). Катодное отделение ограничено катодной задней стенкой (101) в контакте с системой подачи электрического тока, основанной на двух различных элементах: выполненном заодно с ней жестком токосъемнике (201) и упругом токосъемнике (210), состоящем из мата, например, выполненного из никеля. Катод (301) состоит из пористого газодиффузионного электрода, питаемого кислородом, контактирующего, с одной стороны, с матом (210), а с другой стороны - с перколятором (400), состоящим из плоского пористого элемента, проходимого потоком электролита под действием силы тяжести. Ионообменная мембрана (500), действующая в качестве сепаратора, имеет катодную поверхность, находящуюся в контакте с перколятором (400), и анодную поверхность, обращенную к аноду (302), который может находиться в контакте с ней или поддерживаться на малом заданном расстоянии. Анод (302) обычно состоит из титановой подложки, состоящей из сетки или из растянутого или перфорированного листа, или, возможно, комбинации двух таких элементов, наложенных друг на друга; анодная подложка снабжена каталитическим покрытием для выделения хлора, как известно в данной области техники. Электрическая непрерывность между анодом (302) и задней стенкой (102) анодного отделения обеспечивается жестким токосъемником (202). Катодный (201) и анодный (202) жесткие токосъемники могут состоять из массивов ребер, волнообразных листов, листов, снабженных соответственно разделенными гоферами, или быть токосъемниками других типов, как известно специалистам в данной области техники.1 shows a percolation-type chlor-alkali cell with depolarization in accordance with the prior art, containing one anode and one cathode compartment, separated by an ion-exchange membrane (500). The cathode compartment is bounded by a cathode back wall (101) in contact with an electric current supply system based on two different elements: a hard current collector (201) made together with it and an elastic current collector (210) consisting of a mat, for example, made of nickel. The cathode (301) consists of a porous gas diffusion electrode, fed with oxygen, in contact, on the one hand, with the mat (210), and on the other hand, with a percolator (400), consisting of a flat porous element, which is passed by the flow of electrolyte under the influence of gravity. The ion exchange membrane (500), acting as a separator, has a cathode surface in contact with the percolator (400), and an anode surface facing the anode (302), which can be in contact with it or maintained at a small predetermined distance. The anode (302) usually consists of a titanium substrate consisting of a grid or of a stretched or perforated sheet, or, possibly, a combination of two such elements superimposed on each other; the anode substrate is provided with a catalytic coating for chlorine evolution, as is known in the art. Electrical continuity between the anode (302) and the rear wall (102) of the anode compartment is provided by a hard current collector (202). The cathodic (201) and anode (202) hard current collectors can consist of arrays of ribs, wave-like sheets, sheets equipped with respectively separated goffer, or they can be other types of current collectors, as is well known to those skilled in the art.
На фиг.2 показана хлорщелочная ячейка перколяционного типа с деполяризацией в соответствии с настоящим изобретением, в которой элементы, общие с ячейкой по фиг.1, обозначены теми же самыми ссылочными позициями.Figure 2 shows a percolation-type chlor-alkali cell with depolarization in accordance with the present invention, in which the elements common with the cell of figure 1 are denoted by the same reference numerals.
Система подачи электрического тока состоит из множества проводящих выступов (220), например из набора пружин или упругих пружинных петель, пригодных для прижатия газодиффузионного электрода (301) к перколятору (400); между набором проводящих выступов (220) и газодиффузионным электродом (301) вставлен необязательный элемент (230) для распределения механической силы прижатия, например тонкая сетка или растянутый или перфорированный лист.The electric current supply system consists of a plurality of conductive protrusions (220), for example, a set of springs or elastic spring loops suitable for pressing a gas diffusion electrode (301) against a percolator (400); between the set of conductive protrusions (220) and the gas diffusion electrode (301) an optional element (230) is inserted to distribute the mechanical pressing force, for example, a thin mesh or a stretched or perforated sheet.
На фиг.3 показан один вариант реализации множества проводящих выступов, полученных из одного единственного металлического листа и состоящих в этом случае из набора упругих пружинных петель (221), расположенных параллельно в соответствии гребневидной геометрией: пружинные петли расположены парами так, что каждые две пружинные петли выступают в противоположных направлениях от главной плоскости исходного металлического листа. В зависимости от размера ячейки один единственный ряд пружинных петель (221) может покрыть всю активную поверхность или же большее количество рядов может быть расположено рядом друг с другом, как должно быть очевидно для специалиста в данной области техники.Figure 3 shows one embodiment of a plurality of conductive protrusions obtained from one single metal sheet and, in this case, consisting of a set of elastic spring loops (221) arranged in parallel in accordance with comb-like geometry: spring loops are arranged in pairs so that every two spring loops protrude in opposite directions from the main plane of the original metal sheet. Depending on the size of the cell, a single row of spring loops (221) can cover the entire active surface, or a larger number of rows can be located next to each other, as should be obvious to a person skilled in the art.
На фиг.4 показан предпочтительный вариант реализации множества проводящих выступов, полученных из одного единственного металлического листа: в этом случае выступы представляют собой предпочтительно четырехугольные отдельные пластинки (222), полученные разрезанием и формованием листа, необязательно приваренные непосредственно к жесткому токосъемнику (201), причем каждый из них содержит элементы, выполняющие различающиеся функции: например, посредством соответствующего этапа отгибания каждой пластинке придают кромки с углом кривизны примерно 90° (223) для придания необходимой жесткости. Множество соответственно разделенных пружинных петель (224) действует в качестве контактного элемента с газодиффузионным электродом (301), и множество отверстий (225) способствует подаче и циркуляции газа в этом конкретном случае кислорода, требуемого для катодной реакции. Различные пластинки, приваренные к жесткому токосъемнику (201), предпочтительно расположены необязательно смещенными параллельными рядами.Figure 4 shows a preferred embodiment of a plurality of conductive protrusions obtained from a single metal sheet: in this case, the protrusions are preferably quadrangular individual plates (222) obtained by cutting and forming the sheet, optionally welded directly to the hard current collector (201), each of them contains elements that perform different functions: for example, by means of the corresponding bending step, edges are attached to each plate with an angle of curvature of approximately 90 ° (223) for imparting the necessary rigidity. A plurality of appropriately separated spring loops (224) acts as a contact element with a gas diffusion electrode (301), and a plurality of holes (225) facilitate the supply and circulation of gas in this particular case of oxygen required for the cathodic reaction. The various plates welded to the hard current collector (201) are preferably arranged in optionally offset parallel rows.
На фиг.5 показана модификация показанного на фиг.4 предпочтительного варианта реализации множества проводящих выступов, полученных из одного единственного металлического листа: в этом случае исходный металлический лист представляет собой перфорированный лист, и множество отверстий (225') простирается по всему телу пластинки (222), включая пружинные петли (224). Таким образом получается улучшенная подача газа, также эффективная, когда пружинные петли (224) сжаты до предела, приходя в соприкосновение с листом, из которого они происходят. Хотя и незначительная, но получена также и экономия на стадии производства, заключающаяся в независимом выполнении отверстий (225), показанных на пластинке (222) на фиг.4. Конфигурация пластинки также дает дополнительное механическое преимущество: в случае внезапного высокого противодавления катода (например, из-за ошибок в управлении технологическим режимом или ошибок в обработке и сборке элементов), пружинные петли не претерпевают постоянной деформации ввиду упора ГДЭ на всю поверхность пластинки. В этом случае тот факт, что пластинки получены из перфорированного листа, еще более важен для гарантирования правильной подачи газа в любом случае, как это очевидно для специалиста в данной области техники.Fig. 5 shows a modification of the preferred embodiment shown in Fig. 4 of a plurality of conductive protrusions obtained from a single metal sheet: in this case, the initial metal sheet is a perforated sheet, and a plurality of holes (225 ') extend over the entire body of the plate (222 ), including spring hinges (224). Thus, an improved gas supply is obtained, also effective when the spring loops (224) are compressed to the limit, coming into contact with the sheet from which they originate. Although insignificant, but also obtained savings in the production stage, which consists in the independent implementation of the holes (225) shown on the plate (222) in figure 4. The configuration of the plate also gives an additional mechanical advantage: in the case of a sudden high back pressure of the cathode (for example, due to errors in the control of the technological mode or errors in the processing and assembly of elements), the spring loops do not undergo constant deformation due to the emphasis of the GDE on the entire surface of the plate. In this case, the fact that the plates are obtained from a perforated sheet is even more important to guarantee the correct gas supply in any case, as is obvious to a person skilled in the art.
ПРИМЕР 1EXAMPLE 1
Лабораторная экспериментальная электролизная ячейка с активной площадью Laboratory experimental electrolysis cell with active area
0,16 м2 была оснащена в соответствии со схемой по фиг.2 титановым стабильным по размерам (DSA®) анодом (302), снабженным каталитическим покрытием на основе оксидов рутения и титана, ионообменной мембраной Nafion® N982 (500), поставляемой Dupont/USA, пенно-никелевым перколятором, газодиффузионным электродом, состоящим из серебряной сетки, активированной катализатором на основе серебра.0.16 m 2 was equipped in accordance with the circuit of FIG. 2 with a titanium dimensionally stable (DSA ® ) anode (302) provided with a catalytic coating based on ruthenium and titanium oxides, an Nafion ® N982 (500) ion exchange membrane supplied by Dupont / USA, foam-nickel percolator, gas diffusion electrode consisting of a silver grid activated by a silver-based catalyst.
Система подачи электрического тока была составлена из множества упругих проводящих выступов, каждый из которых состоял из пластинки (222), как показано на фиг.5, полученной из никелевого перфорированного листа толщиной 1 мм.The electric current supply system was composed of a plurality of elastic conductive protrusions, each of which consisted of a plate (222), as shown in Fig. 5, obtained from a 1 mm thick nickel perforated sheet.
Анодное отделение ячейки питалось циркулирующим рассолом хлорида натрия, имевшим концентрацию 210 г/л, при плотности тока 4 кА/м2 и температуре 90°С. Катодный продукт состоял из 32%-ной по массе каустической соды, протекающей вниз через перколятор. В этих условиях после стабилизации условий процесса на этой установке в течение десяти дней было зарегистрировано напряжение ячейки, составлявшее между 2,00 и 2,05 В.The anode compartment of the cell was fed with a circulating brine of sodium chloride, which had a concentration of 210 g / l, at a current density of 4 kA / m 2 and a temperature of 90 ° C. The cathode product consisted of 32% by weight caustic soda flowing down through the percolator. Under these conditions, after stabilization of the process conditions at this installation, a cell voltage of between 2.00 and 2.05 V. was recorded for ten days.
ПРИМЕР 2EXAMPLE 2
Испытание из примера 1 было повторено в аналогичных условиях с использованием ячейки предшествующего уровня техники. Единственное существенное различие состояло поэтому в катодной системе подачи тока, содержащей жесткую токосъемную структуру, состоящую из массива никелевых ребер, приваренных к катодной задней стенке и сопряженных с коммерческим никелевым матом.The test of Example 1 was repeated under similar conditions using a prior art cell. Therefore, the only significant difference was in the cathode current supply system containing a rigid current collection structure consisting of an array of nickel ribs welded to the cathode back wall and paired with a commercial nickel mat.
В тех же самых условиях процесса, как и в примере 1, после десяти дней стабилизации было зарегистрировано напряжение ячейки, составлявшее между 2,10 и 2,15 В.Under the same process conditions as in Example 1, after ten days of stabilization, a cell voltage of between 2.10 and 2.15 V was recorded.
Вышеприведенное описание не предназначено для ограничения изобретения, которое может быть использовано в соответствии с различными вариантами реализации без отклонения от объема притязаний изобретения, рамки которых определяются исключительно приложенной формулой изобретения.The above description is not intended to limit the invention, which can be used in accordance with various embodiments without deviating from the scope of the claims of the invention, the scope of which is determined solely by the attached claims.
По всему описанию и формуле изобретения настоящей заявки термин "содержать" и его вариации, такие как "содержащий" и "содержит", не призваны исключать наличия других элементов или добавок.Throughout the description and claims of the present application, the term “comprise” and its variations, such as “comprising” and “contains”, are not intended to exclude the presence of other elements or additives.
Claims (11)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT000054A ITMI20060054A1 (en) | 2006-01-16 | 2006-01-16 | ELASTIC CURRENT DISTRIBUTOR FOR PERCOLATOR CELLS |
| ITMI2006A000054 | 2006-01-16 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008133577A RU2008133577A (en) | 2010-02-27 |
| RU2423554C2 true RU2423554C2 (en) | 2011-07-10 |
Family
ID=38141182
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008133577/07A RU2423554C2 (en) | 2006-01-16 | 2007-01-15 | Elastic current distributor for percolating cells |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20090050472A1 (en) |
| EP (1) | EP1977027A2 (en) |
| JP (2) | JP2009523906A (en) |
| KR (1) | KR101362680B1 (en) |
| CN (1) | CN101370966B (en) |
| BR (1) | BRPI0706587A2 (en) |
| CA (1) | CA2635098C (en) |
| IT (1) | ITMI20060054A1 (en) |
| RU (1) | RU2423554C2 (en) |
| WO (1) | WO2007080193A2 (en) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ITMI20071375A1 (en) * | 2007-07-10 | 2009-01-11 | Uhdenora Spa | ELASTIC CURRENT MANIFOLD FOR ELECTROCHEMICAL CELLS |
| JP5785492B2 (en) * | 2009-05-26 | 2015-09-30 | ティッセンクルップ・ウーデ・クロリンエンジニアズ株式会社 | Ion-exchange membrane electrolytic cell with gas diffusion electrode |
| DE102010021833A1 (en) * | 2010-05-28 | 2011-12-01 | Uhde Gmbh | Electrode for electrolysis cell |
| ITMI20130563A1 (en) * | 2013-04-10 | 2014-10-11 | Uhdenora Spa | METHOD OF ADAPTATION OF ELECTROLYTIC CELLS HAVING FINISHED INTERELECTRODUCTS DISTANCES |
| DK2957659T3 (en) | 2014-06-16 | 2019-05-06 | Siemens Ag | Gas diffusion layer, PEM electrolytic cell with such a gas diffusion layer and electrolyzer |
| JP6543277B2 (en) * | 2014-06-24 | 2019-07-10 | ケメティックス インコーポレイテッド | Narrow gap non-split electrolytic cell |
| KR20180128962A (en) | 2016-04-07 | 2018-12-04 | 코베스트로 도이칠란트 아게 | Dual Functional Electrode and Electrolysis Device for Chlor-Alkaline Electrolysis |
| EP3464683B1 (en) * | 2016-05-26 | 2021-07-07 | Calera Corporation | Anode assembly, contact strips, electrochemical cell, and methods to use and manufacture thereof |
| JP6656091B2 (en) | 2016-06-14 | 2020-03-04 | ティッセンクルップ・ウーデ・クロリンエンジニアズ ゲー エム ベー ハー | Electrolytic cell |
| DE102018209520A1 (en) * | 2018-06-14 | 2019-12-19 | Thyssenkrupp Uhde Chlorine Engineers Gmbh | electrolysis cell |
| JP7298616B2 (en) * | 2018-07-27 | 2023-06-27 | 株式会社大阪ソーダ | Conductive elastic body for electrolytic cell and electrolytic cell |
| CN109786781A (en) * | 2019-03-15 | 2019-05-21 | 徐州华清京昆能源有限公司 | A kind of integral electrode with air flue |
| ES2927767T3 (en) * | 2019-07-26 | 2022-11-10 | Zentrum Fuer Sonnenenergie Und Wasserstoff Forschung Baden Wuerttemberg | Electrode packaging unit for a stack assembly of an electrochemical reactor |
| DE102020206448A1 (en) * | 2020-05-25 | 2021-11-25 | Siemens Aktiengesellschaft | Device for attaching an electrode |
| EP4279637A1 (en) | 2022-05-18 | 2023-11-22 | Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg | Electrode plate with integrated current transformer structure and electrode package unit |
| EP4339334A1 (en) * | 2022-09-15 | 2024-03-20 | thyssenkrupp nucera AG & Co. KGaA | Electrolysis cell with arched support members |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4444632A (en) * | 1979-08-03 | 1984-04-24 | Oronzio Denora Impianti Elettrochimici S.P.A. | Electrolysis cell |
| IT8025483A0 (en) * | 1980-10-21 | 1980-10-21 | Oronzio De Nora Impianti | ELECTROCDES FOR SOLID ELECTROLYTE CELLS APPLIED ON THE SURFACE OF ION EXCHANGE MEMBRANES AND PROCEDURE FOR THE PREPARATION AND USE OF THE SAME. |
| IT1122699B (en) * | 1979-08-03 | 1986-04-23 | Oronzio De Nora Impianti | RESILIENT ELECTRIC COLLECTOR AND SOLID ELECTROLYTE ELECTROCHEMISTRY INCLUDING THE SAME |
| JPH0670276B2 (en) * | 1983-05-02 | 1994-09-07 | オロンジオ・ド・ノラ・イムピアンチ・エレットロキミシ・ソシエタ・ペル・アジオニ | Chlorine generation method and its electrolytic cell |
| DE3439265A1 (en) * | 1984-10-26 | 1986-05-07 | Hoechst Ag, 6230 Frankfurt | ELECTROLYSIS APPARATUS WITH HORIZONTALLY ARRANGED ELECTRODES |
| JP3110551B2 (en) * | 1992-04-30 | 2000-11-20 | クロリンエンジニアズ株式会社 | Electrolytic cell |
| IT1317753B1 (en) * | 2000-02-02 | 2003-07-15 | Nora S P A Ora De Nora Impiant | ELECTROLYSIS CELL WITH GAS DIFFUSION ELECTRODE. |
| WO2002103082A1 (en) * | 2001-06-15 | 2002-12-27 | Akzo Nobel N.V. | Electrolytic cell |
| US7141147B2 (en) * | 2001-06-15 | 2006-11-28 | Akzo Nobel N.V. | Electrolytic cell |
| DE10138214A1 (en) * | 2001-08-03 | 2003-02-20 | Bayer Ag | Chlorine generation electrolysis cell, having low operating voltage, has anode frame retained in a flexible array on cathode frame, cation exchange membrane, anode, gas diffusion electrode and current collector |
| ITMI20012379A1 (en) * | 2001-11-12 | 2003-05-12 | Uhdenora Technologies Srl | ELECTROLYSIS CELL WITH GAS DIFFUSION ELECTRODES |
| DE10203689A1 (en) * | 2002-01-31 | 2003-08-07 | Bayer Ag | Cathodic current distributor for electrolytic cells |
| EP1378589B1 (en) * | 2002-04-05 | 2005-12-07 | CHLORINE ENGINEERS CORP., Ltd. | Ion exchange membrane electrolyzer |
| JP3501453B2 (en) * | 2002-04-05 | 2004-03-02 | クロリンエンジニアズ株式会社 | Ion exchange membrane electrolytic cell |
| JP4297694B2 (en) * | 2003-02-13 | 2009-07-15 | クロリンエンジニアズ株式会社 | Ion exchange membrane electrolytic cell using gas diffusion cathode and operation method thereof |
-
2006
- 2006-01-16 IT IT000054A patent/ITMI20060054A1/en unknown
-
2007
- 2007-01-15 KR KR1020087020039A patent/KR101362680B1/en not_active IP Right Cessation
- 2007-01-15 BR BRPI0706587-6A patent/BRPI0706587A2/en not_active IP Right Cessation
- 2007-01-15 WO PCT/EP2007/050362 patent/WO2007080193A2/en active Application Filing
- 2007-01-15 RU RU2008133577/07A patent/RU2423554C2/en not_active IP Right Cessation
- 2007-01-15 EP EP07703878A patent/EP1977027A2/en not_active Withdrawn
- 2007-01-15 CA CA2635098A patent/CA2635098C/en not_active Expired - Fee Related
- 2007-01-15 CN CN2007800024095A patent/CN101370966B/en not_active Expired - Fee Related
- 2007-01-15 US US12/087,196 patent/US20090050472A1/en not_active Abandoned
- 2007-01-15 JP JP2008549885A patent/JP2009523906A/en not_active Withdrawn
-
2014
- 2014-02-17 JP JP2014027391A patent/JP5860075B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2007080193A2 (en) | 2007-07-19 |
| RU2008133577A (en) | 2010-02-27 |
| CA2635098C (en) | 2016-03-08 |
| KR20080087037A (en) | 2008-09-29 |
| BRPI0706587A2 (en) | 2011-03-29 |
| ITMI20060054A1 (en) | 2007-07-17 |
| EP1977027A2 (en) | 2008-10-08 |
| CN101370966B (en) | 2013-05-08 |
| JP5860075B2 (en) | 2016-02-16 |
| US20090050472A1 (en) | 2009-02-26 |
| JP2014088629A (en) | 2014-05-15 |
| CN101370966A (en) | 2009-02-18 |
| KR101362680B1 (en) | 2014-02-13 |
| WO2007080193A3 (en) | 2007-11-29 |
| CA2635098A1 (en) | 2007-07-19 |
| JP2009523906A (en) | 2009-06-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2423554C2 (en) | Elastic current distributor for percolating cells | |
| CA1206438A (en) | Electrode structure of sheet with projections and flexible foraminate sheet | |
| SK363585A3 (en) | Membrane electrolytic cell | |
| RU2041291C1 (en) | Electrolyzer | |
| JPS6353272B2 (en) | ||
| WO2004048643A1 (en) | Bipolar zero-gap electrolytic cell | |
| US5660698A (en) | Electrode configuration for gas-forming electrolytic processes in membrane cells or diapragm cells | |
| RU2000100042A (en) | BIPOLAR ELECTROLYZER WITH ION EXCHANGE MEMBRANE | |
| TW201504477A (en) | Electrolysis cell of alkali solutions | |
| CA2128000C (en) | Mattress for electrochemical cells | |
| JPH1081986A (en) | Horizontal double-polarity electrolytic cell | |
| CA2329672C (en) | Bifurcated electrode of use in electrolytic cells | |
| RU2401322C2 (en) | Cathode finger for diaphragm cell | |
| JP4115686B2 (en) | Electrode structure and electrolysis method using the structure | |
| EP0124125B1 (en) | Electrolysis cell and method of generating halogen | |
| RU2054050C1 (en) | Electrolyzer for electrolysis of aqueous solution of sodium chloride | |
| WO2003095705A1 (en) | Bifurcated electrode of use in electrolytic cells | |
| CZ279836B6 (en) | Membrane electrolytic cell | |
| IT1292061B1 (en) | Ion exchange membrane electrolyser elements - with the elements having two sheets with projections to which are attached electrocatalytically coated anodic and cathodic screens |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170116 |