WO2003036741A2 - Elektrochemisches halbelement - Google Patents

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WO2003036741A2
WO2003036741A2 PCT/EP2002/011476 EP0211476W WO03036741A2 WO 2003036741 A2 WO2003036741 A2 WO 2003036741A2 EP 0211476 W EP0211476 W EP 0211476W WO 03036741 A2 WO03036741 A2 WO 03036741A2
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gas
pocket
diffusion electrode
electrochemical half
counterpart
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Hans-Dieter Pinter
Andreas Bulan
Walter Klesper
Fritz Gestermann
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Bayer Materialscience Ag
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    • 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
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/08—Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
    • 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

Definitions

  • the invention relates to an electrochemical half element with a gas diffusion electrode, in particular for the electrolysis of aqueous solutions of alkali metal chloride.
  • EP-A-0 946 791 describes and relates to removable gas pockets.
  • some disadvantages have emerged in technical testing, which relate in particular to the following points:
  • the object of the invention is to provide an easy-to-replace gas bag.
  • the present invention relates to an electrochemical half cell with a gas diffusion electrode as cathode or anode with pressure-compensated gas supply via gas pockets, in such a way that the removable gas pockets are designed to be operable from the side of the gas diffusion electrode in all removal and installation processes, and the mechanical and electrical connection of the Gas pockets with which the gas pockets supporting, frame-shaped support structure or the like.
  • the half shell preferably also takes place via easily detachable connections.
  • the half-shell is to be understood as the space which accommodates the electrode space for receiving the electrolyte, the gas space formed from the gas pockets for receiving gas and the connecting channel connecting two gas pockets in each case, as well as the electrical contacting of the gas diffusion electrodes.
  • a frame-shaped support structure or the like is provided in the half-shell for fastening the gas pockets.
  • the electrochemical half cell has a gas supply connection, which is arranged between a gas pocket and a gas connection channel connecting two gas pockets and can be detached from the side of the gas diffusion electrode.
  • a fixed part or a distributor plate with screw head and sealing system is preferably on the gas connection channel, in particular on a north wall of the gas connection channel
  • the fixed part can be used with a Gas bag, in particular connected to the back wall of the gas bag, connected counterpart detachably.
  • the counterpart gas inlet openings in the gas pocket and the gas diffusion electrode preferably have a breakthrough that is gas-tight with respect to the gas pocket. A through opening is thus formed, which extends from the rear wall of the gas pocket to the gas diffusion electrode.
  • the fixed part and the counterpart are designed such that the connecting elements of one or the two parts are accessible from the gas diffusion electrode, that is to say from the front.
  • the gas pocket can be exchanged or removed simply by loosening the connection. Possibly. it is still necessary to release connecting elements in the edge region of the gas pocket, which are connected to a support structure or the like of the half element.
  • An advantage of the half cell according to the invention is that the gas pockets have no sockets. Instead, the gas bags are easy-to-use, flat units.
  • the gas supply is preferably attached to one end of the gas pocket in the middle of the height. At the other end of the gas pocket, gas outlet openings are provided both below and above. This has the advantage that only one type of gas bag has to be built, depending on whether the gas supply is in the
  • the gas connection channels can be installed in the half shell as a fixed unit that is independent of the gas pocket.
  • Half cell i.e. for connecting the gas pockets to the carrying structure, which is done in EP-A-0 946 791 by screwing or terminal strips, which
  • the slow-sided protrusions of the gas pockets are preferably used, while the narrow-sided protrusions are bent up to the level of the sealing surface of the half-shell and pushed under the seals.
  • Edge area of the gas diffusion electrode can be connected to the support structure for the attachment of the gas pockets in the half cell.
  • the gas pockets can be connected to the support structure of the half shell with special, self-centering screws or with rivets.
  • the gas pocket could also be integrated into the half-shell by welding or soldering.
  • a detachable connection that offers the possibility of installing and removing a single gas bag directly on site, ie in the chlorine factory, is preferred.
  • a gas bag that can be handled individually has the advantage, for example, that equipping with a gas diffusion electrode, for example when the gas diffusion electrode is replaced due to Wear or damage or for quality-assured testing for any faulty gas breakthrough through the gas diffusion electrode is considerably easier.
  • Nickel is preferably selected as the material for the construction of the gas pockets and the gas connection channel.
  • the gas diffusion electrodes are essentially an electrochemically active coating which contains a catalyst metal and / or a non-metallic compound of a metal forming the catalyst, e.g. Silver (I) oxide, and a picture, e.g. contains a polymer such as polytetrafluoroethylene (PTFE) on an electrically conductive support, for example a metal mesh, non-woven or woven fabric.
  • the carrier can be a carbon network, a carbon fleece or a carbon fabric or a corresponding network etc. made of other electrically conductive materials.
  • Fig. 1 is a schematic longitudinal section through an inventive
  • FIG. 2 shows a section of a schematic cross section through the gas pocket along the line A-A 'in FIG. 1,
  • Fig. 3 shows a section of a schematic cross section of another
  • FIG. 4 is an enlargement of the gas supply connection, as shown in Fig. 2, and FIG. 5 shows a schematic cross section corresponding to FIG. 4 of a further embodiment of the gas supply connection.
  • the gas bag according to the invention described below is in one
  • Half-cathode element used in the electrolysis of an aqueous solution of alkali chloride.
  • the gas diffusion electrode is operated as an oxygen consumption cathode.
  • a gas pocket 2 is provided with a detachable gas supply connection 3, which is attached symmetrically or centrally on one side of the gas pocket between the longitudinal sides 37, 38 (FIG. 1).
  • a detachable gas supply connection 3 which is attached symmetrically or centrally on one side of the gas pocket between the longitudinal sides 37, 38 (FIG. 1).
  • the outlet openings 30 and 30 ' only those located below are open.
  • Gas pockets with a gas supply connection on the left are therefore identical in construction to those with a gas supply connection on the right.
  • the gas supply connection 3 consists of a fixed part 6 (FIGS. 2 and 4), which is connected to the front wall 4 of the gas connection channel 1, and the counterpart 7, which is part of the removable gas pocket 2.
  • the gas connection channel 1 serves to connect two gas pockets 2 lying one above the other. Through this, the gas emerging from the lower gas pocket flows into the gas pocket above it.
  • the lowest gas pocket has a gas supply connection, while a connection is provided for the gas discharge, via which the gas is discharged together with the electrolyte.
  • the gas pocket 2 is connected to the gas connection channel 1 by screwing the fixed part 6 and the counterpart 7 through the through opening 19 in the counterpart 7 via a fastening pin, such as e.g. a screw pin 15 and the nut 16 with washer 17.
  • the through opening 19 extends from the rear wall 5 to the gas diffusion electrode 22 and is thus from the front, i.e. from the side on which
  • Gas diffusion electrode 22 is arranged, accessible. By simply loosening the The gas supply connection 3 can be loosened by nut 16 and after loosening the connection with a support structure 33 configured as a rivet connection 34 (FIG. 2) in the illustrated embodiment, the gas pocket 2 can be removed. The gas is transported via the matching one another arranged throughput kicks or gas channels' 8 and 10 in the fixed part 6 or in the counterpart 7, wherein a
  • Compensation channel 9 for improving gas transport in poorly assigned, e.g. gas channels 8, 10 offset from one another.
  • Seals 13 and 14 outside and inside the through openings in corresponding seal seats 11 and 12 ensure a screwed-in seal against the electrolyte and thus to avoid uncontrolled gas loss.
  • the gas diffusion electrode 22 can be connected to the border 18 either by suitable welding (ultrasound or laser welding) or by soldering. Alternatively, a screw connection 16 '(FIG. 5) with a seal 25 can be selected, which is designed such that the counterpart 7 and the
  • the gas pocket 2 itself is provided with a border 21, the height of which defines the distance between the rear wall 5 and the gas diffusion electrode 22.
  • Rear wall 5
  • the border 21 and the gas diffusion electrode 22 are preferably connected by ultrasound or laser welding, wherein welding is advantageously carried out by an angle plate 24 designed as an edge protector.
  • the gas pocket can also be bent from a dimensionally stable gas diffusion electrode 36 (FIG. 3), whose region 35, which is not coated with catalyst material in the edge region, is bent down to the level of the gas pocket rear wall 5 and at this level with the rear wall 5 of the gas pocket 2, for example by welding or Soldering is formed.
  • the outlet openings 30 are in any case lower than the lower edge of the active zone of the gas diffusion electrode and thus ensure good condensate removal without wetting the active zone, in both cases the detachable gas supply connection is provided 3 to the gas pocket electrode unit the same.
  • the gas pockets are also attached to the mounting rail 33 (FIG. 2) belonging to the cathode half-cell in a detachable manner by means of a screw connection or rivet 34.
  • a screw connection or rivet 34 In order to obtain particularly good current contact between the two components and at the same time an electrolyte leakage current between the
  • a pre-stressed metal profile strip 31 perforated in accordance with the hole division in the gas pocket and fastening rail and an underlying permanently elastic seal 32 are pressed on via the screw connection / rivet and thus establish a line contact between the fastening points of the gas pocket electrode unit.
  • gas pocket electrode units can be replaced with components tested for leaks, the gas pocket electrode units being flat structures without protruding parts, which are therefore easy to handle. Is the detachable connection of the gas pocket
  • Electrode units selected they can be replaced on site in the system.

Abstract

Eine elektrochemische Halbzelle weist eine Gasdiffusionselektrode (22) als Anode oder Kathode auf, welche einen Elektrodenraum von einem Gasraum (2) trennt. Ferner sind mehrere durch die Gasdiffusionselektrode (22) und eine Rückwand (5) gebildete Gastaschen (2) vorgesehen, wobei ein zwei Gastaschen miteinander verbindender Gasverbindungskanal (1) vorgesehen ist, durch den das Gas über eine Gaszuführverbindung (3) in die darüber liegende Gastasche strömt. Um ein einfaches Lösen der Verbindung zu ermöglichen, ist die Gaszuführverbindung (3) von der Seite der Gasdiffusionselektrode (22) aus zugänglich.

Description

Elektrochemisches Halbelement
Die Erfindung betrifft ein elektrochemisches Halbelement mit Gasdiffαsions- elektrode, insbesondere zur Elektrolyse von wässrigen Lösungen von Alkalichlorid.
Der Einsatz von Gasdiffusionselektroden in der Chloralkali-Elektrolyse als Sauerstoffverzehrkathoden erfolgt vorteilhaft mit einer Druckkompensation zwischen dem höhenabhängigen Druck der Natronlauge vor der Gasdiffusionselektrode und dem konstanten Druck des Sauerstoffs hinter der Gasdiffusionselektrode in Form von
Gastaschen, wie in EP-A-0 717 130 dargestellt. Hierbei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Gasführung so zu gestalten, dass eine aktive Durchlüftung der Gastaschen sichergestellt ist, wie unter US-A-6 165 332 vorbeschrieben.
Eine Weiterentwicklung der Druckkompensation mittels Gastaschen ist in
EP-A-0 946 791 beschrieben und betrifft herausnehmbare Gastaschen. Es haben sich jedoch in der technischen Erprobung einige Nachteile herausgestellt, die insbesondere folgende Punkte betreffen:
Die rückwärtige Anbindung der Sauerstoffversorgung über das Anflanschen von flexiblen Schläuchen an Stutzen auf der Rückseite der Gastasche ist sehr umständlich und schwierig. Es handelt sich hierbei um eine Anbindung der Sauerstoffversorgung auf der von der Gasdiffusionselektrode abgewandten Rückseite der Gastasche. Darüber hinaus ist das Norhandensein von überstehenden Stutzen an den in der Praxis über zwei Meter langen und ca. 30 cm breiten Gastaschen hinderlich und führte in einigen Fällen zu mechanischen Beschädigungen. Ein weiterer Nachteil ist die Notwendigkeit, konstruktionsbedingt zwei Typen von Gastaschen, nämlich Gastaschen, deren Gaseinlassöffiiung auf der rechten Seite und Gasaustrittsöffnung auf der linken Seite der Gastasche angebracht sind, sowie Gastaschen, bei denen umgekehrt die Gaseinlassöffiiung auf der linken Seite und die Gasaustrittsöffnung auf der rechten Seite angebracht sind, vorhalten zu müssen. Das Anschrauben der Gastaschen in der vorbeschriebenen Art erwies sich ebenfalls als umständlich und verbesserungswürdig.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfach auszuwechselnde Gastasche zu schaffen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Die vorhegende Erfindung betrifft eine elektrochemische Halbzelle mit Gas- diffusionselektrode als Kathode oder Anode mit druckkompensierter Gasversorgung über Gastaschen, dergestalt, dass die herausnehmbar gestalteten Gastaschen bei allen Aus- und Einbauvorgängen von der Seite der Gasdiffusionselektrode her bedienbar gestaltet sind und die mechanische und elektrische Verbindung der Gastaschen mit der die Gastaschen tragenden, rahmenförmigen Tragstruktur oder dgl. der Halbschale vorzugsweise ebenfalls über einfach lösbare Verbindungen erfolgt.
Unter der Halbschale ist im Sinne der vorliegenden Erfindung der Raum zu verstehen, der den Elektrodenraum zur Aufnahme des Elektrolyts, den aus den Gastaschen gebildeten Gasraum zur Aufnahme von Gas und den jeweils zwei Gastaschen miteinander verbindenden Nerbindungskanal aumimmt sowie die elektrische Kontaktierung der Gasdiffusionselektroden ermöglicht. Zur Befestigung der Gastaschen ist in der Halbschale eine rahmenförmige Tragestruktur oder dgl. vorgesehen.
Erfindungsgemäß weist die elektrochemische Halbzelle eine Gaszuführverbindung auf, welche zwischen einer Gastasche und einem zwei Gastaschen miteinander verbindenden Gasverbindungskanal angeordnet und von der Seite der Gasdiffusionselektrode aus lösbar ist. Hierzu ist vorzugsweise an dem Gasverbindungskanal, insbesondere an einer Norderwand des Gasverbindungskanals, ein Festteil bzw. eine Verteilerplatte mit Schraubkopf und Dichtsystem als ein
Element der Gaszufuhrverbindung angeordnet. Das Festteil kann mit einem mit der Gastasche, insbesondere mit der Rückwand der Gastasche, verbundenen Gegenstück lösbar verbunden werden. Bevorzugt weist das Gegenstück Gaseintrittsöff ungen in die Gastasche und die Gasdiffusionselektrode einen gegenüber der Gastasche gasdichten Durchbruch auf. So wird eine Durchgangsöffnung gebildet, welche sich von der Rückwand der Gastasche bis zur Gasdiffusionselektrode erstreckt. Das Festteil und das Gegenstück sind derart ausgebildet, dass die Verbindungselemente eines oder der beiden Teile von der Gasdiffusionselektrode aus, d.h. von vorne zugänglich, sind. Hierdurch ist durch einfaches Lösen der Verbindung ein Austauschen bzw. Herausnehmen der Gastasche möglich. Ggf. ist es noch erforderlich, hierzu Ver- bindungselemente im Randbereich der Gastasche, die mit einer Trägerslruktur oder dgl. des Halbelements verbunden sind, zu lösen.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Halbzelle ist, dass die Gastaschen keine Stutzen aufweisen. Stattdessen handelt es sich bei den Gastaschen um einfach zu handhabende, flache Einheiten.
Vorzugsweise wird die Gaszuführung an einem Ende der Gastasche in der Höhenmitte angebracht. Am anderen Ende der Gastasche sind Gasaustrittsöffiiungen sowohl unten als auch oben vorgesehen. Dies hat den Vorteil, dass nur ein Typ von Gastaschen gebaut werden muss, denn je nach dem, ob die Gaszuführung in die
Gastasche rechts oder links erfolgt, werden die jeweils oben liegenden Gasaustrittsöffnungen verschlossen und die unten liegenden geöffnet bzw. angebracht. So erfolgt der Gasaustritt aus der Gastasche immer unten unabhängig davon, wie die Gastasche eingebaut wird. Die Gasverbindungskanäle können dabei als feste und von der Gastasche unabhängige Einheit in die Halbschale eingebaut werden.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, für die Einbindung der Gastaschen in die
Halbzelle, d.h. für die Verbindung der Gastaschen mit der Tragestruktur, was in EP- A-0 946 791 lösbar durch Verschraubung bzw. Klemmleisten geschieht, die
Rückwand der Gastasche allseitig mit einem Überstand zu versehen und diesen Überstand mit der Tragestniktur zu verbinden. Dazu werden vorzugsweise die langseitigen Überstände der Gastaschen genutzt, während die schmalseitigen Überstände auf das Niveau der Dichtfläche der Halbschale hochgebogen werden und unter die Dichtungen geschoben werden.
Werden sog. dimensionsstabile Gasdiffusionselektroden gemäß DE-A-100 27 339 eingesetzt, so können deren steifer, nicht mit Katalysatormasse beschichteter Randbereich Z-förmig auf das Niveau der Gastaschenrückwand heruntergebogen und auf diesem Niveau mit der Rückwand der Gastasche verbunden werden. Entsprechend kann hier der Überstand der Rückwand mit dem aufliegenden steifen
Randbereich der Gasdiffusionselektrode mit der Tragestruktur für die Befestigung der Gastaschen in der Halbzelle verbunden werden.
Die Verbindung der Gastaschen mit der Tragestruktur der Halbschale kann jeweils mit speziellen, selbstzentrierenden Schrauben oder über Zugnieten erfolgen. Die
Überstände benachbarter Gastaschen überlappen sich dabei. Die Dichtigkeit gegenüber dem Elektrolyt hinter den Gastaschen, welche notwendig ist, um Bypass- Strömungen aus dem zwangsdurchströmten Elektrolytspalt in den Rückraum zu vermeiden, kann dadurch erzielt werden, dass eine elastische Dichtung und ein vorgespanntes Metallprofil, beide mit passender Lochung, eingelegt werden. Durch diese Vorspannung ist ein durchgehender elektrischer Linienkontakt mit der Halteshuktur möglich. Ferner können mit Hilfe einer Beschichtung der Kontaktbereiche mit Edelmetallauflagen, z.B. aus Silber oder Gold, hier die ohmschen Verluste minimiert werden.
Alternativ könnte die Einbindung der Gastasche in die Halbschale auch durch Schweißen oder Löten erfolgen. Eine lösbare Verbindung, die die Möglichkeit bietet, eine einzelne Gastasche direkt vor Ort, d.h. in der Chlorfabrik, einzubauen und auszubauen, wird jedoch bevorzugt gewählt. Eine einzeln handhabbare Gastasche hat beispielsweise den Vorteil, dass das Bestücken mit einer Gasdiffusionselektrode, beispielsweise bei einem Austausch der Gasdiffusionselektrode aufgrund von Verschleiß bzw. Beschädigung oder zur quahtätssichemden Prüfung auf eventuellen fehlerhaften Gasdurchbruch durch die Gasdiffusionselektrode erheblich einfacher ist.
Als Material für die Konstruktion der Gastaschen sowie des Gasverbindungskanals wird vorzugsweise Nickel gewählt. Alternativ käme auch die Verwendung von laugebeständigen, eluatfreien Edelstahlverbindungen, wie z.B. Hastalloy, in Frage. Bei den Gasdiffusionselektroden handelt es sich im Wesentlichen um eine elektrochemisch aktive Beschichtung, welche ein Katalysatormetall und/oder eine nichtmetallische Verbindung eines den Katalysator bildenden Metalls, z.B. Silber(I)oxid, und einen Bilder, z.B. ein Polymer wie Polytetrafluorethylen (PTFE), enthält, auf einem elektrisch leitfähigen Träger, beispielsweise einem Metallnetz, -vlies oder -Gewebe. Ferner kann es sich bei dem Träger um ein Kohlenstoffnetz, ein Kohlenstoffvlies oder ein Kohlenstoffgewebe oder ein entsprechendes Netz etc. aus anderen elektrisch leitfähigen Materialien handeln.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausfuhrungsformen unter Bezugnahme auf die anhegenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein schematischer Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße
Gastasche,
Fig. 2 ein Ausschnitt aus einem schematischen Querschnitt durch die Gastasche entlang der Linie A-A' in Fig. 1,
Fig. 3 ein Ausschnitt aus einem schematischen Querschnitt einer weiteren
Ausfuhrungsform der Gastasche,
Fig. 4 eine Vergrößerung der Gaszuführverbindung, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, und Fig. 5 einen der Fig. 4 entsprechenden schematischen Querschnitt einer weiteren Ausfuhrungsform der Gaszuführverbmdung.
Das nachfolgend beschriebene erfindungsgemäße Gastasche wird in einem
Kathodenhalbelement bei der Elektrolyse einer wässrigen Lösung von Alkalichlorid eingesetzt. Die Gasdiffusionselektrode wird dabei als Sauerstoffverzehrkathode betrieben.
Eine Gastasche 2 ist mit einer lösbaren Gaszufuhrverbindung 3 versehen, die auf einer Seite der Gastasche symmetrisch bzw. mittig zwischen den Längsseiten 37,38 (Fig. 1) angebracht ist. Von den Austrittsöffhungen 30 und 30' sind nur die jeweils unten liegenden offen. Gastaschen mit links liegender Gaszufuhrverbindung sind damit baugleich mit solchen mit rechts liegender Gaszufuhrverbindung. Es gibt damit nur einen Grundtyp von Gastaschen, die übereinander abwechselnd mit links oder rechts angeordneter Gaszufuhrverbindung angeordnet sind.
Die Gaszuführverbindung 3 besteht aus einem Festteil 6 (Fign. 2 und 4), der mit der Vorderwand 4 des Gasverbindungskanals 1 verbunden ist, sowie dem Gegenstück 7, der Bestandteil der herausnehmbaren Gastasche 2 ist. Der Gasverbindungskanal 1 dient zur Verbindung zweier übereinander liegender Gastaschen 2. Durch diesen strömt das aus der unteren Gastasche austretende Gas in die darüber liegende Gastasche. Für die Gaszufuhrung weist die unterste Gastasche eine Gaszufuhrstutzen auf, während für die Gasabführung ein Stutzen vorgesehen ist, über den das Gas gemeinsam mit dem Elektrolyten abgeführt wird. Die Verbindung der Gastasche 2 zu dem Gasverbindungskanal 1 erfolgt über eine Verschraubung von Festteil 6 und Gegenstück 7 durch die Durchgangsöffnung 19 im Gegenstück 7 über einen Befestigungszapfen, wie z.B. einen Schraubzapfen 15 und die Mutter 16 mit Unterlegscheibe 17. Die Durchgangsöffnung 19 erstreckt sich von der Rückwand 5 bis zu der Gasdiffusionselektrode 22 und ist somit von vorne, d.h. von derjenigen Seite, auf der
Gasdiffusionselektrode 22 angeordnet ist, zugänglich. Durch einfaches Lösen der Mutter 16 kann die Gaszuführverbindung 3 gelöst werden und nach Lösen der im dargestellten Ausführungsbeispiel als Nietverbindung 34 (Fig. 2) ausgestalteten Verbindung mit einer Tragstruktur 33 kann die Gastasche 2 herausgenommen werden. Der Gastransport erfolgt über die zueinander passend angeordneten Durch- tritte bzw. Gaskanäle '8 und 10 im Festteil 6 bzw. im Gegenstück 7, wobei ein
Ausgleichskanal 9 der Verbesserung des Gastransportes bei schlecht zugeordneten, z.B. zueinander versetzt angeordneten, Gaskanälen 8,10 dient. Dichtungen 13 und 14 außerhalb und innerhalb der Durchtrittsöffnungen in entsprechenden Dichtungssitzen 11 und 12 sorgen im verschraubten Zustand für eine Abdichtung gegenüber dem Elektrolyten und damit für eine Vermeidung von unkontrolliertem Gasverlust.
Eine an der Umrandung 18 des zur Gastasche 2 gehörenden Gegenstücks 7 angebrachte Prallblatte, insbesondere ein Prallblech, 20 lenkt das eintretende Gas in eine parallel zur Gasdiffusionselektrode 22 Strömungsrichtung um und vermeidet so unzulässig hohe Gasgeschwindigkeiten an der Rückseite der Gasdiffusionselektrode 22.
Die Verbindung der Gasdiffusionselektrode 22 mit der Umrandung 18 kann entweder über eine geeignete Verschweißung (Ultraschall- oder Laserverschweißung) oder Verlötung erfolgen. Alternativ kann eine Verschraubung 16' (Fig. 5) mit einer Dichtung 25 gewählt werden, die so ausgeführt ist, dass das Gegenstück 7 und das
Festteil 6 einerseits und die Gasdiffusionselektrode 22 und die Umrandung 18 andererseits fest, d.h. gasdicht miteinander verbunden, sind.
Die Gastasche 2 selbst ist mit einer Umrandung 21 versehen, deren Höhe den Abstand zwischen Rückwand 5 und Gasdiffusionselektrode 22 definiert. Rückwand 5,
Umrandung 21 und Gasdiffusionselektrode 22 sind vorzugsweise mit Ultraschalloder Laserscheißung verbunden, wobei vorteilhaft durch ein als Kantenschutz ausgeführtes Winkelblech 24 geschweißt wird. Dies stellt eine Gastaschen-Elektrodeneinheit dar. Alternativ kann die Gastasche auch aus einer dimensionsstabilen Gasdiffusionselektrode 36 (Fig. 3), deren im Randbereich nicht mit Katalysatormasse beschichteter Bereich 35 Z-förmig auf das Niveau der Gastaschenrückwand 5 heruntergebogen und auf diesem Niveau mit der Rückwand 5 der Gastasche 2 z.B. durch Schweißen oder Löten verbunden wird, gebildet werden. Wird die Flanke des Z kleiner als 90° gewählt, liegen die Austrittsöffnungen 30 unten in jedem Fall tiefer als der untere Rand der aktiven Zone der Gasdiffusionselektrode und gewährleisten so eine gute Kondensatabfuhr ohne Benetzung der aktiven Zone, hl beiden Fällen ist die Anbringung der lösbaren Gaszuführverbindung 3 an die Gastaschen-Elektroden- einheit die gleiche.
Die Befestigung der Gastaschen an der zur Kathodenhalbzelle gehörenden Befestigungsschiene 33 (Fig. 2) erfolgt ebenfalls lösbar über eine Verschraubung oder Vernietung 34. Um einen besonders guten Stromkontakt zwischen beiden Bauteilen zu bekommen und gleichzeitig einen Elektrolyt-Leckagestrom zwischen der
Vorderseite und der Rückseite der Gastasche zu vermeiden, wird ein entsprechend der Lochteilung in Gastasche und Befestigungsschiene gelochter vorgespannter Metallprofilstreifen 31 und eine untergelegte dauerelastische Dichtung 32 über die Verschraubung/Nernietung angepresst und stellt so einen Linienkontakt zwischen den Befestigungspunkten der Gastaschen-Elektrodeneinheit her.
Vorteil aller dieser Varianten ist, dass der Austausch der Gastaschen-Elektrodeneinheiten mit auf Dichtigkeit getesteten Bauteilen erfolgen kann, wobei die Gastaschen-Elektrodeneinheiten flache Gebilde ohne vorstehende Teile sind, die deshalb einfach zu handhaben sind. Wird auch die lösbare Verbindung der Gastaschen-
Elektrodeneinheiten gewählt, kann deren Austausch vor Ort in der Anlage erfolgen.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrochemisches Halbelement, insbesondere zur Elektrolyse von wässrigen Lösungen von Alkahchlorid, umfassend wenigstens
einen Elektrodenraum zur Aufhahme von Elektrolyt mit einer Elekfrolytzuführung und einer Elektrolytabführung,
einen aus mehreren Gastaschen (2) gebildeten Gasraum zur Aufhahme von Gas, wobei jede Gastasche eine Rückwand (5) und eine Gasdiffusionselektrode (22) als Kathode oder Anode aufweist, welche den Gasraum von dem Elektrodenraum trennt,
einen zwei Gastaschen miteinander verbindenden Nerbindungskanal (1), durch den das aus einer Auslassöffiiung (30;30') austretende Gas einer unteren Gastasche (2) über eine Gaszufuhrverbindung (3) in eine darüber liegende Gastasche (2) strömt, dadurch gekennzeichnet,
dass die Gaszuführverbindung (3) von der Seite der Gasdiffusionselektrode (22) aus lösbar ist.
2. Elektrochemisches Halbelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasziiführverbindung (3) ein mit dem Nerbindungskanal (1), insbesondere der Norderwand (4) des Nerbfndungskanals (1), verbundenes Festteil (6) und ein mit der Gastasche (2), insbesondere der Rückwand (5) der Gastasche (2), verbundenes Gegenstück (7) aufweist, wobei das Festteil (6) und das Gegenstück (7) lösbar miteinander verbunden sind.
3. Elektrochemisches Halbelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenstück (7) eine sich von der Rückwand (5) zur Gasdiffusionselektrode (22) erstreckende Durchgangsöffiiung (19) aufweist.
4. Elektrochemisches Halbelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffiiung (19) zur Aufhahme eines mit dem Festteil verbundenen Befestigungszapfens (15) dient.
5. Elektrochemisches Halbelement nach einem der Ansprüche 2 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Festteil (6) und das Gegenstück (7) miteinander in
Verbindung stehende Gaskanäle (8,10) aufweisen.
6. Elektrochemisches Halbelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Festteil (6) und/oder das Gegenstück (7) einen Ausgleichskanal (9) zum Versatzausgleich zwischen den Gaskanälen (8,10) aufweist.
7. Elektrochemisches Halbelement nach einem der Ansprüche 2 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den im Gegenstück (7) vorgesehenen Gaskanälen (10) und der Gasdiffusionselektrode (22) eine Prallplatte (20) angeordnet ist.
8. Elektrochemisches Halbelement nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszuführverbindung (3) mittig zwischen zwei Längsseiten (37,38) der Gastasche (2) angeordnet ist und an den Längsseiten
(37,38) jeweils Austrittsöffhungen (30;30') vorgesehen sind, die je nach Anordnung offenbar oder schließbar sind.
PCT/EP2002/011476 2001-10-23 2002-10-14 Elektrochemisches halbelement WO2003036741A2 (de)

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