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經濟部中央標準局貝工消費合作社印装 A7 B7 五、發明説明（1 ) — 在電解方法的寬廣領域中，氣體擴散電極的使用在很多 情況下可以提供其他可供選擇的反應途徑，或者有助於防 去在電解過程中產生不需要的或不經濟的副產品。例如， 在鹼金屬南化物電解工藝中，氫是一種不需要的副產品， 它作爲一種產品（它的產生是不可避免的）常常不能找到 實際的用途。另外，在電解過程中氫所消耗的能量的償値 遠遠高於通常氫所能達到的銷售價格。因此，可以明顯地 看出，電化學過程中的產生的氫應重新用於電化學過程中 或者借助於其他反應過程來完全防止氫的產生。 將氫重新用於電化學過程中的一種可能性是將其應用於 燃料電池中。在美國專利4647351中描述了 一種令人感興 趣的方法。其中提出了通過將鹼性燃料電池與電解工藝相 結合來收集利用氫〇在此情況下，把來自電解工藝陰極室 的驗溶液導入燃料電池的陽極室和陰極室，該鹼溶液在陰 極室中富集後排出，而在陽極室中貧化，然後被送回電解 工藝中。該方法的缺點是設備的成本高，另外是在產生氫 時和在燃料電池的後續氧化過程中存在额外的能量損失， 以及在把來自燃料電池的直流電直接應於用電解時，由於 給定相互相反的電流-電壓的特性，因此也造成電力損失 及其他與此有關的問題。 另一種可供選擇的方法是通過在—個耗氧陽極上將氧還 原來防止電解過程中在陰極上產生氳。在該方法中，例如 在驗金屬氫氧化物電解工藝中-以一種十分相似於傳統的 產生氫的方法-在陰極上生成氫氧根離子，這些氫氧根離 --------叫.j裝-----—^-訂-----『線 〈請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部中央樣準局員工消费合作社印裝 A7 --—B7_____ 五、發明説明（2 ) 子促使鹼金屬離子速過一種選擇性陽離子交換膜而遷移入 陰極室，從而導致生成鹼金屬氫氧化物溶液。目標產品鹵 元素和鹼金屬氫氧化物溶液的生成並不因此而受影響，而 在電能消耗方面卻形成鮮明的對比，該方法所消耗的電能 要低得多。在過去，關於將耗氧陰極用於鹼金屬画化物電 解工已進行了大量的研究◊但這些研究遇到以下的共同問 題。 在鹼金屬函化物電解中使用的氣體擴散陰極（例如一種 耗氧陰極）是一塊處於電解液和氣體室之間的開放式電化 學電池離子交換膜，其作用是允許在電解液與催化劑及氧 之間的三相邊界盡可能靠近電解液處發生氧的還原反應。 由於該陰極材料的疏水性質使得該邊界層是穩定的^然而 已發現，這種穩定作用是由於電解液的表面張力所造成的 ，這就使得在氣體側和液體側之間只允許很有限的壓力降 。假如氣體側的壓力太大，該氣體最終將穿透離子交換膜 ，囡此在該區域的電極的功能就受到干擾，從而使電解過 程中斷。另一方面，如果液體的壓力太大，則三相邊界就 要被塵:出離子交換膜上催化劑存在的區域之外，這樣同樣 地干擾陰極的功能，而進一步的壓力增高就會導致電解液 滲入氣體室中。對於垂直的電極布局來説（在離子交換膜 電解法中，這種布局是必須的，其目的是使目標產物氣能 滿意地排出）’這種方法造成對氣體擴散電極總高度的限 制，囡爲若非如此，氣體就會從頂部滲透入陰極室，而液 體則從底都滲達入氣體室。因此，在技術上可行的總高度 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐） I I II - I - —^n m -:(1 ; —1 士木 _^n κ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 涑 A7 B7 經濟部中央標準局貞工消费合作社印製 五、發明説明（3 ) 仍然限制在約20αη的高度’因此使得這種離子交換膜電解 法目前在市場上沒有吸引力〇 爲了克服這一缺點，還有人提出了一些方法，然而其中 沒有一種方法獲得成功。例如在公開的專利申請DE_ 3401636A1中，提出了在-種下垂式薄膜（fa丨丨㈣七⑷ 設備中使電解液在陽離子交換膜與氣體擴散極間流動 ，從而克服流體靜壓力所引起的問題。該 是在電解液 室與氣體室之間達到基本上的等壓狀態。== 中產生的問題（例如满濕問題和在兩塊離子交換膜之間產 生氣泡的問題）導致放棄將該方法應用於電解的目的。 在公開的專利申請DE 34 39 265 A1中提出了一種用於 防止不同壓力問題的水平式電化學電池裝置，在該裝置中 ，電解液按水平的方向流動。這種裝置也沒有獲得成功， 因爲使用這種裝置，一方面，在電化學電池中生成的氣體 難以排出，而另一方面，強制的流動幾乎不可能完全更新 其中的電解液。 在美國專利4657651中公開了另一種方案，這種方案在 技術上更爲複雜。在該方案中，爲了達到壓力的平衡，將 陰極分隔成多個單獨的水平小室，這些小室用來單獨地容 納氣體，其中，由於從垂直小室中分出的氣流被浸沒所引 起的氣體壓力，受到栢應於高出所説小室上面的電解液高 度的小室的深度所控制。然而該方法的缺點是用於在技術 上實現該方法所需的設備需要很高的成本。而且’其中每 個獨立的氣室的壓力事實上要單獨地用閥門來調節。 --------^:丨裝-------^訂-----；線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 301805 Α7 Β7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（4 ) 美國專利4578159提出的另一種方法是將一種用於使氧 還原的催化劑直接附加於陽離子交換膜上。由於氧被還原 而生成氫氧根離子引起鹼金屬離子遷移透過離子交換膜， 從而生成驗金屬氫氧化物溶液，這些氫氧化物溶液在塗覆 有催化劑的親水性離子交換膜的氣體侧表面上流過，然後 收集。該方法的缺點是朝向氣體室的三相界面層含由於在 氣體側滲出鹼金屬氫氧化物溶液而被破壞，從而導致必須 用更高的操作電壓來進行電觯。 本發明的一個目的是提供一種不存在上述設備缺點的電 化學半電池，具體地説該電化學半電池允許在一種垂直排 列的電化學電池中使用氣體擴散電極，在該電化學電池中 作用於電極的電解液的靜壓力可用一種簡單的方法來補償 〇 本發明的目的是通過這樣一種電化學半電池來達到的， 該電化學半電池至少包含一個用於容納電解液的電極室、 一個氣體室以及至少一個用作陽級或陰極的、並將氣體室 和電極室分隔開的氣體擴散電極，其特徵在於，其中的氣 體室被分隔成兩個或多個氣袋，這些氣袋按級聯方式一個 疊一個地排列，這些氣袋相互分隔開並在朝下的方向上具 有通向電解液的開口，以使得每個氣袋上以往電解液的開 口斷面處所受的壓力與處於氣體擴散電極前面的電極室相 應部分的電解液液柱的壓力相平衡，從而使得任何的氣體 補充或氣體排出部發生在該通向電解液的開口處。 這些氣袋優選是以高於電解液的壓力與處於氣體擴散電 --------叫丨裝-------^訂-----(線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210 X 29"7公釐） 經濟部中央標隼局員工消費合作社印装 及、瞽 ^--- 麵3 > ^側的相應電極室形成流體靜壓力平衡。 而這ΪΪ這些氣袋是在其後側以所謂氣體隔板作爲邊界， 的k些氣體隔板又以其低於該實際氣袋的一端以集氣擋板 接=式作爲通向電解液的開口，在此處，該集氣擋板用於 在電解液中上升的氣泡，然後將這些電極氣送往下一 匈取高的氣袋。 爲趙地説，該集氣檔板在電化學半電池中的布置使其剛 到電化學電池後壁的前面，例如以便防止氣泡從旁路 i過，Y 0 但另一方面，爲了達到流體靜蜃力的平衡，而在後 電核室中充滿電解液。 該集氣檔板優選在抵於相應氣袋下部邊緣的位置，或者 在該禁氣檔板的上部區域，具有例如可稱爲小孔或狭缝的 可復氣體通過的開口，以便把多餘的氣體受控制地輸送呈 〜個最高的氣袋。氣體從相應氣袋的下部邊緣通過所説 開口的距離，對處於氣體擴散電極之上的壓差產生影響。 這些1氣體通過的開口的布置最好使得一個氣袋與另一個 氣袋之間’其開口相互錯開，從使得上升的氣泡總是碰撞 在擒板區域而不是直接通過開口。 最優選的方案是具有一組一個按一個地排列的通氣開口 ，在它們上方的下一塊最高氣體擋板上，這些通氣開口上 方的整個面積都沒有通氣開口。在特殊的情沉中’相應的 擋板在其一側設置有通氣小孔，而在其餘的面積上則沒有 通氣小孔。然而在每一塊最高擋板上將有小孔部分和無小 孔部分的面積完全相反地布置。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） II ^—^1 ! · - 1 n^i n^i ( I 士- I —i 1 -I-I In m I I - - ^ (請先閱讀背面之注意事項再填莴本頁) 繾濟部中夬棣隼局員工消費合作·杜甲製 A7 B7 五、發明説明（6 〉 由於"集氣"功能所引起的物理分離作用和由於輸送功能 面將氣體導入氣袋以及將工作氣體轉送至下一個最高氣袋 ，使得在該氣袋的氣體區域中建立了對流，這有助於防止 在氣袋中未轉變的那部分氣體的積累。在氣體擋板與氣體 隔板之間的聯接板’起一種對導入部分和輸送部分加強分 離的作用，從而迫使氣體在兩個氣袋之間對流。 爲了對流過電解液間隙的造成的廢力損失進行附加的補 償，也可以調節上述小孔或狹缝的高度，以使它們相對於 處在它們上面的氣袋不在相同的高度上。它們可以（爲了 對在任選地充塡有墊片的狹窄的電極室中的液壓損失進行 附加補償）處於最底部氣艘擋板的最深點，並且與下一個 最高氣袋的氣體擋板上相應的較高的小孔或狹缝相互錯開 ，以此方法即可在相應氣室中經常獲得相同的壓差條件。 特别是通過下述方法可以使壓力損失得到附加補償，即 通氣開口從一個氣袋到另一個氣袋可按這樣一種方式變化 ，即假定禁氣擋板皆具有相同的相對高度的情況下，這些 通氣開口的直徑逐漸減小或增大，優選是從底部向頂部， 通氣開口的直徑逐漸減小。 處於最底部的氣袋的集氣擋板，尤其是可做成虹吸結構 (例如一個變轉的薄金板），它可以使壓力補儅作用不會 由於電解液流入電化學半電池面受到干摄，也不會受處於 氣體擴散電極與離子交換膜之間的主液流所干擾。 本發明的電化學半電池的優選方案的特徵在於，所説氣 體從集氣擋板通過狹缝而導入氣袋中，該狹缝任選地被金 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4规格（210X297公釐） --------f 1¾衣-- (請先閲讀背面之注意事項再填莴本頁) -訂 翅濟部中夬樣準局員工消費合作社印裝 A7 ' -—-_ 五、發明説明（7 ) 屬傳導連接物阻擋，以便在氣袋的支持物與後面的電源之 間獲得低電阻的連接。 該狹缝優選地設置成它能保證在集氣雛下面氣體寶液 f處’由於氣泡的破裂所造成的電解液滅射不能直接炎到 氣體擴散電極的後側壁上。該電極的後侧壁上任選地覆蓋 塊用來阻擋氣體導入的栅網，以防止在氣體室中的電極 受污染。 所説乳袋的高度優選爲1〜5〇αη，特别優選是5〜30cm。 *該電化學半電池優選是通過—個單獨的氣體源，將電極 氣供入最下面的氣袋中，其中過剩的氣體由底部至頂部從 〜個氣袋轉移到另一個氣袋，而在最後一個氣袋中仍然留 下的過剩氣體則從該電化學電池的頂部排出。 在該電解模的一種方案中，電極氣可以同軸地通過一個 /、同喷嘴供入最底部的氣袋，同時電解液則供入電極室， 面過剩的氣體則隨同電解液一4排出。 假如某些電極單元用作氣體擴散電極則將該氣體擴散 電極單元氣密性地固定到電朽室中。 、用於氣體擴散猶的夾緊元件可以是-種例如夾板條或 每性板條的結構’它在最初組裝時起作用。 在電化學電池使用中間離子交換膜的情況下 ，可以在組 後借助於離子交換膜將夾緊元件支撐在對面的電極結構 上’面對對的電極結構則支撐在離子交換膜的後面，這樣 就保證了有適合的接觸壓力作用於氣體擴散電極上。 在一種電化學電池的情況下，夹緊元件可以在其面向離 -9 · 本紙張认遑用中國規格（2. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

J -裝--------------f·^---------^-- 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 _ B7 --------——__________ 五、發明説明（8 ) 子交換膜的一側上具有順著流動方向的切口，這樣即使該 電化學電池處於恩緊的狀態下也能允許電解液均句地從電 極室中的一個小室通向另一個小室。 在一個特别優選的方案中，狹窄的電極室中充塡有彈性 塾’這些彈㈣不僅充滿了間隙地並起料促進器的功能 ，而且由於它們處於上述的夾緊元件之間，因此在被夾緊 元件壓緊在一起時，就成爲一種具有更大彈性的元件，從 而使氣體擴散電極受到接觸壓力和達到密封。 在本發明的電化學半電池的一個優選方案中，氣體擴散 電極單元借助於一種τ型夾板條來固定，該長形元件以合 適長度的窄板條作爲其兩端，其上面插入低電阻的電源線 ，其後面的緊固操作可通過夾緊楔子來進行，這些夹緊模 子借助於適宜地布置的孔來驅動。氣體擴散電極和任選的 密封墊都通過τ型夾板條的短端而被壓緊在低電阻電源線 上，從而保證同時達到氣密性和良好的電接觸。 向氣體擴散電極供電最好是通過電極的夾緊元件來實現 ，而該夹緊元件又以低電阻與連接到外電源的電化學電池 後壁相速接，處於兩個夾緊元件之間，在電解液一側與氣 體擴散電極相連接的金屬格結構，保證了短的電流通路。 在氣醴擴散與金屬栅格一體化的情況下，也可以省去處於 兩個夾緊元件中間的單獨的金屬栅格。 具體而言，在連接到電化學電池後壁的低電阻連接物上 具有開口或小孔，以便允許在後室中的電解液達到體靜壓 力的平衡，另一方面爲氣泡的通過提供一條通路。 -10 - 本紙张尺度適用中國國家橾隼（CNS ) A4規格（210X297公釐） --------^ I裝------訂------4.龈 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準扃貝工消费合作社印裝 A7 B7 五、發明説明（9 ) 連接到電化學電池後壁的最底部的低電阻速接物上帶有 一個小的平衡孔，它允許電解液在後室中混合均句，而不 會對通過電極室的電解液主流產生明顯的影響。 本發明的電化學半電池的一個優點在於，氣袋電極整個 結構可以整體成型，從而使它能從電化學半電池中拆卸下 來0 特别優選的是氣體擴散電極可以更換，面氣袋電極的所 有其他結構可以繼續工作。 本發明的電化學半電池的一種優選形式可作爲例如氣鹼 電解工藝中的耗氧電極使用。將所需的氧供入水平的氣袋 中，該氣袋的相應高度由該氣體擴散電極所能承受的壓差 來決定。在此情況下這些氣袋由電極、帶有適宜氣體通孔 和氣泡收集擋板的後側隔板以及與氣體擴散電極形成相對 侧的夾緊構件共同構成，該夾緊構件也起一種電流分布的 作用。氧被供入最底層的氣袋中，在此處沒有轉變的氧成 爲氣泡通過側壁隔板底部區域適宜的小孔而進入此處所含 的電化學電池中（最好該電解液與陰極室的電解液相同） ，這些氣泡被下一個最高氣袋的氣泡池收集擋板所收集並 接著進入該氣袋中。該過程一直重複進行直至到達最高的 氣袋，在此處，有一部分氧已被各個耗氧陰極所消耗。最 底層氣袋的進料氣應加以調節，以使得最頂層的氣袋一直 有過剩的氧放出，以保證所有的耗氧陰極都有過剩的氧供 應。沒有轉變的氧可加以收集並將其再次作爲進料使用。 在每一個氣袋的區域，形成一個相當於從氣泡弩液面的 -11 - 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4規格（210X297公竣 --------I裝------^訂-----f 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（10 ) 底部邊緣到達氣袋級聯與電化學電池後壁之間的液柱的頂 部邊緣的液柱的氣體壓力。該壓力被電極室中的液柱所補 價，假定在兩個電極室中具有相同的液面（例如對兩個電 極室進行液壓連接），則處於上述氣泡弩液面的底部邊緣 處達到了平衡。由於在相應氣袋中均句壓力占優勢，在氣 體一側平均地存在稍稍過大的壓力，因此有希望達到最優 功能的目的，例如氧的催化還原。 在本發明的電化學半電池的另一個優選方案中，電極室 和後電解液室皆在水力學上被分隔開，因此，爲使所有小 室都具有相同的壓差，可在兩類小室中通過改變進料液面 或排料液面的高度來達到。 這是可以達到的，例如，通過一根接到氣體出口的管子 進行單獨的氣體排放，並任選地設置處在氣體出口上方的 電解液貯槽，以便達到可控的過剩壓力，從而使該受控的 壓力與電極室所有氣袋的壓力相同。 如果在一方面，從電化學電池放電解液最好是如圖5所 示通過一根豎管向下排放，或者任選地通過電化學電池的 側壁向下排放，那末就可能一起直接地排放電解液及剩餘 的氣體，只要將來自電極室的電解液全部地在電化學電池 的頂部通過該氣袋電極而流入後面的電解液室，在此處， 電解液與剩餘的氧一起從電化學電池向下通過豎管排出， 或在橫向排放的情況下’也是排到電化學電池侧壁。不同 的豎管高度導致不同的壓差，在液壓大於氣壓的情沉下， 特别有利於使織物型氣體擴散電極緊貼地支持在電流分布 -12 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） —-------^丨裝----„----訂-----γ 線 (請先閲讀背面之注意事項再填筠本 經濟部中央樣準局貝工消费合作社印装 30ΐε〇5 Α7 五、發明説明（11 ) 械格上。在此情況下，可以任選地省去用於電極的固定裝 置和夾緊裝置。可以用一種十分相似的方法來使電解液和 剩餘氣體一起通過豎管聯合排出，遑樣也可以通過一根橫 向地接到電化學半電池上的排料管來排放’這時，氣體與 電解液的分離，例如可在一個處於電化學電池附斤金的收 集器中進行。按此方法也可使液壓高於氣體擴散電極上方 的氣壓。 本發明的電化學半電池可以推廣應用到任何技術上可行 的規模，條件是相應地增加氣袋的數目。由於用於具有代 表性的電解進料所需的氣體量（例如氧）例如對每平方米 陰極面積每小時爲0.7〜1標準立方米，因此只需如水力學 試驗所示那樣，將氣泡通孔進行適宜分布，就可以毫無問 題地獲得所需的氣體輸送量。 本發明的電化學半電池在原理上可用於常規的工業離子 交換膜電化學電池，以用來進行鹼金屬_化物溶液的電解 ，條件是所説電化學電池必須具有足夠厚度的陰極室，以 便使用例如耗氧陰極來進行節能操作。 其他可以應用本發明電化學半電池的潛在領域例如有： 重鉻酸鈉的電解。這時，產氧陽極可以用一個耗氫陽極 來代替，在陰極上產氫的反應可用耗氧陰極進行氧還原的 反應來代替。 通過在氣雅擴散電極上進行的氧還原反應來生產過氧化 如序言中所述，將驗性燃科電池用於氫氧化釣溶液的増 -13 - 尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格（2丨〇X297公釐） ---------^ ί裝------^訂------f 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 五、 發明説明（12

翅濟部中央棣準局員Η消費合作衽印製 濃0此處可用本發明的電化學丰 轉化，並用其作爲陰㈣連行氧^作騎糾進行氫的 件=:==::，_條 至上皆可以使用本發明的電化 學半電池。 已知的所有類型的本擴散電極在原理上都可用於本發明 的電化學半電池，例如帶有整體化金屬支持體或電流分配 栅格或由破魏構成的電極等類型的電極。本發明的電化學 半電池的其他優選實施方案在從屬權利求中給出。 以下將在實例中根據附圖詳細地解釋本發明，在附圖中 圖1示出一個使用耗氧陰極的電化學半電池的主要布局 ，它可能作爲氣鹼電化學電池的一部分； 圖2是圖1中從A-B線剖開的通過電化學電池的剖面圖； 圖3是圖1中從C-D線刦開的通過電化學電池的剖面圖； 圖4是用於本發明的電化學半電池的氣袋的基本布扃的 示意圖；以及 圖5是帶有可調壓差的電化學半電池的示意圖。 電化學半電池1具有一個電解液入口喷嘴2和一個電解 液出口喷嘴3,該電化學半電池1以一個常規的離子交換 膜作爲邊界，其中裝有一個氣體擴散電極5以用來代替常 規的金屬電極。該氣體擴散電極通過其後的一個金屬栅格 構件6來獲得電能供應，該栅格構件6的作用是以低電P且 將電流分私入氣體擴散電極中’而其本身則通過結構元件 本度適用中國if家標準（CNS ) Α4规格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝- 訂 經濟部中夬榡準局員工消t合作社印製 A7 B7 五、發明説明（13 ) 7來接受電能，該結構元件7又與其後面的接觸元件8進 行金屬接觸’接觸元件8又通過後壁〗接通外電源（此處 未示出）。當氣體擴散電極5與金屬電流分配栅格一體化 時，可以省去栅格構件6。 眞實的氣袋20的構成包括：帶有疏水性後側面的氣蹲擴 散電極5;結構元件7，它不但在頂部和底部，同時還在中 部構成氣袋20的邊界；後方氣體隔板9，它在頂部和中部 氣密地連接（例如焊接）到結構元件7上。氣密性連接件 延伸至處於朝氣體擋板21彎曲的氣體隔板9與橫向結構元 件（此處未示出）之間的橫向聯接板的下端。 這樣構成的氣袋電極可以成型，以便作爲一個單元裝置 裝卸。 氣體可以通過一個軟管10供入，該軟管1〇氣密地連接到 最底部的氣袋20並同軸地通過入口喷嘴2。在最底部氣袋 20中未轉變的氣體流過通氣口 11，對於所有的氣袋元件， 該通氣口1的形狀皆相同，氣泡通過處於與氣體隔板9形 成一個角度的氣體擋板21上的小孔12，或任選地通過虹吸 器18而進入垂直的液柱中，然後通過小孔或後面的連接元 件8上的通氣口 13,接著被下一塊最高氣體隔板9的氣體 擋板21收集並進入相應的氣袋20’中，在此處再有部分氣 體被轉變。在電極5中未完全轉變的氣體與電解液22—起 通過出口喷嘴3而從電解液室中排出，並任選地將氣體從 溶液中分離出來並再次用作工作氣體。 在一個方案中（見圖5)，未完全轉變的氣體與電解液 15 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本f ) -β } | ί 五 經濟部中央標準局負工消费合作社印製 A7 B7 、發明説明（14 ) 一起通過一個豎管24向下排出，這樣，在豎管的整個高度 内，經過所有氣體擴散電極5的壓差都同等地變化。 借助於夾板條15 (也可以見圖2 )而將氣體擴散電極5 固定並密封於結構元件7上，該夾板條15只在開始時起曾 助固定的作用。因此，這些夾板條也可以用帶有相應塑科 塗層的磁性板條構成，在該夾板條15朝向離子交換模4的 壓力元件的侧面上具有與該夾板形成傾斜角度的切口 15 ，這些切口的作用是允許電解液易於從陰極室14的—個+ 室流向另一個小室。 耐電解液腐蝕的彈性限距片16,最好是一種不導電的薄 型材料，用它來覆蓋整個陰極室，其作用是作爲一種瑞洋 促進器和墊片，並可將氣體擴散電極15緊貼地支持在電= 分配栅格6上。按表面接觸方式將電極17平舖於離子交^ 膜4的另一個侧面上，在鹼金屬由化物電解的情況下所 説的電極17就支持在離子交換膜4上作爲陽極17,在完成 組裝後它不僅起機械支撐作用，而且尤其是以適當的壓力 通過被壓縮的限距片16而將夹板條或磁性板條15壓緊在氣 體擴散電極5上，並幫助氣體擴散電極5的密封。用這樣 的方法就能可靠地防止離子交換膜和氣體擴散電極的擺動 ，從而增加其使用壽命。另外，使得在氣體擴散電極5與 電流分配栅格6之間達到了低電阻的緊貼式接觸。 由於電解液進料2在底部區域需要可靠地防止作爲電極 氣的氧進入陰極缝隙，所以在此處氣泡的流動方式作如下 具體變動： -16 本紙張·尺度通州T國國豕標準（CNS ) A4規格（2ΐ〇Χ297公慶 -------γ —裝------S叮----- 線 Γ靖先閱碛背面之注意事項再填本耳j Α7 Β7 經濟部中央橾準局貝工消費合作社印裝 五、發明説明（15 ) 像在其他氣袋20中一樣，形成作爲氣流通道的缝隙11。 是但此處的氣體隔板9彎入虹吸器18中，並將氣流反向導 通過後連接元件8a，在該後連接元件8a上不具有任何通氣 口 13，在此處由相應最底部氣袋20的氣體隔板9進行浸入 作用，氣體隔板9在此處不朝氣體擋板彎曲。從而在氣體 隔板9的後面形成了一條與缝隙11 一樣允許溢出氣流通過 的缝隙11a。按此方法可以保證最低層氣袋20具有相應的 過剩壓力。在後連接元件8a上有一個小的平衡孔19，它可 以作爲後室中更換少量電解液之用，這樣就不需要將液流 強制地通過陰極室14,以免其中引起明顯的干擾。 實施例1 爲了模擬氣袋電極的水力學行爲，在一個實施列中使用 一種模型來進行實驗，該實驗採用以下工藝參數： 按照下列尺寸來製造一個模型（根據圖4)，但是沒有 電氣元件。 模型高30αη， 模型寬20αη， 3個氣袋，每個高10αη ★ 電極室厚度1 cm， 擋板長度6 cm， 擋板角度約30° ， 在播板寶曲處有2個小孔，孔寬0.5mm， 小孔至另一小孔的距離1 Οαη。 從氣體擋板21至氣體檔板2Γ，這些小孔的位置按橫向 m- ^^^^1 nn ml mV f— mu nn 1 —.n ^^1 ίΛ 一 0¾. i "7 e (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4規格（210X297公釐） 經濟部中央橾準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（16 ) 相互錯開。 結果 用壓縮空氣和氧進行了一系列試驗。按照選擇的方案， 在第一個氣泡通過無支持氣袋的擋板邊緣之前，可以使用 30至35 Ι/h流量的氣體通過每個小孔。壓差試驗表明，對 於所有3個室皆產生相同的壓差。對於一個比負載爲3 kA /m 2的電極來説，每平方米電極面積的需氧量爲例如0.63 m3 N/m2 xh，或者在75eC的操作溫度下約爲〇.8Xm3 /m2 X h(m 3 N=標準立方米）。 根據對該模型測得的通過每個小孔的氣體流量爲1/h， 通末假定電化學電池的高度爲lm，則使用各自高度爲25cm 的4個氣袋就已足夠，而假定其他的尺寸皆相同，則一個 小孔可以約爲7cm，由於從最底部氣袋排出的氣體中有0.2 m2 /h的工作氧氣在最底部的電極上被消耗掉，因此從下 一個最高氣袋溢流的氣體中也必定有0.2m 3 /h的氧被消耗 掉0 實施例2 耗氧陰極的壓力補償操作的實例例子： 在另一個實施例中，按下列尺寸製造電化學電池並用它 進行實驗： 電化學電池高度 9〇cm 電化學電池寬度 22cm ^ 4個氣袋，每個尺寸爲18X 10cm2 電極室厚度 1.5cm --------1 — 裝----7--•訂------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） scicos A7 B7 五、發明説明（17 ) 擔板長度 6cm 擋板角度 約1〇° 每塊擋板有2個孔，每個孔1.5cm，孔間距4cm，從一塊擋 板至另一塊擋板，小孔的位置錯開， 耗氧陰極 4個陰極，每個無活性的表面爲18X 18cm2， 型號爲ESNS，由GDE，法蘭克福製造，使用含 有20% Pt碳，用量爲 15.9g Pt/m2。 離子交換膜 Naf ion® 980 WX型，由杜邦公司製造 陰極與離子交換 膜之間的缝隙 0.3cm 陽極 具有低氧活性的鈦質拉製金屬網，由Haereus, Hanau製造 4個陰極單元，每單元的尺寸爲18x18cm2， 它們各自獨立地供電 結果 對於一個電流密度爲3 kA/m2，電化學電池溫度爲85eC 的電化學電池，NaC溶液的進料濃度爲300g/l，在電化學 電池中，NaCl溶液濃度的降低約爲90g/l，生成的氫氧化 鈉濃度爲32.5%，供入過剩量約爲10%的純氧，對每個電化 學電池單元，從其底部至頂部，分别測得電壓爲： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製

單元1 2.04V 單元2 2.05V 單元3 2.04V 單元4 2.04V 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A7 B7 五、發明説明（18 ) 即使在連續工作4周以後，檢測結果也表明電壓與高度 沒有關係。相對於平均値的偏離在S5niV的範圍内，故所 測得的電壓的變化非常小。 ^—裝 . 訂 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 -20 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. 六、申請專利範圍 專利申請案第84113156號 ROC Patent Appln. No.84113156 修正之+請專利森团中文表一附件-Amended Claims in Chinese 一 Enel. ~ (民國86年1為:iy日送呈) (Submitted on January^, 1997) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1. 一種電化學半電池⑴，它包含至少一個用於容納電解液 (22)的電極室（14)、一個氣體室（23)以及至少一個處於 氣體室（23)和電極室（14)之間用作陽極或陰極的氣體擴 散電極（15)，其特徵在於，其中的氣體室（23)被分隔成 兩個或多個氣袋（20)和（20，），這些氣袋按級聯方式一 個疊一個地排列，這些氣袋相互分隔開並在朝下的方向 上具有通向電解液（22)的開口，以使得每個氣袋（2〇， 20’）經開口加到電解液（22)上的壓力與處於氣體擴散電 極⑸前面的電極室（14)相應部分内電解液柱的壓力相平 衡，從而使得任何的氣體補充或氣髏排出都發生在該通 向電解液（22)的開口（11)和（12)處。 2. 根據申請專利範团第1項的電化學半電池，其特徵在於， 處於電解液（22)之上的氣袋（20,20，），每個都顯示出相 對於處在氣體擴散電極⑸另一側的相應電極室（14)具有 穩定而可調的壓差。 經 部 中 央 標 準 Λ 員 工 消 費 合 作 社 3. 根據申請專利範圍第1或2項的電化學半電池，其特徵 在於，這些氣袋⑵以氣體隔板⑼作爲其後側邊界，該氣 體隔板⑼以其低於眞實氣袋（20)的端部構成集氣擋板 (21)以及是通向電解液（22)的開口（11)，其中，集氣擋 板（21)用於接納在電解液中上升的氣泡，然後這些電極 氣通向下一個最高氣袋（20’）。 4·根據申請專利範園第1或2項的電化學半電池，其特徵 麥於集氣擋板（21)延伸一對剛好處於電化學半電池⑴的 後壁之前的位置。 5.根據申請專利範圍第1或2項的電化學半電池，其特徵 -21 -本紙張尺度遑用中國國家標隼（CNS ) Μ規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 A8 B8 CC D8 六、申請專利範圍 在於集氣擋板（21)在其低於相應氣袋（2〇)的下部邊緣的 位置，或者在該集氣擋板（21)的上部位置具有用於揀制 過剩氣體進入下一個最高氣袋（2〇,）的輸送量的通氣扎 (12卜 6. 根據申請專利範園第5項的電化學半電池，其特徵在於 通氣孔（12)(用於補償電極室中任何液體靜壓力的損失 )從最底部氣袋（20)的集氣擋板開始，其位置的布襄方 式是相對於相應的氣袋（20)的底部邊緣，上方和下方通 氣孔的位置相互錯開。 7. 根據申請專利範圍第5項的電化學半電池，其特敬在於 多個通氣孔（12)在特定面積上的布置是使其成爲一個接 著另一個地排列的一組，其中，相應於重疊布置的氧袋 (20,20’），帶有通氣孔（12)的集氣擋板的面積經常這樣 來布置，使得處於通氣孔（12)上方的集氣擋板（21)的相 應面積内設有通氣孔（12)。 8. 根據申請專利範圍第5項的電化學半電池，其特徵在於 通過處於集氣擋板（21)與氣體隔板（9)之間的連接板來 使得在集氣擋板（21)上具有氣袋（20)的通氣孔（12)的那 部分面積與設有通氣孔6^，分面積分開，以促進氣體 室（23)中的氣體交換。气 9. 根據申請專利範圍第1或2項的電化學半電池，其特徵 在於在最底部氣袋（20)處的集氣擋板（21)的結構是形成 一個虹吸器（18)，它能使壓力補償不受電解液（22)流入 電化學半電池（1)的干擾。 f 10. 爭據申請專利範圍第1或化學半電池，其特 -22 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 装. 烏 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 A8 Βδ C8 D8 六、申請專利範圍 徵在於氣袋（20)的高度爲1〜50cm，優選爲5〜30αη。 11. 根據申請專利範圍第1或2項的電化學半電池，其特 徵在於電化學電池的進料是通過一個單獨的氣源將氣體 供入最底層的氣袋（20)，相應的過剩氣體由底至頂地從 氣袋（20)向氣袋（20，）輸送，而在最頂層氣袋之後仍剩 下的過剩氣體則從電化學電池的頂部排出。 12. 根據申請專利範園第1或2項的電化學半電池，其特 徵在於通過將電極室（14)和電解液室（22)進行水力學分 離，而使得在氣體擴散電極⑸前面和後面兩部分區域之 間的壓力差可以自由調節。 13. 根據申請專利範園第1或2項的電化學半電池，其特 徵在於氣體⑽進入最底層氣袋（20)的供料是與供入的電 解液一起同轴地通過一個嘴嘴⑵進號電極室（〗4) ’而過 剩氣體的排出則是與電解液一起向上通過出口喷嘴⑶排 出。 14. 根據申請專利範圍第1或2項的電化學半電池其特徵 在於電極室（14)在頂部與氣袋（20)後面的電解液室進行 水力學連接，進入氣袋（20)的剩餘氣體和排出的過剩氣 體皆與電解液（22)—起，或者通過氣袋（2〇)後面的一根 豎管（24)向下排出，或者通過一個橫向布置的喷嘴，通 過一個處於相同液面的氣-液分離器而向側面棑出。 15. 根據申請專利範圍第14項的電化學半電池，其特歡在 於通過處於氣袋（20)後面的豎管（24)的高度或者通過橫 向接觸喷嘴的液，使得電解液（22)的液面與電極 室（19)中電解液相比，二者之差是穩定的，因此 -23 - 用中國國家標準（CNS > A4規格（210X297公釐1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 装· 訂 ABCD 經濟部中央榡準局員工消費合作社印製 六、申請軒j範目 ~~~' ’氧體室（23)與電極室（14)二者之間的壓差對於所有氣 袋（20,20’）都是同等地可變的。 16. 根據申請專利範圍第1或2項的電化學半電池，其特 徵在於電源通過夹緊裝置⑺向氣體擴散電極⑸供電，而 夹緊裝置⑺又以低電阻接到與外電源相連接的電化學電 池的後壁上，而處於兩個夾緊裝置⑺之間，在電解液— 側與氣體擴散電極⑸相連接的金屬栅格構件⑹保證了最 短的電流通路。 17. 根據申請專利範圍第16項的電化學半電池’其特敬在 於與電化學電池壁相連接的低電阻連接件⑻具有開口或 小孔（13,19)，它們一方面允許在電極室（14)後面區域 的電解液（22)達到流體壓力平衡，而另一方面又作爲讓 電極氣的氣泡通過的通道。 18. 根據申請專利範圍第16項的電化學半電池，其特敦在 於連接到電化學電池後壁的最底層低電阻連接件具有〜 個小的平衡孔，它允許電解液在電解室後面的區域現入 均句，而不會明顯地影響通過電極室（14)的電解液（22) 的平穩的主流。· 19. 根據申請專利範圍第1或2項的電化學半電池，其特 徵在於氣體擴散電極⑸是可以更換的，而電化學半電池 ⑴的所有其餘構件皆可以保留。

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