SE424934B

SE424934B - ELECTROCHEMICAL CELL

Info

Publication number: SE424934B
Application number: SE7714411A
Authority: SE
Inventors: P Durand
Original assignee: Michelin & Cie
Priority date: 1976-12-20
Filing date: 1977-12-19
Publication date: 1982-08-16
Also published as: SE7714411L; AU3173277A; NL7714120A; GB1541334A; AU512938B2; BE861785A; JPS5378984A; CA1086378A; DE2755512B2; SU860721A1; FR2374746B1; CH621210A5; FR2374746A1; ES465197A1; BR7708483A; DE2755512A1; DE2755512C3

Description

tvv1441i1-1 i rummet ifråga förekommande elektrokemiska reaktionen, och ett elektriskt ledande organ, kallat elektronfångare, vilken är av- sedd att uppsamla frigjorda elektriska laddníngar under loppet av den elektrokemiska reaktionen eller att avlämna för denna reaktion nödvändiga elektriska laddningar, varvid elektronfångaren kan ut- göra del av elektroden i rummet. tvv1441i1-1 in the space in question the electrochemical reaction, and an electrically conductive means, called an electron capture device, which is intended to collect released electrical charges during the course of the electrochemical reaction or to deliver electrical charges necessary for this reaction, whereby the electron collector can make part of the electrode in the room.

Uppfinningen avser särskilt elektrokemiska anordningar, hos vilka minst ett rum, eller avdelning, innehåller ett rörligt fluidum, som befinner sig i kontakt med en yta hos en platta. Denna platta, som är monterad i en stödram - eller hållare - utgör exempelvis en separator, särskilt en för joner genomtränglig separator, eller en elektrod, vars polaritet är motsatt polariteten hos rummet, i vilket fluidet befinner sig. ' En anordning med platta och tillhörande stödram utföres traditio- nellt på följande sätt: - tillskärning av plattan till en given geometrisk profil med nog- 3 grannt avpassade sidor, i - tillverkning - genom maskinell bearbetning eller gjutning - av en stödram, omfattande en fördjupning (kavitet) med en profil mot-' svarande kanterna hos plattan, ' - sammanfogning genom limning av plattan med stödramen, varvid syf-i tet med denna sammanlimning är att tillförsäkra mekanisk fasthåll- ning av plattan och täthet hos sammanfogningen i förhållande till fluidet, - färdigbearbetning, som-syftar till att genom avskrapning av över- skott av limningsmedel erhålla oavbrutna jämna ytor i närheten av sammanfogningen av plattan med ramen medelst limningsmedlet.The invention relates in particular to electrochemical devices in which at least one chamber, or compartment, contains a movable fluid which is in contact with a surface of a plate. This plate, which is mounted in a support frame - or holder - constitutes, for example, a separator, in particular an ion-permeable separator, or an electrode, the polarity of which is opposite to the polarity of the space in which the fluid is located. A device with a plate and associated support frame is traditionally made as follows: - cutting of the plate into a given geometric profile with carefully matched sides, i - manufacture - by machining or casting - of a support frame, comprising a recess (cavity) with a profile corresponding to the edges of the plate, joining by gluing the plate to the support frame, the purpose of this gluing is to ensure mechanical holding of the plate and tightness of the joint in relation to the fluid, finishing, which aims to obtain, by scraping off excess sizing agent, uninterrupted smooth surfaces in the vicinity of the joining of the plate with the frame by means of the sizing agent.

Detta monteringssätt uppvisar följande olägenheter: a) det nödwüﬁiggw en följd av långa manuella operationer, som är dyra och icke reproducerbara eftersom slutproduktens kvalitet i hög grad påverkas av operatörens duktighet, I b) avskrapningen riskerar att skada plattans yta, c) det är omöjligt att erhålla fullständigt jämna och oavbrutna sammanfogningsytor trots en omsorgsfull avskrapning av överskotte- lim. Det uppträder således oregelbundenheter i skarvytorna i form av ihåligheter eller skrovligheter, som förorsakar en oregelbunden- het i cirkulationen för fluidet och utrymmen, där fluidet upp- j 7714411-1 .f ' bromsas utan att förnyas. Följden blir att det i dessa utrymmen ackumuleras reaktionsprodukter eller aktivt material, speciellt då fluidet är en vätska, exempelvis en elektrolyt, varvid upp- står passiveringsfenomen till följd av otillräcklig diffusions- hastighet. öm fluidet innehåller fasta partiklar eller vätskor leder dessutom ackumuleringen av dessa partiklar i nämnda utrym- men, där fluidet uppbromsas, snabbt till en tilltäppning av rum- met och anordningen blir således snabbt oanvändbar, d) för att undvika uppkomsten av blåsor i limningsmedlet är man tvungen att begränsa dess tjocklek så att den mekaniska hållfast- heten hos sammanfogningen och dess täthet gentemot fluidet blir mycket osäker. Mekanisk hållfasthet och täthet är även mycket svå- ra att åstadkomma då plattan hos en av ytorna uppvisar ett mate- rial som är svårt att limma. Detta är fallet speciellt med gasdif- fusionselektroder, som omfattar ett hydrofobt membran eller en hydrofob beläggning.This method of assembly has the following disadvantages: a) it is necessary as a result of long manual operations, which are expensive and non-reproducible because the quality of the end product is greatly affected by the skill of the operator, I b) the scraping risks damaging the surface of the plate, c) it is impossible to obtain completely smooth and uninterrupted joining surfaces despite a careful scraping of excess glue. Thus, irregularities occur in the joint surfaces in the form of cavities or roughnesses, which cause an irregularity in the circulation of the fluid and spaces where the fluid is braked without renewal. The consequence is that reaction products or active material accumulate in these spaces, especially when the fluid is a liquid, for example an electrolyte, whereby passivation phenomena occur due to insufficient diffusion rate. In addition, if the fluid contains solid particles or liquids, the accumulation of these particles in said spaces, where the fluid is slowed down, quickly leads to a clogging of the space and the device thus quickly becomes unusable, d) to avoid the formation of blisters in the sizing agent had to limit its thickness so that the mechanical strength of the joint and its tightness to the fluid become very uncertain. Mechanical strength and tightness are also very difficult to achieve as the plate of one of the surfaces has a material that is difficult to glue. This is especially the case with gas diffusion electrodes, which comprise a hydrophobic membrane or a hydrophobic coating.

Syftet med föreliggande uppfinning är att undvika nämnda olägen- heter. Anordningen, dvs den elektrokemiska cellen enligt uppfinning- en, omfattande en platta och en därtill hörande stödram, känne- tecknas av att plattan uppvisar åtminstone en bockad kant, varvid periferizonen hos denna bockade del, i det följande kallad förank- ringszonen, är belägen i stödramen och varvid åtminstone en del av stödramen erhålles genom gjutning av ett eller flera material på denna förankringszon så att en yta hos stödramen, angränsande till förankringszonen, är skarvad ihop med en yta hos plattan utefter en sammanbindningslinje (skarvlinje) under bildning av en obruten jämn kontaktyta för i cellen strömmande fluidum i den elektroke- miska anordningen, varvid den vinkel, som intill bockningslinjen be- stämmas av nämnda yta hos plattan och den fiktiva förlängningen i fluidets riktning av motsvarande yta i förankringszonen, är belä- gen utanför plattan och uppmätes i ett plan, vinkelrätt mot nämnda yta hos plattan och förlängningen av motsvarande yta i förankrings- ZOflêfJ .The object of the present invention is to avoid the said inconveniences. The device, i.e. the electrochemical cell according to the invention, comprising a plate and an associated support frame, is characterized in that the plate has at least one bent edge, the peripheral zone of this bent part, hereinafter referred to as the anchoring zone, being located in the support frame and wherein at least a part of the support frame is obtained by casting one or more materials on this anchoring zone so that a surface of the support frame, adjacent to the anchoring zone, is joined together with a surface of the plate along a connecting line (joint line) to form an unbroken smooth contact surface for fluid flowing in the cell in the electrochemical device, the angle adjacent to the bending line being determined by said surface of the plate and the fictitious elongation in the direction of the fluid of the corresponding surface in the anchoring zone, being located outside the plate and measured in a plane, perpendicular to said surface of the plate and the extension of the corresponding surface in the anchoring ZOflêfJ.

Uppfinningen belyses närmare med hänvisning till nedan följande icke begränsande utföringsexempel och bifogade ritningar. På rit- ningarna visar - fíg. 1 schematiskt ett tvärsnitt av en känd anordning, - fíg. 2 och 3 var och en schematiskt ett tvärsnitt av en anordning, _7714411-1 åstadkommen genom gjutning, - fig. U schematiskt ett tvärsnitt av en anordning enligt upp- finningen, i i- fig. 5 schematiskt en vy från ovan av en anordning enligt fig. Ä,? - fig. 6 schematiskt ett tvärsnitt av en annan anordning enligt ; uppfinningen, - fig. 7 schematiskt ett tvärsnitt av en annan anordning enligt uppfinningen, I Ä - fig. 8 schematiskt ett tvärsnitt av en annan anordning enligt' uppfinningen, där plattan är en gasdiffusionselektrod, och - fig. 9 schematiskt ett tvärsnitt av en elektrokemisk anordning, i vilken ingår anordningen enligt fig. 8.The invention is further elucidated with reference to the following non-limiting exemplary embodiments and accompanying drawings. The drawings show - fig. 1 schematically shows a cross section of a known device, - fig. 2 and 3 each schematically shows a cross section of a device, obtained by casting, - fig. U schematically a cross section of a device according to the invention, in fig. 5 schematically a top view of a device according to Fig. Ä ,? Fig. 6 schematically shows a cross section of another device according to; Fig. 7 schematically shows a cross section of another device according to the invention, Fig. 8 schematically shows a cross section of another device according to the invention, where the plate is a gas diffusion electrode, and Fig. 9 schematically shows a cross section of an electrochemical device, which includes the device according to Fig. 8.

I fíg. 1 ser man en anordning 10, omfattande en platta 1 och en därtill hörande stödram 2, vilken anordning åstadkommes på i och för sig känt sätt. Plattan 1 har t.ex. rektangulär form och stöd- ramen 2 är anordnad runt denna platta. Stödramen 2 omfattär ett urtag 21, som i huvudsak motsvarar profilen hos kanten 11 av plat- tan 1. Ett limningsmedel 3 möjliggör sammanfogning av plattan 1 med stödramen 2.I fig. 1 shows a device 10, comprising a plate 1 and an associated support frame 2, which device is provided in a manner known per se. Plate 1 has e.g. rectangular shape and the support frame 2 is arranged around this plate. The support frame 2 comprises a recess 21, which substantially corresponds to the profile of the edge 11 of the plate 1. A gluing means 3 enables the plate 1 to be joined to the support frame 2.

Anordningen 10 är avsedd att monteras i en elektrokemisk cell (vi- 9 sas ej i figuren) så att ytan 12 hos plattan 1 befinner sig i kon- 0 takt med ett strömmande fluidum (elektrolyt). Plattan 1 kan exem- pelvis vara en separator eller en elektrod.The device 10 is intended to be mounted in an electrochemical cell (not shown in the figure) so that the surface 12 of the plate 1 is in contact with a flowing fluid (electrolyte). The plate 1 can be, for example, a separator or an electrode.

Ytan 31 hos medlet 3, som tillförsäkrar sammanbindning av stödra- men 2 med ytan 12 hos plattan 1, kallas hopfognings- eller skarvyta, Denna yta 51, vilken likaledes kommer i kontakt med fluidet, upp- visar ojämnheter 311, vilka det är omöjligt att fullständigt und- vika, även efter en omsorgsfull avskrapning av överskott av med- let 3._ a Å andra sådan ärlmmgkm-av medlet 3 nödvändigtvis ringa för und- vikande av uppkomsten av blâsor under ﬁﬁmßtäIhﬁng¶1 av anordning- en och under torkningen av medlet ifråga. Man kan således obser- vera de ovannämnda olägenheterna.The surface 31 of the means 3, which ensures connection of the support frame 2 with the surface 12 of the plate 1, is called the joining or splicing surface. This surface 51, which likewise comes into contact with the fluid, has irregularities 311, which it is impossible to completely avoid, even after a careful scraping of excess of the agent 3._ a On other such ärlmmgkm-of the agent 3 necessarily small to avoid the appearance of blisters during ﬁﬁ mßtäIh ﬁ ng¶1 of the device and during the drying of the means in question. One can thus observe the above-mentioned disadvantages.

Fig. 2 visar en annan anordning 100 av plattan 1 och stödramen 2.Fig. 2 shows another device 100 of the plate 1 and the support frame 2.

I denna anordning 100 har limningsmedlet 3 införts genom gjutning 7714411-1 5 mellan stödramen 2 och plattan 1 så att hopfogningsytan 31 inte uppvisar några.o¿ämnheter, varvid alltså ytan 31 och ytan 12 hos plattan 1 befinner sig i varandras förlängning, d.v.s. i samma plan.In this device 100 the gluing means 3 has been introduced by casting between the support frame 2 and the plate 1 so that the joining surface 31 has no blanks, the surface 31 and the surface 12 of the plate 1 thus being in extension of each other, i.e. in the same plane.

Med denna anordning 100 undvikes oregelbundenheter i cirkulationen - av fluidet i den elektrokemiska anordningen och begränsas antalet operationer som måste utföras för att åstadkomma anordningen men däremot är även i detta fall de mekaniska egenskaperna och tät- heten hos anordningen 100 otillräckliga, eftersom medlet 3 inte täcker något ställe av ytan 12, så att ovan beskrivna olägenheter kan undvikas endast under en mycket kort användningsperiod.With this device 100 irregularities in the circulation are avoided - by the fluid in the electrochemical device and the number of operations that must be performed to achieve the device is limited, but in this case too the mechanical properties and tightness of the device 100 are insufficient, since the means 3 does not cover any place of the surface 12, so that the inconveniences described above can be avoided only for a very short period of use.

Fig. 3 visar en annan anordning 1000, där delen 32 av det gjutna medlet 3 täcker delen 121 av ytan 12 hos plattan 1. Ytan 320 hos denna del 32 är sammanfogad med ytan 12 utefter sammanfognings- eller skarvlinjen 120.Fig. 3 shows another device 1000, where the part 32 of the cast means 3 covers the part 121 of the surface 12 of the plate 1. The surface 320 of this part 32 is joined to the surface 12 along the joining or splicing line 120.

Denna sammanfogningsyta 320 bildar en vinkel A med den del 122 av ytan 12 som inte är täckt av delen 32, varvid delen 122 och ytan 320 kommer i kontakt med fluidet. Vinkeln A uppmätes nära linjen 120 i ett plan, vinkelrätt mot ytan 320 och delen 122 (ritninga- planet för fig. 3).This joining surface 320 forms an angle A with the part 122 of the surface 12 which is not covered by the part 32, the part 122 and the surface 320 coming into contact with the fluid. The angle A is measured near the line 120 in a plane, perpendicular to the surface 320 and the part 122 (the plane of the drawing for Fig. 3).

Trots att delen 121 är täckt är denna anordning 1000 bräcklig då vinkeln A överstiger 1600, nämligen genom den utpräglade kilformen hos delen 32. I själva verket är vinkeln B hos denna kil, uppmätt nära linjen 120 och vinkelrät mot ytan 320 och delen 121, mindre än 200 eftersom den är lika med 1800 minus A. Denna bräcklighet blir speciellt kritisk då vinkeln A är lika med 1800, d.v.s. då ytorna 320 och 12 är sammanfogade tangentiellt. Det kan dessutom bildas en dålig limningsförbindning mellan medlet 3 och plattan 1, som åstadkommer bristfällig täthet hos anordningen 1000, oberoende av vinkeln A.Although the part 121 is covered, this device 1000 is fragile when the angle A exceeds 1600, namely by the pronounced wedge shape of the part 32. In fact, the angle B of this wedge, measured near the line 120 and perpendicular to the surface 320 and the part 121, is smaller. than 200 because it is equal to 1800 minus A. This fragility becomes especially critical when the angle A is equal to 1800, ie. when the surfaces 320 and 12 are joined tangentially. In addition, a poor bonding connection can be formed between the means 3 and the plate 1, which causes a defective tightness of the device 1000, regardless of the angle A.

Fig. U visar en anordning H00 enligt föreliggande uppfinning. Denna anordning omfattar en platta 2, identisk med plattan 1 bortsett från att den omfattar en bockning H1 i kanterna. Ytan H0 hos plat~ tan 4 avses komma i kontakt med ett fluidum då anordningen H00 an- vänds i en elektrokemisk cell (visas ej på figuren). Periferidelen _771441a1-1 d H11 hos varje bockad kant 41, kallad förankringszon, omfattar en yta H110 motsvarande ytan 40. Linjen U111 för varje bockad del H1 åtskiljer ytorna ÄO och Ä110, varvid ytan H0 med den fiktiva för- längningen ü1100 av ytan Ä110 bildar en vinkel Gi, belägen utanför iplattan H, vilken vinkel uppmätes i ett plan vinkelrätt mot ytan H0 och mot förlängningen N1100 av ytan U110 (papperets plan). För att förenkla anordningen kan dessa vinklar d för bockningarna Hi hos anordningen Ä00 ha lika värden utan att detta dock är nödvän- digt. Bockningarna Ål med vinkeln M kan erhållas antingen direkt vid framställningen av plattan eller vid en mekanisk operation, som utföres efter framställningen av plattan, exempelvis en form- ningsoperation genom dragpressning eller vanlig pressning. Anord- ningen H00 har åstadkommits genom att placera plattan Ä i en form (visas ej), varefter förstärkningarna 51 och 52, som utgör stödra- men 5, åstadkommíts genom införande av ett formbart material i formen, exempelvis ett termoplastiskt eller termohärdbart material.Fig. U shows a device H00 according to the present invention. This device comprises a plate 2, identical to the plate 1 except that it comprises a bend H1 in the edges. The surface H0 of the plate 4 is intended to come into contact with a fluid when the device H00 is used in an electrochemical cell (not shown in the figure). The peripheral part _771441a1-1 d H11 of each bent edge 41, called anchoring zone, comprises a surface H110 corresponding to the surface 40. The line U111 for each bent part H1 separates the surfaces Ä0 and Ä110, the surface H0 with the fictitious extension ü1100 of the surface Ä110 forming an angle Gi, located outside the plate H, which angle is measured in a plane perpendicular to the surface H0 and to the extension N1100 of the surface U110 (the plane of the paper). In order to simplify the device, these angles d of the bends Hi of the device Ä00 can have equal values without this being necessary. The bends Ål with the angle M can be obtained either directly during the production of the plate or during a mechanical operation which is carried out after the production of the plate, for example a forming operation by tensile pressing or ordinary pressing. The device H00 has been provided by placing the plate Ä in a mold (not shown), after which the reinforcements 51 and 52, which constitute the support frame 5, are provided by introducing a moldable material into the mold, for example a thermoplastic or thermosetting material.

Ytan 53 hos förstärkningen 51 är skarvad ihop med ytan Û0'utef- ter en skarvlínje, som exempelvis i huvudsak sammanfaller med lin- jen H111 för motsvarande bockade del H1. Ytan 53, som således är hopfogningsyta och inte uppvisar nâgra ojämnheter, bildar med ytan H0 hos plattan H vinkeln A, vars definition är identisk med den som givits ovan för vinkeln A enligt fig. 3, varvid vinklarna A hos anordningen 400 exempelvis men icke nödvändigtvis har samma värden. Denna yta 55 hos stödramen 5 bildar med ytan H110 hos den bockade delen H1 vinkeln C, uppmätt vid linjen U111 och i ett plan,« vinkelrätt mot ytorna 55 och 4110 (papperets plan). Vinkeln C är lika med 180°_+ M -A och således kan man, oberoende av värdet på vinkeln A, välja värdet på vinkeln CK så att den erhållna vinkeln C företrädesvis är åtminstone lika med 200 och tillförsäkrar en god förankring för plattan M i stödramen 5, d.v.s. hög hållfasthet och god täthet, varvid förstärkningarna 51 och 52 omger varje för- ankringszon H11. Då t.ex. vinkeln A är lika med 1800, d.v.s. då ytorna 53 och H0 förenas tangentiellt utefter bockningslinjen 3111, väljes vinkeln d företrädesvis åtminstone lika med 200 och högst lika med 9o°.The surface 53 of the reinforcement 51 is spliced together with the surface Û0 'along a splice line, which, for example, substantially coincides with the line H111 for the corresponding bent part H1. The surface 53, which is thus a joining surface and does not show any irregularities, forms with the surface H0 of the plate H the angle A, the definition of which is identical to that given above for the angle A according to Fig. 3, the angles A of the device 400 for example but not necessarily has the same values. This surface 55 of the support frame 5 forms with the surface H110 of the bent part H1 the angle C, measured at the line U111 and in a plane, perpendicular to the surfaces 55 and 4110 (the plane of the paper). The angle C is equal to 180 ° _ + M -A and thus, regardless of the value of the angle A, one can select the value of the angle CK so that the obtained angle C is preferably at least equal to 200 and ensures a good anchoring for the plate M in support frame 5, ie high strength and good density, with the reinforcements 51 and 52 surrounding each anchoring zone H11. Then e.g. the angle A is equal to 1800, i.e. when the surfaces 53 and H0 are joined tangentially along the bending line 3111, the angle d is preferably selected to be at least equal to 200 and at most equal to 90 °.

De mekaniska egenskaperna hos anordningen H00 och dess täthet är speciellt goda då plattan U har porös struktur, exempelvis en sint-y rad struktur, och då bockningarna erhålles genom en mekanisk opera-É tion, som utföres på plattan H, exempelvis en;nessﬂn¶ming.I själva > 7714411-1 verket erhåller man således mikrosprickor, som möjliggör en be- gränsad migrering från det eller de gjutna materialen. I detta fall överstiger värdet på vinkeln<$ företrädesvis inte 609 efter- som en bockning med vinkeln M större än 600 medför risk för minsk- ning av den mekaniska hållfastheten hos plattan H till följd av mycket betydande ytsprickor, varför vinkeln M företrädesvis är nära N50.The mechanical properties of the device H00 and its tightness are particularly good when the plate U has a porous structure, for example a sintered structure, and when the bends are obtained by a mechanical operation carried out on the plate H, for example a; ness ﬂ n¶ ming.In fact> 7714411-1 the work, microcracks are thus obtained, which enable a limited migration from the cast material or materials. In this case, the value of the angle $ preferably does not exceed 609 since a bending with the angle M greater than 600 entails a risk of reducing the mechanical strength of the plate H due to very significant surface cracks, so the angle M is preferably close to N50. .

Plattan 4 kan förses med en ytterligare bockning H2, belägen vid änden av den bockade delen H1, såsom visas i fig. Ä. Vinkeln ß för denna bockníng H2, vilken bildas på analogt sätt som vinkeln M av ytan H11O hos bockningen H1 och den fiktiva förlägningen UZOO av motsvarande yta H20 hos àwüelai H21 av bockningen H2, har mot- satt riktning i förhållande till vinkeln G .för motsvarande bock- ning H1, d.v.s. vinkeln ß befinner sig inom plattan H då denna vinkel ß uppmätes vid linjen Hi12 hos motsvarande bockning H2, i vertikalplanet mot ytan 4110 i förankringszonen H11 och vinkelrätt mot förlängningen ÄEOO för ytan H20, varvid denna bockningslinje ü112 âtskiljer ytorna H110 och H20.The plate 4 can be provided with a further bend H2, located at the end of the bent part H1, as shown in Fig. Ä. The angle ß of this bend H2, which is formed in an analogous manner to the angle M of the surface H11O of the bend H1 and the fictitious the displacement UZOO of the corresponding surface H20 of àwüelai H21 of the bend H2, has opposite direction in relation to the angle G .for the corresponding bend H1, i.e. the angle ß is within the plate H when this angle ß is measured at the line Hi12 of the corresponding bend H2, in the vertical plane towards the surface 4110 in the anchoring zone H11 and perpendicular to the extension ÄEOO of the surface H20, this bend line ü112 separating the surfaces H110 and H20.

Man förbättrar således även den mekaniska hâllfastheten och tät- heten hos anordningen H00 genom att den ytterligare bockningen 42 företrädesvis befinner sig inom stödramen 5. Det absoluta värdet på vinkeln ß är företrädesvis i huvudsak lika med det absoluta vär- det får motsvarande vinkel d , såsom visas i fig. H.Thus, the mechanical strength and tightness of the device H00 are also improved in that the additional bend 42 is preferably located within the support frame 5. The absolute value of the angle ß is preferably substantially equal to the absolute value having the corresponding angle d, such as shown in Fig. H.

Om h är avståndet mellan ändarna N111 och H11? hos ytan 5110 i en förankringszon H11, varvid detta avstånd uppmätes i ett plan, som innehåller motsvarande vinkel d och vinkelrätt mot den del av ytan HO, som angränsar till ytan Hi10, uppgår h företrädesvis till mel- len e och 6e, varvid e är tjockleken hos plattan 4, då denna tjock- lek är konstant, eller tjockleken av plattan Ä nära nämnda för- r ankringszon H11, om tjockleken varierar.If h is the distance between the ends N111 and H11? of the surface 5110 in an anchoring zone H11, this distance being measured in a plane containing the corresponding angle d and perpendicular to the part of the surface HO adjacent to the surface Hi10, h preferably amounts to between e and 6e, wherein e is the thickness of the plate 4, when this thickness is constant, or the thickness of the plate Ä near said pre-anchoring zone H11, if the thickness varies.

Hos den beskrivna anordningen 400 kan ytan 53 hos stödramen 5 och ytan HO hos plattan 4 exempelvis bilda en slät och avbruten yta, som möjliggör en speciellt homogen strömning av fluidet, med vil- ket ytorna befinner sig i kontakt, då anordningen H00 monteras i en elektrokemisk cell, varvid den goda kohesionen hos anordningen H00 även möjliggör god täthet gentemot fluidet. 7714411-1 3 .l Denna anordning, enligt vilken ytorna 55 och H0 är hopskarvade' tangentiellt, är_speciellt lämplig i det fall då fluidet innehål- ler partiklar, eftersom en hopskarvning, där vinkeln A skiljer sig från 180°, riskerar medföra en fasthakning av partiklar. D Man kan exempelvis även utforma anordningen enligt uppfinningen så, att ytorna hos stödramen och hos plattan hopskarvas i huvud- sak tengentiellt utan att de befinner sig i varandras förlängning.In the described device 400, the surface 53 of the support frame 5 and the surface HO of the plate 4 may, for example, form a smooth and interrupted surface, which enables a particularly homogeneous flow of the fluid, with which the surfaces are in contact when the device H00 is mounted in a electrochemical cell, whereby the good cohesion of the device H00 also enables good tightness against the fluid. This device, according to which the surfaces 55 and H0 are jointed tangentially, is particularly suitable in the case where the fluid contains particles, since a joint, where the angle A differs from 180 °, risks causing a hooking of particles. For example, the device according to the invention can also be designed so that the surfaces of the support frame and of the plate are joined together substantially connectively without being in extension of each other.

Fig. 6 visar en sådan hopskarvning 60 enligt uppfinningen. De in- gående elementen i denna anordning 60 är desamma som hos anord- ningen H00, med den skillnaden att ytorna 5H hos stödramen 5, som ansluter sig tangentiellt till ytan H0 hos plattan Ä, har form av delar av cylindrar med rotationsradie r, varvid ytorna Éü och 40 möjliggör en jämn och homogen strömming för fluidet i den elektrokemiska cellen, vilket fluidum exempelvis kan innehålla partiklar.Fig. 6 shows such a splice 60 according to the invention. The constituent elements of this device 60 are the same as those of the device H00, with the difference that the surfaces 5H of the support frame 5, which adjoin tangentially to the surface H0 of the plate Ä, are in the form of parts of cylinders with radii of rotation r, surfaces Éü and 40 enable a smooth and homogeneous flow of the fluid in the electrochemical cell, which fluid may, for example, contain particles.

' Då bockningarna åstadkommes genom en mekanisk operation kan de eventuellt alstras direkt i formen. Å andra sidan kan förfarandet enligt uppfinningen tillämpas på varje känd formningsoperation, exempelvis insprutningsformning. De för formningen använda mate- rialen kan vara mycket olika, mineraliska, metalliska eller orga- aniska, exempelvis elastomera, termoplastiska eller värmehärdbara polymerer.When the bends are made by a mechanical operation, they can possibly be generated directly in the mold. On the other hand, the method according to the invention can be applied to any known forming operation, for example injection molding. The materials used for the molding can be very different, mineral, metallic or organic, for example elastomeric, thermoplastic or thermosetting polymers.

Stödramen 5 åstadkommes genom formgjutning av två förstärkningar 51 och 52 runt förankringszonen H11 för plattan N men det är även möjligt att åstadkomma stödramen 5 genom formgjutning av en enda förstärkning eller av flera än två förstärkningar, varvid materia~ len hos dessa förstärkningar kan vara identiska eller olika.The support frame 5 is provided by molding two reinforcements 51 and 52 around the anchoring zone H11 of the plate N, but it is also possible to provide the support frame 5 by molding a single reinforcement or of more than two reinforcements, whereby the material of these reinforcements can be identical or various.

Det kan även vara fördelaktigt, i syfte att öka tillverkningstak- ten, att i formen tillsammans med plattan införa en eller flera redan på förhand framställda förstärkningar, exempelvis i form av profiler, varvid resten av stödramen åstadkommes genom formgjutning! av ett eller flera material i svfte att tillförsäkra en förbindning: mellan de olika komponenterna i enheten.It can also be advantageous, in order to increase the rate of manufacture, to introduce in the mold together with the plate one or more reinforcements already prepared in advance, for example in the form of profiles, whereby the rest of the support frame is achieved by molding! of one or more materials in order to ensure a connection: between the various components of the unit.

Fig, 7 visar en sådan anordning 70. Denna anordning 70 åstadkommas genom att i en form (icke visad) anbringa plattan Ä på en profil 7714411-1 55. Denna profil omfattar en urtagning 551, i vars botten de bocka- de delarna U1,och H2 vilar med sina undersidor. I formen inspru- tas ett material så att det utfyller tomrummet hos urtagningen 551, varvid den jämna ytan 561 hos den således erhållna förstärkningen 56 ansluter sig exempelvis i huvudsak tangentiellt till ytan H0.Fig. 7 shows such a device 70. This device 70 is achieved by mounting the plate Ä in a mold (not shown) on a profile 7714411-1 55. This profile comprises a recess 551, in the bottom of which the bent parts U1, and H2 rests with its undersides. A material is injected into the mold so that it fills the void of the recess 551, the smooth surface 561 of the reinforcement 56 thus obtained adjoining, for example, substantially tangentially to the surface H0.

I fig. 8 visas i en liknande genomskärning som i fíg. H en annan anordning 80 enligt uppfinningen och analogt med anordningen H00 som visas i fig. Ä och 5, är vinkeln A lika med 1800. Hos denna ananmnng &)ärplattan U en gasdiffusionselektrod. Denna elektrod 4 omfattar en porös kropp H3. På en yta H31 hos denna porösa kropp är anordnat ett poröstskikt UR, avsett att tjäna som hydrofil se- parator.Fig. 8 shows in a similar section as in fig. In another device 80 according to the invention and analogous to the device H00 shown in Figs. Ä and 5, the angle A is equal to 1800. In this application, the plate U is a gas diffusion electrode. This electrode 4 comprises a porous body H3. A porous layer UR, intended to serve as a hydrophilic separator, is arranged on a surface H31 of this porous body.

Den yta hos separatorn ÄH, som befinner sig motsatt ytan H31 hos kroppen H3 utgör ytan H0 hos plattan H. På ytan H32 hos kroppen H3, motsatt ytan 431, är anordnat ett poröst skikt H5, avsett att tjäna som hydrofob separator. Tjocklekarna hos separatorerna üü och H5, vilka utgör delar av elektroden H, är företrädesvis ringa jämfört med tjockleken av kroppen H3, vilka tjocklekar uppmätes i mittzonen av elektroden U, varvid förhållandet mellan varje av tjocklekarna hos separatorerna och tjockleken hos kroppen M3 exem- pelvis uppgår till mellan 0,25 och 0,05. Kroppen H5 omfattar ett fint metallgaller H30, avsett att tjäna som elektronsamlare och är elektriskt förenat med en metallstång eller skena 6, avsedd att förenas med en elektrisk klämma hos den elektrokemiska anordningen.The surface of the separator ÄH, which is opposite the surface H31 of the body H3, constitutes the surface H0 of the plate H. On the surface H32 of the body H3, opposite the surface 431, a porous layer H5 is arranged, intended to serve as a hydrophobic separator. The thicknesses of the separators ü1 and H5, which form parts of the electrode H, are preferably small compared to the thickness of the body H3, which thicknesses are measured in the middle zone of the electrode U, the ratio between each of the thicknesses of the separators and the thickness of the body M3 being to between 0.25 and 0.05. The body H5 comprises a fine metal grid H30, intended to serve as an electron collector and is electrically connected to a metal rod or rail 6, intended to be connected to an electrical clamp of the electrochemical device.

Som ett icke begränsande exempel kan anordningen 80 åstadkommas på följande sätt. Kroppen H3 framställes på i och för sig känt sätt genom sintring i form av en i huvudsak rektangulär skiva från en blandning av kimrökpulver och nickel, som anbringas runt gallret H30 av nickel, varvid kroppen ÄB innefattar silver som katalysa- tor och polytetrafluoretylen som hydrofobt medel.As a non-limiting example, the device 80 can be provided in the following manner. The body H3 is prepared in a manner known per se by sintering in the form of a substantially rectangular disc from a mixture of carbon black powder and nickel, which is applied around the grid H30 of nickel, the body ÄB comprising silver as catalyst and polytetrafluoroethylene as hydrophobic agent. .

Den hydrofila separatorn UH åstadkommes genom dispersion av fib- rer pâ ytan 431 utgående från en lösning av en eller flera organis- ka polymerer i ett lösningsmedel eller i en blandning av lösnings- medel såsom beskrives i franska patentansökningen 75 382U2.The hydrophilic separator UH is produced by dispersing fibers on the surface 431 starting from a solution of one or more organic polymers in a solvent or in a mixture of solvents as described in French patent application 75 382U2.

Såsom exempel kan denna dispersion framställas utgående från en lösning av polyvinylklorid i en blandning av tetrahydrofuran och 7714411¿1 10 . M W .f cyklohexanon, varvid respektive proportioner (viktdelar) av po- lymer, tetrahydnofuran och cyklohexanon uppgår till 15 - 70 - 15.By way of example, this dispersion can be prepared from a solution of polyvinyl chloride in a mixture of tetrahydrofuran and 7714411¿1 10. M W .f cyclohexanone, the respective proportions (parts by weight) of polymers, tetrahydnofuran and cyclohexanone amounting to 15 - 70 - 15.

Den hydrofoba separatorn 45 framställes genom applícering av en film av polytetrafluoretylen på ytan 432 av kroppen 43.The hydrophobic separator 45 is made by applying a film of polytetrafluoroethylene to the surface 432 of the body 43.

Den således med separatorerna HR och #5 beklädda kroppen formas därefter i en press för åstadkommande av de bockade kanterna H1 och H2, vilka omger den rektangulära ytan H0 hos plattan U (fig. 5). Vink1arna ta värden nära H50.The body thus clad with the separators HR and # 5 is then formed in a press to produce the bent edges H1 and H2, which surround the rectangular surface H0 of the plate U (Fig. 5). The angles1 take values close to H50.

Den således formade elektroden H placeras i enïform (visas ej} tillsammans med metallskenan 6, exempelvis av koppar, vilken skena har placerats mot en av sidorna hos elektroden 4, och förstärk- ningarna 51 och 52 erhålles genom formgjutning runt kanterna av elektroden och runt metallskenan 6, vars ena ände förblir“fri, av _ en hartsförening, exempelvis epoxiharts, varvid ytorna 53 och H0, som befinner sig i varandras förlängning, bildar en plan yta.The electrode H thus formed is placed in a uniform shape (not shown) together with the metal rail 6, for example of copper, which rail has been placed against one of the sides of the electrode 4, and the reinforcements 51 and 52 are obtained by molding around the edges of the electrode and around the metal rail. 6, one end of which remains free, of a resin compound, for example epoxy resin, the surfaces 53 and H0, which are in extension of each other, forming a flat surface.

Fördelen med att genomföra formningen i press på en elektrod, om- fattande de beskrivna separatorerna, baserar sig på att denna form- ning åstadkommer bildning av mikrosprickor på samma gång hos krop- pen Ä5_och hos separatorerna ÄH och H5, varvid resultatet blir en god mekanisk hållfasthet hos anordningen 80 till följd av en migre- ring_av blandning till dessa mikrosprickor under formningen. För undvikande av för stark migrering hålles halten av fyllmedel i blandningen företrädesvis åtminstone lika med 80% av blandningens totala vikt . i ' Anordningen 80 användes exempelvis i en elektrokemísk cell av typen: metall/luft, hos vilken anodrummet innehåller en flytande strömman- de elektrolyt, i vilken befinner sig partiklar, bestående åtmins- tone delvis av en anodisk aktiv metall, speciellt zink. En sådan anord- ning 9 visas í fig. 9._Denna elektricitetsalstrare 9 omfattar ett anodrum 7 och ett katodrum 8. I katodrummet 8 befinner sig anord- ningen 80, omfattande en elektrod U, vilken används som luft- el-- ler syrediffusionskatod, varvid det aktiva katodmaterialet är syre. 7714411-1 11 Inkommande och utgående gasledningar hos katodrummet 8 visas schematiskt medelst pilar F8 och F'8. Luft eller syre kommer i katodrummet 8 i kontakt med den hydrofoba separatorn 45, vilken på i och för sig känt sätt syftar till att förhindra migrering av elektrolyt genom katodens 4 hela tjocklek.The advantage of performing the molding in press on an electrode, comprising the described separators, is based on this molding causing the formation of microcracks at the same time in the body Ä5_ and in the separators ÄH and H5, the result being a good mechanical strength of the device 80 due to a migration of mixture to these microcracks during molding. To avoid excessive migration, the content of filler in the mixture is preferably kept at least equal to 80% of the total weight of the mixture. The device 80 is used, for example, in an electrochemical cell of the type: metal / air, in which the anode space contains a liquid flowing electrolyte, in which there are particles, consisting at least in part of an anodic active metal, in particular zinc. Such a device 9 is shown in Fig. 9. This electricity generator 9 comprises an anode compartment 7 and a cathode compartment 8. In the cathode compartment 8 is located the device 80, comprising an electrode U, which is used as an air or oxygen diffusion cathode, wherein the active cathode material is oxygen. Incoming and outgoing gas lines of the cathode chamber 8 are shown schematically by means of arrows F8 and F'8. Air or oxygen in the cathode space 8 comes into contact with the hydrophobic separator 45, which in a manner known per se aims to prevent migration of electrolyte through the entire thickness of the cathode 4.

Anodrummet 7 omfattar en anodisk strömsamlare 71, anordnad mitte- mot den hydrofila separatorn 44 och bestående av exempelvis en tunn metallskiva. Anodrummet 7 innehåller en vattenhaltig alkalisk elekt- rolyt (visas ej), i vilken befinner sig zinkpartiklar 72, varvid den hydrofila separatorn 44 är genomtränglig för elektrolyt och ogenomtränglig för zinkpartiklarna 72. Elektrolyten och zinkpar- tiklarna 72 utgör den elektriska anordningens anod.The anode space 7 comprises an anodic current collector 71, arranged opposite the hydrophilic separator 44 and consisting of, for example, a thin metal plate. The anode space 7 contains an aqueous alkaline electrolyte (not shown), in which zinc particles 72 are present, the hydrophilic separator 44 being permeable to electrolyte and impermeable to the zinc particles 72. The electrolyte and the zinc particles 72 constitute the anode of the electrical device.

En anordning, som visas schematiskt medelst pilen F7, gör det möj- ligt att i anodrummet 7 införa elektrolyt och partiklar 72, som flyter inom anodrummet 7 mellan à ena sidan den anodiska strömsam- laren 71 och å andra sidan ytorna 40 och 53 hos anordningen 80.A device, shown schematically by means of the arrow F7, makes it possible to introduce into the anode space 7 electrolyte and particles 72, which flow within the anode space 7 between on the one hand the anodic current collector 71 and on the other hand the surfaces 40 and 53 of the device 80.

Zinkpartiklarna 72 oxideras vid kontakten med strömsamlaren 71 un- der förlust av elektroner medan syre reduceras vid gasdiffusions- elektroden 4 medelst elektroner, härrörande från urladdningskretsen (visas ej), belägen mellan den positiva klämman P, som är förenad med skenan 6, och den negativa klämman N, som är förenad med den anodiska strömsamlaren 71. En anordning, som visas schematiskt me- delst pilen F'7, möjliggör evakuering av anodrummet 7 från elektro- lyt, innehållande partiklarna 72, som inte har fullständigt för- brukats genom elektrokemisk oxidation. En yttre väg 91 utanför anodrummet 7 möjliggör âterfërande av elektrolyt och partiklar 72 i matningsanordningen F7 utgående från evakueringsanordningen F'7 genom medverkan av en pump 910 och ett buffertkärl 911. En anord- ning 912, som utmynnar i ledningen 91, möjliggör införande av zink- partiklar i denna ledning så att man under varje försök kan bibe- hålla konstant viktprocenthalt zink i elektrolyten.The zinc particles 72 are oxidized at the contact with the current collector 71 during loss of electrons while oxygen is reduced at the gas diffusion electrode 4 by means of electrons, originating from the discharge circuit (not shown), located between the positive terminal P, which is connected to the rail 6, and the negative the terminal N, which is connected to the anodic current collector 71. A device, shown schematically by means of the arrow F'7, enables evacuation of the anode space 7 from electrolyte, containing the particles 72, which have not been completely consumed by electrochemical oxidation. . An outer path 91 outside the anode space 7 enables the return of electrolyte and particles 72 in the feeding device F7 starting from the evacuation device F'7 by means of a pump 910 and a buffer vessel 911. A device 912, which opens into the line 91, enables the introduction of zinc - particles in this line so that a constant percentage by weight of zinc in the electrolyte can be maintained during each experiment.

Exempel på driftsbetingelser, som inte på något sätt är begränsan- de, är följande: - 4 - 12 N kaliumhydroxid-elektrolyt (4 -.12 mol kaliumhydroxid per liter), - medeldimension hos de_i elektrolyten införda zinkpartiklarna: 10 - 20 mikron, 7714411-1 12 " ' ” - viktprocenthalt zink i elektrolyten: 20 - 30 vikt-%, räknat på elektrolyten, ~*' ~ i - elektrolytens cirkulationshastighet i anodrummet: 10 - 30 meter/ minut._ Man erhåller således kontinuerligt en effekt av storleksordningen 50 watt genom att hålla kvantiteten löst zink i elektrolyten under ett värde, över vilket zinkpartiklarna passiveras, varvid detta gränsvärde uppgår till exempelvis 120 g/liter för 6 N kalíumhydro- xid Denna reglering erhålles exempelvis genom att regenerera elek- trolyten i en ansluten installation eller genom att utbyta den zinkbemångda elektrolyten mot en ren kaliumhydroxidlösning, då det kritiska värdet uppnåtts, Den strömalstrande anordningens funktion begränsas således endast av livslängden för diffusionselektroden Ä och uppgår således till flera tusentals timmar ty man kan inte konstatera någon störning i strömningsförhållandet och ingen ned- brytning hos anordningen 80. ü Om man däremot i samma strömalstringsanordning använder en anord- ning analog med den som visas i fig. 1 - 5, omfattande en elektrod,i som är identisk med elektroden Ä men utan dennas bockning i kanten,; erhåller man snabbt en tilltäppning av anodrummet 7 under samma driftsbetingelser som ovan. Denna tilltäppning baserar sig på att partiklar hakar fast i ojåmnheter i ytorna hos dessa anordningar, som befinner sig i kontakt med elektrolyten, vilka ojämnheter ba- serar sig dels på anordningens utförande och dels på en nedbryt- ning av anordningarna i strömalstraren.Examples of operating conditions which are in no way limiting are the following: - 4 - 12 N potassium hydroxide electrolyte (4 -.12 moles of potassium hydroxide per liter), - average dimension of the zinc particles introduced into the electrolyte: 10 - 20 microns, 7714411 -1 12 "'" - weight percentage zinc in the electrolyte: 20 - 30% by weight, calculated on the electrolyte, ~ *' ~ i - the circulation rate of the electrolyte in the anode space: 10 - 30 meters / minute. 50 watts by keeping the quantity of dissolved zinc in the electrolyte below a value above which the zinc particles are passivated, this limit value being for example 120 g / liter for 6 N potassium hydroxide. This control is obtained, for example, by regenerating the electrolyte in a connected installation or by exchanging the zinc-laden electrolyte for a pure potassium hydroxide solution, when the critical value is reached. The function of the current generating device is thus limited only by the service life of diffusion The electrode Ä and thus amounts to several thousands of hours because no disturbance in the current ratio and no degradation of the device 80 can be detected. ü If, on the other hand, a device analogous to that shown in Figs. 1 - 5 is used in the same current generating device. , comprising an electrode, i which is identical to the electrode Ä but without its bending at the edge ,; a clogging of the anode space 7 is quickly obtained under the same operating conditions as above. This clogging is based on particles getting caught in irregularities in the surfaces of these devices, which are in contact with the electrolyte, which irregularities are based partly on the design of the device and partly on a breakdown of the devices in the current generator.

Härtill kommer att den dåliga tätheten hos anordningen leder till en migrering av elektrolyt genom luften eller syret, som befinner sig i kontakt med den hydrofoba separatorn M5, vilket allvarligt påverkar elektrodens Ä prestationsförmåga.In addition, the poor tightness of the device leads to a migration of electrolyte through the air or oxygen, which is in contact with the hydrophobic separator M5, which seriously affects the performance of the electrode..

Uppfinningen är givetvis inte begränsad till de svan beskrivna ut- föringsexemplen. Utgående från_dessa kan man nämligen åstadkomma andra utföringsformer av uppfinningen utan att överskrida dess ram. 'The invention is of course not limited to the embodiments described by the Swan. Based on these, other embodiments of the invention can be achieved without exceeding its scope. '

Claims

7714411-1 13> Patent claims

An electrochemical cell (9) comprising an electrolyte chamber for the flow of electrolyte with a boundary wall, consisting of an electrode plate (U), which is inserted in a support frame (5), characterized in that: a) the plate ( U) has a bent edge (H1), included in the support frame (5), b) at least a part of the support frame (5), seen in cross section, formed by casting or compression molding of one or more materials around the bent edge (Ål). ) of the plate, c) an outwardly inclined, flat or curved surface (55,5Ä) of the support frame (5) together with a main surface (H0) of the plate (U) forms an unbroken contact surface (Ä0,53) for in the cell flowing electrolyte on either side of the bending line (4111) of the bent edge (eel), d) the angle (C) formed adjacent the joint or bending line (4111) of the flat, inclined inner surface (53) of the support frame and the bent edge (41); ) surface (üllü) amounts to at least 200, e) the bending angle (M), which is formed by the fictitious elongation (Ull00) of the bend the surface (H1) of the edge (H1) in the direction of the electrolyte and the surface (H0) of the plate (4), amounts to between EOÛ and 600.

Electrochemical cell according to claim 1, characterized in that the surface (H0) of the plate (Ä) and the inner surface (53) of the support frame (5) are connected substantially tangentially.

Electrochemical cell according to one of Claims 1 to 2, characterized in that the booked edge of the plate (H) at its periphery is further bent to form a bending surface (H 2 O) which is substantially parallel to the main surface (H0) of the plate. .

An electrochemical cell according to claim 2 or claims 2 and 3 together, characterized in that the inner surface (53) of the support frame and the surface (HO) of the plate (H) are in extension of each other and form a substantially flat surface.

An electrochemical cell according to claim 2 or claims 2 and 3 together, characterized in that the inner surface (53) of the support frame forms part of a rotary cylinder. 7714411-1 1¿

Electrochemical cell according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the disk (Ä) has a porous structure.

An electrochemical cell according to any one of claims 1-6, characterized in that the angle (M) is substantially equal to H50. - REQUIRED PUBLICATIONS: §E 324 819, 380 393