TW593773B - Electrolytic cells with renewable electrode structures and method for substituting the same - Google Patents

Description

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五、發明說明（i) 在電化學應用上已知使用基體形成的平面電極，大夕 數情況下是多孔性，塗佈一種或多種電催化性材料。以夕 所述主要指此種電極結構，隔臈電解池内所用陽極和陰i ’代表工業上電化學目前情境特別重要現況；然而，^ ^ 專家均知本發明亦可應用於裝設類似結構元件之其他二# 電解槽和電化電池。 i

使用有電催化性塗料的平面電極之隔膜電解池例，栽 於美國專利第4，7 6 7，5 1 9號，其中所述電極結構包括導電 性这部’在兩面設有突出的支持結構’利用適合的冷氣片 材保護不受腐蝕，並設有周邊密封突緣；該片材在相當於 該支持結構突部之面積（其表面實質上位於同樣平面），結 合在毁有電催化性塗料之電極網π對形成芯部的片计施^ ’或按照更習知的具體例，把導電性隔髏結合於芯部本身 ’例如利甩熔接固定，即可得突出的支持結構。又知同樣 構造可在金屬芯部之僅只一侧，設備突部支持具有電催化 性塗料之單一電極d例如按照英國專利申請案GB 2，〇】0 9 〇 8號，在塩酸的去極化電解中，兩側設有氣體擴散電極 的電解槽即是如此。在此種電化學製程情況下特別有益的 構造，載於德國專利申請案DE 1 98 50 〇71 ;在此情況 ’肋條係由浪形片材製成，配置形成溝道，使流3 *

上和向下循環。DE m 5 0 0 7丨號所述半電池V構體輪顯1然向 亦了應用於相反侧，以形成完整的双侧結構，可用於不、、勺 括氣體電極之電解法。當然，上述具體例可有許多選匕 按照相對應電化電池針對的不同用途；然而，在所有情況

五、發明說明 下，稱為 背壁，突 少一部份 極或電極 設有通孔 多孔片、 另外，電 對共同平 或「百葉 有催化性 用於偶爾 在前 鍵性。例 料之電極 脫落、基 理由所致 非貴金屬 屬的電催 ，例如欽 例如貴金 ，然後必 電極必須 ，徹底清 位進行。 的陽極或 支持結構 平面上， 利用熔接 由洞孔組 元件二或 平行條製 搭或部份 發明特別 催化性塗 代至少部 解決方法 非催化性 會隨時間 催化塗料 鈉電解而 電性金屬 以陽極而 上由電催 。該塗料 再生基體 下；再生 媒母質， ’以塗佈 (2) 半電池 出元件 ’是位 配置， 或開孔 擴張片 極可由 面傾斜 窗」形 塗料， 或定期 述習知 如，以 而言， 體本身 。例如 和非催 化性膜 ，而塗 屬或其 須更換 自電池 理基體 在若干 即單一 製成的 在同樣 是例如 ’往往 ’或該 整片或 ’不重 態。本 例如電 需要取 技藝之 導電性 該塗料 在與電 以氣化 化性導 。例如 料典型 氧化物 電極或 結構卸 ，喷觸 情況下 陰極電 ’故各 而固定 位於同 成；例 以上的 成，例 重搭， 可用於 料，詳 份該電 中，電 基體所 失活， 接觸的 言，陰 構成為 言，基 化性膜 之壽命 ° 又， 程序事 並高溫 鎳和釕 解室， 突部的 於該終 樣平面 如電極 排置或 如配置 _如戶斤 該電極 後；然 極之任 極取代 致具有 由於消 面積純 極和陽 佳，塗 體可由 製成， 往往在 在此最 實上即 熱處理 氧化物 共同元件為 終端部份至 端表面的電 。電極通常 可包含網、 組合，·然而 在平面，或 謂「天窗\ 至少部份設 而’亦可應 何情況。 問題相當關 電催化性塗 耗、從基體 化’或其他 極二者均以 佈含有責金 閥金屬製成 以釋放氣， 數年的範圍 後情況下， 預計步驟為 ’不能在原 之錄陰極發

593773 五、發明說明（3) 必須強二再生’·又在此情況下，顯然電極 極而言，可f::::方式進行，例如，就薄網形式的電 決方式不太好，、因.的支持結構撕下來。然而，此項解 重損壞支捭壯媸从f f除去一部份或改變其形態時，有嚴 份電極此外'，電極撕…仍有部 在隨後應用代替電極妹構样=°卩，以致失去平坦性，以致 作’以清理和恢復電池結構。 支持結；ί各更為廣泛技術包含相對應鄰接 電極，的面積切割電極。⑹此-來，部份失活 。更新ϊ搞社=條狀，保持熔接或以其他方式固定於突部 用於Ξ体：ί隨即應用於該剩餘部份電#，而非直接應 增加厚度至相當於電極厚度。邏輯上， μ ，翁隨後再生時，必須替換各周邊密封用密合墊；事實 邊密人了確保最佳效能，電池設計需要電極外面與周 :二L 有良好界定的水平。密合墊更換涉及若干缺 =本身的成本外，事實上必須有不同厚度的模具 古有甚大成本。此外，密合墊較大厚度表示在壓縮下 有較大橋動，以例如聚合物隔膜電解而言，特別不巧，因 為=加蠕動，會造成對隔膜的較大應力，介入該何密合墊 之間’因而有較大的破裂之虞。 美國專利第5, 454, 925號表示前案技藝中，在設有肋

593773 五、發明說明 條等突部 。按照相 式切割， 述習知技 了每次隨 隔膜電解 影響，背 密合墊的 部份突部 4圖順序 接的網， 接於角位 面間距離 缺點是. 的表面間 條所得預 其複雜。 證維持完 角位元件 突部的全 問題的是 件組合成 脫開時完 難，除上 (4) 的隔膜電解槽内更換網電極應用的各種程序要點 關第1圖所述和所示具體例，失活網是以各種方 留下剩餘條，上面熔接新的活化網。易言之，上 藝之特別具體例，受到電池背壁和電極平面間為 後再生增加距離的負面影響。必須指出的是，以 池而言，各種再生循環在電池使用壽命中都受到 壁和電極平面間的距離有相關變化，因而各周邊 厚度有異。按照變通具體例，網連同其固定的一 ，都完全切割開來；隨後按照上引文件的第2，3， ，施加角位元件，係由預組合金屬條與呈直角焊 或將網或多孔片彎成直角製成。更新電極隨即熔 元件。顯然此種具體例既不能解決背壁和電極平 增加的問題，也不能解決網切割的問題。又顯示 圖示角位元件在必須銜接突部的表面和支持電極 ，難以獲得90°角的所需公差；以網熔接於金屬 組合元件而言，具有必要公差的熔接程序顯然極 以網或彎曲片而言，所得元件並未充分堅固以保 美的直交彎曲。此外，更重要的層面是，為了把 結合於突部其餘部份的熔接複雜，必須實質上沿 面連續，才能確保充分的導電性。更加缺點和成 ，出現在上引文件第5圖所示具體例，把角位元 不用突部上預先存在的角度作導引，在失活電極 全除去。如此一來，角位元件熔接於突部更形困 述問題外，以極嚴格公差維持突部主軸線與角位

第8頁 593773 五、發明說明 元件主軸線間 面上突部的剩 壁和電極平面 突部的主軸線 主要平面未具 結果是怕有隔 有過份的隔膜 最後要提 替代程序只能 者，而不表示 直接模製導電 198 5〇 071號 本發明之 更新電極結構 本發明另 可更新電極結 至少部份位於 用中間元件置 徵為，該電極 以實質上等效 有距離。 另一要旨 代方法，包括 徵為，單純切 乎行的問 餘鄯份構 間的平行 ，以及該 有I交性 膜在一端 /電極間 的是，須 應用於支 <應用於 性芯部， 所述。 目的，在 ，以克服 一目的， 構，包含 共同平面 於與位在 或該電極 電極更換 ，本發明 完全除去 割結構， 題，也必須加以考慮。除去電極平 成的拘束，易言之，即暗示電池背 ，會在兩個方向偏離，如上所述沿 軸線之垂直方向，即角位元件之二 。在二種情況下，該偏離最明顯的 壓縮，以至可能破孔，並在另一端 隙。

知美國專利5,454,925號所示電極 持結構的突部由彼此分開隔體構成 突部係由連續擠型製成，例如利用 或由浪形片形成凹溝所得，如DE 於提供一種電化電池設計，具有可 前案技藝之缺點。 在於提供一種電解池，包括至少一 背壁，設有突部配置，其終端表面 ’以及電極或電極配置，直接或利 共同平面的該終端表面接觸，其特 配置之至少部份電極，可以拆&或 一次或多次，同時維持與背壁的原 之目的在於提供電解池内電極之替 用過的電極，並應用新電極，其特 除去用過的電極’把新電極熔^於

心773 五、發明說明 原有的接 按照 替代方法 應用於任 間的固定 狀的連續 按照 替代方法 而不需修 本發 包含背壁 以位於同 與位於同 的複數性 電極或電 接，固定 在另 電極配置 室，含 以位於 位於同樣 中各該接 只在該終 面，其特 (6) 觸表面。 又一要旨 ，包 何設 距離 造型 又一 ，不 改其 明包 ，設 樣平 樣平 ，其 極配 於突 一要 更換 有背 同樣 平面 觸表 極表 徵為 括全 計的 ，該 製得 要旨 需替 厚度 含電 有突 面的 面上 特徵 置係 部之 旨下 電極 壁， 平面 的該 面至 面之 ，包 ，本發明之目的在於提供電解池之電極 部除女用過的電極，並安裝新電極，可 電池，設有犬°卩’適於維持背壁和電極 項突部係由被此分開件，或利用適當形 〇 ，本發明之目的在於提供電解池之電極 換任何週邊密合塾’或替換周邊密合墊 解池 部之 終端 的該 為， 只在 該終 ，本 或電 設突 的終 終端 少部 週邊 括： ，包 至少 表面 終端 各該 該終 端表 發明 極配 部之 端表 表面 份不 區’ 栝至少一可更新之電極結構， 一種配置，在背壁的相反侧， 以及電極或電極配置， 觸，因而界定接觸表面 面有部份不受拘束，而 的週邊區，例如利用熔 為界， 表面接 接觸表 端表面 面。 包含在電解池内之替換電極或 置之方法，該電解池包括至少 配置，在背壁的相反侧 ’要更換之該電極係與 因而界定接觸表面，其 ’而要更換之該電極， 用溶接固定於該終端表 至少一 面為界 接觸， 受拘束 例如利

—-- 五、發明說明（7) •切割突部之該级 質奐部份’避免同蠕=去固定於要ί 切，以及 碉表面不受拘束之實 之部二把ΐ替代電極定位在前述切剌丄 ，最好在該剩餘終中未除去的突部終端 極固定於該剩餘終端表面端表面的週邊部份，把該替換電 無音本發明上述和其他要旨以丁,农 Ί f何方式限制由所附申社真：施例加以說明’然而 第2和3圖表干太\ 第一具體例之侧視圖. =法之接續步；ΪΓ圖按-具體例的電解…^ 第本發明替換過的電極結構拆卸， 以圖本表發明Λ解池第； :ί法之接續步：月圖按表照第把二具體例的電解池電極替 本發明替換電極之定位。的電極結構拆卸’ 本發明電Μ 4 # 新的電極結構以J -具體你】如第1圖㊉示，#中可更 部（3)固定在預 （），界，平面電極（2)藉至少一突 ，跨越電朽Ϊ。電極利用例如熔接等拘束“df 的隔體表面。ίΐ；； 間之接觸表面，即背壁相反側 邊區；隔體故該項拘束係位於該終端表面的週 、’、碼表面與電極接觸的其餘部份，絲毫不固定 第11頁 593773 五 _、發明說明（8) __ 於電極，只是銜接。第1圖亦表示電池元 :設有週邊密4塾⑷。4最通常情況下3 緣(5) 單一結構70件之組件，形成平鍋狀； 大1身壁，、、 緣和背壁不整合成單一 ^其他具體例t，突 電極的外表面4;與2不；：ΐί:介：元件存在。 合墊的外表面在界定的預定的位準。好與週邊密 中，電極的外表而旱在進一步較佳具體例 合墊厚度，已如^怂界疋的位準，因此亦界定密 (2)必須更換例^\按/本發明電極更換方法，若電極 替換，隔體'(3)即济線^7)、催自^性塗料失活或其他理由要 可由外側進行，例:利)么：而得以除去電極。切割 割電極。除去電」^雷射射束，沿延長線（7)同時切 第3圖表示如第2圖所示。 定於隔體終端*面之其(二藉拘束（4 )，㈣如熔接，固 週邊區進行，留下雪4伤’最妤是在隔體終端表面的 拘束；如此顯示按as Ϊ =體間接觸表面有相當部份不受 體終端表面之少部^ 述方法如何可以隨後藉逐漸除去隔 ，可得替換量愈^ : 以更換。顯然，隔體終端表面愈大 狀顯然只H圖實表:太特恭殊形狀之隔冑，其造型像Ζ形；此形 型亦可像τ· c，或倒Η形^特殊具體例的形狀之一，隔體造 在某些情況下，隔體沾 有通孔或開孔，諸如洞赤=端表面可相當大，通常宜設 例如呈網狀、多孔 或溝道，尤其是電極亦可打孔或 、張金屬片。如此，隔體和電極間

593773 五、發明說明（9) 之大接觸面積，可避免負面影鲣带 隔膜電池而言，主要避免^二口解、'的城體動力學 而 以隔膜電池而言，主要避心電解池的 和電流的危險梯度，往往局部堵塞，因而成立濃度 實施例2 成隔膜的局部故障。 本發明電解池第二具髀 電極結構中，以背壁（1)為 第4圖所示，·在可更新的 支持元件的突部（3 )固定二’平面電極（2 )係藉構成重複 元件製成：第一，固定於^預定距離°突部（3)係由二分開 (8 )製成，可按照j) g 1 ^ / 壁 疋由例如浪形片之拉件 循環。另外，拉件（$) 〇 〇 71號内谷形成溝道，供流想 不同程序，獲得不同可按照例如片材冷壓等習知技藝的 (8 )突出部的第二元緣何形，。例如利用熔接固定於拉件 表面。該平面接觸’為平面元件（9 )，構成突部的接觸 孔或挖溝，以免二=件（9 )最好具有洞孔或開孔，例如打 防止電池流體動:μ有堵塞現象，以隔膜電池而言，還可 電極利用例2的動亂，已如前述。 極和突部終端矣i接等拘束（4)固定於各突部，跨越電 件（9 )間之接觸矣間之接觸表面，亦即電極和平面接觸元 之週邊區；平面。如圖所示，該拘束位於該終端表面 不固定於電極，接觸元件與電極接觸之其餘部份，則 墊（6)的電池亓’彼而只是銜接。第4圖亦表示具有週邊密合 壁也是獨特灶槿-之週邊突緣（5 )。大多數情況，突緣和背 例内，突緣ί背^件之整體組件，可像平鍋；在其他具體 置元件存在。雷ΐ亦可不整合成單一元件，而且亦可有介 电極的外表面，即不與突部接觸的一面，最 593773 五、發明說明（ίο) _ 好與週邊密合墊的外表面在固定而預定的位 體例中，電極表面亦與突緣在 較佳具 合”厚度’-如前述。按照本；:界定密 塗料失活，或1f ί ϋ須更換，例如因為催化性 ⑺切割，得以除他/電由極強# t擬議更換’則突部（3)沿線 情形如第5圖所示。# 長切割電極。除去電極後的 第6圖表示替振雷极, 餘部份，與突部的故電極（）固定於平面接觸元件（9)的其 最好在隔體的終端表=相符，透過熔接等拘束（4，）， 接觸表面實質部份區進行，留下電極和隔體間的 可按照上述方法，逐二此顯示在隨後替換中如何 ，隔體的終端表面if除it體終端表面之少部份。顯然 愈大’可能替換數量愈多。 第14頁

Claims (1)

1. 5931^鈐本j 90127231 修換本7^- m 曰 修正 1. 相反側 平面， 一種電解池，包括至少一可更新電極結構，包括： 至少一背壁，設有突部製成的支持元件，在背壁的 利用終端表面為界，該突部之該終端表面位於同樣 至少 而界定接觸表 其特徵 電極只 該終端 如申請 洞孔或 如申請 選自網 一平面 部的各2. 極設有 極包括 疊者。 4. 極包括 5. 極設有6. 極為陽 7. 欽基體8. 極為陰 平面電極，與該突部的該終端表面接觸，因 面， 為，該接觸表面的實質部份無拘束，而至少 在該終端表面的至少一週邊區，熔接於該突 表面者。 專利範圍第1項之電解池，其中該至少一電 開孔者。 專利範圍第2項之電解池，其中該至少一電 、擴張片和多孔片的至少一元件之組合或重 如申請專利範圍第1項之電解池，其中該至少一電 一般平行條之組合者。 專利範圍第1項之電解池，其中該至少一電 性塗料者。 專利範圍第5項之電解池，其中該至少一電 如申請 電催化 如申請 極者。 如申請 ，塗以 如申請 極者。 專利範圍第6項之電解池，其中該陽極包括 包括貴金屬及其氧化物之膜者。 專利範圍第5項之電解池，其中該至少一電

   第16頁 593773 _案號90127231_年月日__ 六、申請專利範圍 9.如申請專利範圍第8項之電解池，其卡該陰極包括 鎳基體者。 1 0.如申請專利範圍第1項之電解池，其中該突部係彼 此分開的隔體，固定於背壁者。 11. 如申請專利範圍第10項之電解池，其中該隔體之該 終端表面設有洞孔、凹溝，或任何其他種類之開孔者。 12. 如申請專利範圍第10項之電解池，其中該隔體具有 一般為Z、C、T或Η形之型態者。 1 3.如申請專利範圍第1項之電解池，其t該支持元件 是由一系列突部製成，包括至少一拉件，和至少一平面接 觸元件，固定於背壁對面之該拉件表面者。 1 4.如申請專利範圍第1 3項之電解池，其中該拉件係浪 形片者。 1 5.如申請專利範圍第1 4項之電解池，其中該浪形片形 成流體循環溝道者。 16. 如申請專利範圍第13項之電解池，其中該平面接觸 元件係打孔或挖溝元件，或另行設有洞孔或開孔之元件 者。 17. 如申請專利範圍第16項之電解池，其中該平面接觸 元件係選自包括網、擴張片和打孔片者。 18. 如申請專利範圍第13項之電解池，其中該平面接觸 元件係利用熔接固定於該拉件表面者。 1 9. 一種如申請專利範圍第1項電解池的電極以替換電 極加以替換之方法，包括在切割該突部的該終端表面一部

   第17頁 593773 案號 90127231 曰 修正 圍第22項之方 面之至少一週 之該剩餘終端 圍第24項之方 項固定包括熔 利範圍第1 0項 利用切割該隔 電極，其特徵 之該週邊區， 餘部份除去者 圍第26項之方 之該電極，其特徵為，該切割造成除 突部之該終端表面的該週邊區，避免 束之至少實質剩餘部份者。 圍第1 9項之方法，其中該突部的該終 切割要更換的電極之同時進行者。 圍第1 9或2 0項之方法，其中該切割是 〇 圍第19項之方法，其中在要更換之該 部的該終端表面之該剩餘部份應用替 圍第22項之方法，其中該替換電極與 背壁除去之該電極原有距離實質上不 法， 邊區 表面 法， 接者 電解 體的 為， 避免 之一部 成除去 無拘束 六、申請專利範圍 份時，除去所要更換 去固定於該電極的該 除去該終端表面無拘 2 0 .如申請專利範 端表面之切割，係在 2 1.如申請專利範 利用雷射射束進行者 2 2 .如申請專利範 電極除去後，在該突 換電極者。 2 3.如申請專利範 背壁之距離，與從該 變者。 2 4.如申請專利範 極是只有在該終端表 固定於該至少一突部 2 5 .如申請專利範 該剩餘終端表面之該 26. —種如申請專 極更換之方法，包括 份，除去要更換的該 該隔體的該終端表面 的該部份至少實質剩 2 7.如申請專利範 其中應用該替換電 ，利用該替換電極 進行者。 其中該替換電極對 池的電極用替換電 該終端表面 該項切割造 該終端表面 法，其中該隔體的該終

   第18頁 593773 案號 90127231 年月曰 修正 六、申請專利範圍 端表面部份之 者。 2 8.如申請 雷射射束進行 2 9.如申請 電極除去後， 換電極者。 3 0.如申請 背壁之距離， 變者。 3 1 ·如申請 極是只有在該 固定於該突部 32. 如申請 該剩餘終端表 33. —種如 極更換之方法 以除去該電極 元件該部份， 質剩餘部份除 34. 如申請 端表面部份之 切割，係與要更換的電極切割在同時進行 專利範圍第2 6項之方法，其中該切割是利用 者。 圍第26項之方法，其中在要更換之該 部的該終端表面之該剩餘部份應用替 專利範 在該突 專利範圍第2 9項之方法，其中該替換電極與 與從該背壁除去之該電極原有距離實質上不 專利範圍第2 9項之方法，其中應用該替換電 終端表面之至少一週邊區，利用該替換電極 之該剩餘終端表面進行者。 專利範圍第3 1項之方法，其中該替換電極對 面之該項固定包括熔接者。 申請專利範圍第1 4項電解池的電極用替換電 ，包括利用切割該平面接觸元件之一部份， ，其特徵為，該項切割造成除去該平面接觸 避免該平面接觸元件無拘束的部份之至少實 去者。 專利範圍第33項之方法，其中該隔體的該終 切割，係與要更換的電極切割在同時進行 者。 3 5.如申請專利範圍第33或34項之方法，其中該切割是

   第19頁 593773 案號 90127231 曰 修正 六、申請專利範圍 利用雷射射束進行者。 36.如申請專利範圍第33項之方法，其中包括在要更換 之該電極除去後，在該平面接觸表面之該剩餘部份應用替 換電極者。 37. 如申請專利範圍第36項之方法，其中該替換電極與 背壁之距離，與從該背壁除去之該電極原有距離實質上不 變者。 38. 如申請專利範圍第36項之方法，其中該替換電極之 應用，是只有在該剩餘部份之至少一週邊區，利用該替換 電極固定於該平面接觸元件之該剩餘部份進行者。 W 39. 如申請專利範圍第38項之方法，其中該替換電極之 固定於該平面接觸元件之該剩餘部份，包括熔接者。

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