WO2008058577A1 - Electrode and its use - Google Patents

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WO2008058577A1
WO2008058577A1 PCT/EP2007/002376 EP2007002376W WO2008058577A1 WO 2008058577 A1 WO2008058577 A1 WO 2008058577A1 EP 2007002376 W EP2007002376 W EP 2007002376W WO 2008058577 A1 WO2008058577 A1 WO 2008058577A1
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electrode
electrode according
electrolysis
tine
charge density
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PCT/EP2007/002376
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Inventor
Klaus Nohl
Original Assignee
Hydrodivide Ag
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/02Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form

Definitions

  • the present invention relates to electrodes for the electrolysis of aqueous electrolytes and more particularly to electrodes for the production of hydrogen and oxygen.
  • Hydrogen has long been an important, universally applicable raw material for the synthesis of chemical compounds and reduction reactions in metallurgy. Furthermore, hydrogen is used in the processing of crude oil to fuels and high-quality chemical products.
  • the water electrolysis offers itself as a proven in practice and working in its advanced version with good efficiency method.
  • Regenerative, non-biogenic primary energies which can be harnessed in the form of electricity, can thus in principle also be converted into hydrogen.
  • the water splitting by electrolysis is a relatively simple and at the same time effective method of hydrogen production.
  • water is decomposed by means of electric current.
  • a single alkaline electrolysis cell is at a DC voltage of at least 1.5 volts (equivalent to 3.54 kWh per standard cubic meter (Nm 3 ) hydrogen) at the cathode hydrogen and formed at the anode oxygen.
  • the electrolyte used is 20 to 40% potassium hydroxide solution.
  • Electrolysers consist of many individual cells connected one after the other - the cell block - as well as auxiliary equipment for the electrolyte circuit, the power supply, the deionization of the feed water, the gas separation and drying and the cooling.
  • Such a cell block can usually produce between 200 m 3 and 500 m 3 of hydrogen per hour, for which an electric charge between 860 kW and 2150 kW is required at a typical current density of 300 mA / m 2 electrode surface (corresponding to 4.3 kW per Nm 3) Hydrogen).
  • the modular cell blocks can be combined to any desired performance.
  • the object of the present invention is to further improve the efficiency of water electrolysis and, in particular, to identify possibilities for reducing the required energy requirement.
  • an electrode having all of the features of independent claim 1 herein.
  • the dependent claims on this claim describe particularly expedient embodiments of the electrode.
  • an electrolysis cell comprising at least one electrode according to the invention, and the use of the electrolysis cell for the electrolysis of a water-containing electrolyte are protected.
  • the electrodes of the present invention permit easier detachment of the hydrogen gas bubbles from the electrode surface and result in a significant reduction in the energy normally required in the electrolysis of aqueous electrolytes. They therefore allow a highly efficient production of hydrogen with very high efficiency and very high purity with relatively low energy consumption.
  • the at the Electrolysis optionally as by-product resulting oxygen also has a very high purity and can be used again for the oxidation of hydrogen, if necessary, for. B. in a fuel cell.
  • the present invention thus relates to an electrode for the electrolysis of aqueous electrolytes.
  • Electrodes have long been known and refer to electron-conducting materials that can be used for the electrolysis of electrolytes.
  • electrolysis by applying an external voltage, a chemical reaction is forced in the electrolyte comprising two partial reactions, oxidation at the cathode and reduction at the anode. So go z.
  • the hydrogen ions As in the electrolysis of water at the cathode, the hydrogen ions (H + ) by receiving electrons (from the circuit) in neutral atoms, which combine in pairs to form H 2 molecules and escape as gas.
  • the electrode has a material suitable for the electrolysis of water, preferably a metal and / or graphite, in particular copper, silver, lead, mercury, platinum, palladium, gold, nickel, graphite and / or iron.
  • a metal and / or graphite in particular copper, silver, lead, mercury, platinum, palladium, gold, nickel, graphite and / or iron.
  • the surface of the electrode is designed such that it has at least two internal regions with different charge density with applied voltage.
  • the charge density is the ratio of the charge to the size of the charged surface. Consequently, the Charge distribution on the surface uneven (inhomogeneous), the edges, ie the limitations of the electrode are not taken into account in this context.
  • at least one plane can be applied to each point of the edge or edges of the electrode, without the electrode cutting the plane at another point. However, touching the electrode with the plane is possible.
  • the charge distribution on the surface is expediently determined under conditions customary for the electrolysis of aqueous electrolytes.
  • two electrodes are immersed in an electrolyte, connected together and a DC voltage of 1, 7 V and 0.6 A applied.
  • the electrolyte used is preferably an aqueous KOH solution having a pH of> 10.
  • the electrolysis is particularly preferably carried out at 20 0 C and 1033 mbar.
  • the inhomogeneity of the charge distribution on the surface is preferably such that the charge density of the region of greater charge density is at least 10%, preferably at least 20%, more preferably at least 50%, especially at least 100%, greater than the charge density of the region of lower charge density.
  • the concrete shape of the electrode is basically of minor importance.
  • its surface comprises at least one inner curved partial surface, in which the first main radius of curvature is smaller than 8 mm at at least one point and the second main radius of curvature of the surface at this point is preferably smaller than 1 mm.
  • a Cartesian coordinate system is used in such a way that the point considered lies in the origin and the x, y plane coincides with the tangent plane through this point.
  • R 2 1 / k 2 second major radius of curvature
  • H Vz (ki + k 2 ) mean curvature at point P 0 .
  • the surface of the electrode comprises at least two, particularly preferably at least three, mutually different sub-areas, which intersect in at least one inner point.
  • the faces Preferably, the faces have a different spatial orientation and / or are curved differently.
  • the line of intersection of two preferably non-curved partial surfaces is usually referred to as edge and the intersection of at least 3 preferably non-curved partial surfaces generally as corner.
  • the electrode comprises at least one, preferably at least two, more preferably, at least 5, internal recess (s), which preferably has (have) at least one non-curved edge and is particularly preferably designed as a rectangular recess of the electrode.
  • the recess is an opening through the electrode.
  • the electrode is then expediently arranged such that the non-curved edge of the recess, with several non-curved edges, preferably the longest edge of the recess, is not perpendicular to the gravity vector (Lot) of the earth's gravity field, so that the gas bubbles are easier from the electrode edge solve, because they are carried away by other rising gas bubbles.
  • the usually necessary electrical energy for desorption of the gas bubbles is drastically reduced by the utilization of the earth's gravity field.
  • the angle between the edge and the gravity vector is favorably as small as possible and is preferably in the range of 0 ° to 30 °, preferably in the range of 0 ° to 15 °, more preferably in the range of 0 ° to 5 °, most preferably between 0 ° and 0.5 °, and is 0 in the most preferred embodiment.
  • At least one recess is favorably at least 3 mm, preferably at least 5 mm, particularly preferably at least 15 mm long and at least 1 mm, preferably at least 2 mm, particularly preferably at least 3 mm wide, wherein in principle is to be placed on the maximum length and width of the recess.
  • the depth of the recess which in the case of a hole corresponds to the thickness of the electrode at this point, is preferably at least 0.1 mm, preferably at least 0.2 mm, particularly preferably at least 0.3 mm. Again, the maximum value should be turned off.
  • the electrode comprises at least one prong, ie at least one protruding tip, which extends, for example, conically or pyramidally outwards.
  • the use of a plurality of prongs, preferably of at least 5, in particular of at least 16 prongs has proven particularly useful in the context of the present invention.
  • the length of the tines should preferably be at least 0.1 mm, preferably at least 0.5 mm, in particular at least 1 mm.
  • the ratio of length of the tine to the maximum diameter of the tine should preferably be greater than 5: 1, preferably greater than 10: 1, in particular greater than 20: 1.
  • the maximum diameter of the tine should preferably be less than 1.0 mm, preferably less than 0.5 mm, in particular less than 0.1 mm.
  • the tips of the tines are not in contact with each other and are preferably at least 0.1 mm apart.
  • the surface density of the tines can in principle be freely selected depending on the particular electrolysis conditions.
  • electrodes having at least 16 tines per cm 2 of surface area of the main body of the electrode have proven especially useful.
  • the concrete form of the tines is basically of secondary importance. However, within the scope of the present invention, electrodes having non-curved surfaces and outwardly tapering teeth are preferably used.
  • the electrode has the shape of a cylinder, the surface of which is designed so that it has at least two internal regions with different charge density when the voltage is applied.
  • the length and the diameter of the cylinder can be chosen arbitrarily. However, thread-like cylinders with a diameter of less than 5 mm, advantageously less than 2 mm, in particular less than 1 mm, are particularly preferred.
  • the minimum diameter is preferably at least 0.1 mm, more preferably at least 0.3 mm, in particular at least 0.5 mm.
  • the ratio of length The diameter of the cylinder is furthermore preferably in the range from 10000: 1 to 1: 1, in particular in the range from 2500: 1 to 10: 1.
  • the electrode according to the invention is preferably used for the electrolysis of aqueous electrolytes, such as. As aqueous NaOH used.
  • An electrolysis cell which is preferred for this purpose comprises at least two electrodes according to the invention, one being connected as cathode.
  • the cathode surface preferably contains a material from the following series,
  • the anode surface preferably contains a material from the following series,
  • the cathode space and the anode space are advantageously separated by a gas-tight membrane, the so-called diaphragm from one another, while permitting the necessary transport of OH "ions, but also prevents the mixing of the product gases.
  • a gas-tight membrane the so-called diaphragm from one another
  • suitable membranes are known from the prior art well known.
  • a membrane electrode assembly comprising at least two electrodes according to the invention, which are separated by the membrane.
  • the electrodes expediently each have at least one opening which communicates with the electrolyte on one side and with the membrane on the other side, thus permitting the transport of the ions through the openings of the electrode and the membrane.
  • the position of the openings in the electrodes should furthermore preferably be such that, when the membrane is (mentally) removed, the openings of the two electrodes are in direct contact with each other.
  • the electrolyte used is preferably an aqueous solution having a pH greater than 10, preferably greater than 11, particularly preferably greater than 12, in particular greater than 13, measured at the electrolysis temperature, and very particularly preferably up to 40% potassium hydroxide solution.
  • an aqueous solution having a pH in the range from 11 to 13, measured at the electrolysis temperature is used.
  • a DC voltage of at least 1.23 volts, more preferably at least 1.5 volts, is desirably applied to induce the decomposition of the water.
  • electrolysis cells may optionally be interconnected.
  • the pulsed DC voltage also called pulse current
  • the pulsed DC voltage is preferably generated by pulse rectifiers, potentiostats or galvanostats and consists of individual pulse sequences, which may include both anodic and cathodic currents and pulse pauses.
  • pulse rectifiers potentiostats or galvanostats
  • individual pulse sequences which may include both anodic and cathodic currents and pulse pauses.
  • pulse shapes can be used, but square-wave pulses are very particularly favorable for the purposes of the present invention.
  • Particularly preferred pulse frequencies are in the range of 0.2 Hz to 800 Hz.
  • the pause-pulse ratio is preferably selected in parallel operated generators in the range of 1: 1000 to 1000: 1, more preferably in the range of 1: 100 to 100: 1.
  • the pulse current intensity and the pulse voltage are set as in the DC voltage arrangement. To keep the loss in the control as low as possible, preferably two generators are operated in parallel, between which is switched back and forth.
  • Radio frequency refers in this context to an alternating voltage of high frequency, which is preferably between 2,000 Hz (2 kHz) and 5,000,000 Hz (5 MHz).
  • the electrolysis can be carried out at normal, underpressure or overpressure.
  • the temperature can in principle be chosen arbitrarily, with temperatures in the range of 5 ° C to 95 ° C have proven particularly useful.

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Abstract

Electrode for the electrolysis of water-containing electrolytes, which comprises a material suitable for the electrolysis of water, with the surface of the electrode being configured so that it has at least two internal regions having different charge densities when a voltage is applied.

Description

Elektrode und ihre Verwendung Electrode and its use
Die vorliegende Erfindung betrifft Elektroden für die Elektrolyse von wasserhaltigen Elektrolyten und insbesondere Elektroden für die Herstellung von Wasserstoff und Sauerstoff.The present invention relates to electrodes for the electrolysis of aqueous electrolytes and more particularly to electrodes for the production of hydrogen and oxygen.
Wasserstoff ist seit langem ein wichtiger, universell einsetzbarer Grundstoff für die Synthese chemischer Verbindungen und bei Reduktionsreaktionen in der Metallurgie. Weiterhin wird Wasserstoff bei der Verarbeitung von Rohöl zu Kraft- und Brennstoffen und hochwertigen Chemieprodukten eingesetzt.Hydrogen has long been an important, universally applicable raw material for the synthesis of chemical compounds and reduction reactions in metallurgy. Furthermore, hydrogen is used in the processing of crude oil to fuels and high-quality chemical products.
Die Herstellung des Wasserstoffs erfolgt derzeit nahezu ausschließlich aus wasserstoffhaltigen fossilen Rohstoffen und als Reaktionsprodukt bei der Chloralkalielektrolyse. Allerdings werden aus umweltpolitischen Gründen zunehmend Herstellverfahren gewünscht, bei denen anstelle erschöpflicher Primärenergien, wie z. B. Erdgas, Uranerz, Kohle, Rohöl, prinzipiell unerschöpfliche Primärenergien, wie z. B. nachwachsende Rohstoffe, Sonne, Wasser, Wind, genutzt werden können.The production of hydrogen currently takes place almost exclusively from hydrogen-containing fossil raw materials and as a reaction product in the chloralkali electrolysis. However, for environmental reasons increasingly desired manufacturing process, in which instead of exhaustible primary energy, such. As natural gas, uranium ore, coal, crude oil, in principle inexhaustible primary energies, such as. As renewable resources, sun, water, wind, can be used.
Zu diesem Zweck bietet sich die Wasserelektrolyse als in der Praxis bewährtes und in ihrer fortschrittlichen Version mit gutem Wirkungsgrad arbeitendes Verfahren an. Regenerative, nicht-biogene Primärenergien, die in Form von Elektrizität nutzbar gemacht werden können, sind damit prinzipiell auch in Wasserstoff umwandelbar.For this purpose, the water electrolysis offers itself as a proven in practice and working in its advanced version with good efficiency method. Regenerative, non-biogenic primary energies, which can be harnessed in the form of electricity, can thus in principle also be converted into hydrogen.
Die Wasserspaltung mittels Elektrolyse ist eine verhältnismäßig einfache und zugleich wirkungsvolle Methode der Wasserstoffherstellung. Dabei wird Wasser mittels elektrischem Strom zerlegt. In einer einzelnen alkalischen Elektrolysezelle wird bei einer Gleichspannung von mindestens 1 ,5 Volt (entspricht 3,54 kWh je Normkubikmeter (Nm3) Wasserstoff) an der Kathode Wasserstoff und an der Anode Sauerstoff gebildet. Als Elektrolyt dient 20- bis 40 %ige Kalilauge. Eine gasdichte Membran, das sogenannte Diaphragma, lässt zwar den notwendigen Transport von OH'-Ionen zu, verhindert aber gleichzeitig die Vermischung der Produktgase. Technische Elektrolyseure bestehen aus vielen direkt hintereinander geschalteten Einzelzellen - dem Zellblock - sowie Hilfseinrichtungen für den Elektrolytkreislauf, die Stromversorgung, zur Deionisation des Speisewassers, zur Gasabscheidung und - trocknung und zur Kühlung. Ein derartiger Zellblock kann üblicherweise zwischen 200 m3 und 500 m3 Wasserstoff je Stunde produzieren, wofür bei einer typischen Stromdichte von 300 mA/m2 Elektrodenfläche eine elektrische Ladung zwischen 860 kW und 2150 kW erforderlich ist (entsprechend 4,3 kW je Nm3 Wasserstoff). Die modularen Zellblöcke lassen sich zu beliebigen Leistungen zusammenfassen. Die derzeit größten Elektrolyseanlagen haben Anschlussleistungen von 150 MW. Elektrolyseure arbeiten sowohl bei Umgebungsdruck als auch unter Überdruck bis zu 30 bar.The water splitting by electrolysis is a relatively simple and at the same time effective method of hydrogen production. In this case, water is decomposed by means of electric current. In a single alkaline electrolysis cell is at a DC voltage of at least 1.5 volts (equivalent to 3.54 kWh per standard cubic meter (Nm 3 ) hydrogen) at the cathode hydrogen and formed at the anode oxygen. The electrolyte used is 20 to 40% potassium hydroxide solution. A gas-tight membrane, the so-called diaphragm, leaves the necessary Transport of OH ' ions, but at the same time prevents the mixing of the product gases. Technical electrolysers consist of many individual cells connected one after the other - the cell block - as well as auxiliary equipment for the electrolyte circuit, the power supply, the deionization of the feed water, the gas separation and drying and the cooling. Such a cell block can usually produce between 200 m 3 and 500 m 3 of hydrogen per hour, for which an electric charge between 860 kW and 2150 kW is required at a typical current density of 300 mA / m 2 electrode surface (corresponding to 4.3 kW per Nm 3) Hydrogen). The modular cell blocks can be combined to any desired performance. The largest electrolysis plants currently have connection capacities of 150 MW. Electrolysers operate at ambient pressure as well as under overpressure up to 30 bar.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Effizienz der Wasserelektrolyse weiter zu verbessern und insbesondere Möglichkeiten zur Verringerung des erforderlichen Energiebedarfs aufzuzeigen.The object of the present invention is to further improve the efficiency of water electrolysis and, in particular, to identify possibilities for reducing the required energy requirement.
Diese sowie weitere Aufgaben, die sich aus den vorstehenden Überlegungen unmittelbar ableiten lassen, werden durch die Bereitstellung einer Elektrode mit allen Merkmalen des vorliegenden unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Die auf diesen Anspruch rückbezogenen Unteransprüche beschreiben besonders zweckmäßige Ausführungsformen der Elektrode. Weiterhin wird eine Elektrolysezelle, umfassend mindestens eine erfindungsgemäße Elektrode, sowie die Verwendung der Elektrolysezelle zur Elektrolyse eines wasserhaltigen Elektrolyts unter Schutz gestellt.These and other objects which can be directly deduced from the foregoing considerations are achieved by providing an electrode having all of the features of independent claim 1 herein. The dependent claims on this claim describe particularly expedient embodiments of the electrode. Furthermore, an electrolysis cell, comprising at least one electrode according to the invention, and the use of the electrolysis cell for the electrolysis of a water-containing electrolyte are protected.
Die Elektroden der vorliegenden Erfindung erlauben eine leichtere Ablösung der Wasserstoff-Gasbläschen von der Elektrodenoberfläche und führen zu einer signifikanten Verringerung der normalerweise bei der Elektrolyse von wasserhaltigen Elektrolyten notwendigen Energie. Sie ermöglichen daher eine hocheffiziente Herstellung von Wasserstoff mit sehr hohem Wirkungsgrad und sehr hoher Reinheit bei vergleichsweise geringem Energiebedarf. Der bei der Elektrolyse ggf. als Nebenprodukt anfallende Sauerstoff hat ebenfalls eine sehr hohe Reinheit und kann bei Bedarf wieder zur Oxidation des Wasserstoffs eingesetzt werden, z. B. in einer Brennstoffzelle.The electrodes of the present invention permit easier detachment of the hydrogen gas bubbles from the electrode surface and result in a significant reduction in the energy normally required in the electrolysis of aqueous electrolytes. They therefore allow a highly efficient production of hydrogen with very high efficiency and very high purity with relatively low energy consumption. The at the Electrolysis optionally as by-product resulting oxygen also has a very high purity and can be used again for the oxidation of hydrogen, if necessary, for. B. in a fuel cell.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit eine Elektrode für die Elektrolyse von wasserhaltigen Elektrolyten.The present invention thus relates to an electrode for the electrolysis of aqueous electrolytes.
Elektroden sind bereits seit langem bekannt und bezeichnen elektronenleitende Werkstoffe, die zur Elektrolyse von Elektrolyten eingesetzt werden können. Bei der Elektrolyse wird durch Anlegen einer äußeren Spannung eine chemische Reaktion im Elektrolyten erzwungen, die zwei Teilreaktionen, Oxidation an der Kathode und Reduktion an der Anode, umfasst. So gehen z. B. bei der Elektrolyse von Wasser an der Kathode die Wasserstoff-Ionen (H+) durch Aufnahme von Elektronen (aus dem Stromkreis) in neutrale Atome über, die sich paarweise zu H2-Molekülen vereinigen und als Gas entweichen. Umgekehrt verlieren gleichzeitig die Hydroxid-Ionen (OH") an der Anode ihre negative Ladung. Die abgegebenen Elektronen werden durch die Stromquelle zur Kathode geleitet, während sich die gebildeten Sauerstoffatome zu O2-Molekülen vereinigen und ebenfalls als Gas entweichen. Die übrig bleibenden H+-Ionen werden umgehend von Hydroxid-Ionen zu Wasser-Molekülen neutralisiert. Diese Redoxreaktion erfolgt jedoch nur dann, wenn die an den Elektroden angelegte Spannung größer ist als die von den einzelnen Redoxpotentialen abhängige Zersetzungsspannung.Electrodes have long been known and refer to electron-conducting materials that can be used for the electrolysis of electrolytes. In electrolysis, by applying an external voltage, a chemical reaction is forced in the electrolyte comprising two partial reactions, oxidation at the cathode and reduction at the anode. So go z. As in the electrolysis of water at the cathode, the hydrogen ions (H + ) by receiving electrons (from the circuit) in neutral atoms, which combine in pairs to form H 2 molecules and escape as gas. Conversely, at the same time the hydroxide ions (OH " ) at the anode lose their negative charge .The emitted electrons are conducted through the current source to the cathode, while the formed oxygen atoms combine to form O 2 molecules and also escape as gas + Ions are immediately neutralized by hydroxide ions to water molecules, but this redox reaction occurs only when the voltage applied to the electrodes is greater than the decomposition voltage dependent on the individual redox potentials.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung weist die Elektrode ein für die Elektrolyse von Wasser geeignetes Material, vorzugsweise ein Metall und/oder Graphit, insbesondere Kupfer, Silber, Blei, Quecksilber, Platin, Palladium, Gold, Nickel, Graphit und/oder Eisen, auf.In the context of the present invention, the electrode has a material suitable for the electrolysis of water, preferably a metal and / or graphite, in particular copper, silver, lead, mercury, platinum, palladium, gold, nickel, graphite and / or iron.
Weiterhin ist die Oberfläche der Elektrode derart ausgebildet, dass sie bei angelegter Spannung mindestens zwei innenliegende Bereiche mit unterschiedlicher Ladungsdichte aufweist. Unter der Ladungsdichte versteht man das Verhältnis der Ladung zur Größe der geladenen Fläche. Demzufolge ist die Ladungsverteilung auf der Oberfläche ungleichmäßig (inhomogen), wobei die Ränder, d. h. die Begrenzungen der Elektrode in diesem Zusammenhang nicht berücksichtigt werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann an jeden Punkt des oder der Ränder der Elektrode mindestens eine Ebene angelegt werden, ohne dass die Elektrode die Ebene an einem anderen Punkt schneidet. Berührungen der Elektrode mit der Ebene sind jedoch möglich.Furthermore, the surface of the electrode is designed such that it has at least two internal regions with different charge density with applied voltage. The charge density is the ratio of the charge to the size of the charged surface. Consequently, the Charge distribution on the surface uneven (inhomogeneous), the edges, ie the limitations of the electrode are not taken into account in this context. In the context of the present invention, at least one plane can be applied to each point of the edge or edges of the electrode, without the electrode cutting the plane at another point. However, touching the electrode with the plane is possible.
Die Ladungsverteilung auf der Oberfläche wird zweckmäßigerweise unter für die Elektrolyse von wasserhaltigen Elektrolyten üblichen Bedingungen bestimmt. Zweckmäßigerweise werden zwei Elektroden in ein Elektrolyt eingetaucht, miteinander verbunden und eine Gleichspannung von 1 ,7 V und 0,6 A angelegt. Als Elektrolyt wird bevorzugt eine wässrige KOH-Lösung mit einem pH von >10 eingesetzt. Die Elektrolyse wird besonders bevorzugt bei 200C und 1033 mbar durchgeführt.The charge distribution on the surface is expediently determined under conditions customary for the electrolysis of aqueous electrolytes. Conveniently, two electrodes are immersed in an electrolyte, connected together and a DC voltage of 1, 7 V and 0.6 A applied. The electrolyte used is preferably an aqueous KOH solution having a pH of> 10. The electrolysis is particularly preferably carried out at 20 0 C and 1033 mbar.
Die Inhomogenität der Ladungsverteilung auf der Oberfläche ist vorzugsweise derart, dass die Ladungsdichte des Bereichs mit größerer Ladungsdichte mindestens 10 %, bevorzugt mindestens 20 %, besonders bevorzugt mindestens 50 %, insbesondere mindestens 100 %, größer als die Ladungsdichte des Bereichs mit geringerer Ladungsdichte ist.The inhomogeneity of the charge distribution on the surface is preferably such that the charge density of the region of greater charge density is at least 10%, preferably at least 20%, more preferably at least 50%, especially at least 100%, greater than the charge density of the region of lower charge density.
Die konkrete Form der Elektrode ist grundsätzlich von untergeordneter Bedeutung. Zweckmäßigerweise umfasst ihre Oberfläche mindestens eine innenliegende gekrümmte Teilfläche, bei welcher der erste Hauptkrümmungsradius an mindestens einer Stelle kleiner 8 mm ist und der zweite Hauptkrümmungsradius der Fläche an dieser Stelle vorzugsweise kleiner 1 mm ist.The concrete shape of the electrode is basically of minor importance. Expediently, its surface comprises at least one inner curved partial surface, in which the first main radius of curvature is smaller than 8 mm at at least one point and the second main radius of curvature of the surface at this point is preferably smaller than 1 mm.
Hierbei wird ein kartesisches Koordinatensystem derart zugrunde gelegt, dass die betrachtete Stelle im Ursprung liegt und die x,y-Ebene mit der Tangentialebene durch diesen Punkt übereinstimmt. In diesem System besitzt die Fläche in der Umgebung des betrachteten Punkts Po die Darstellung z=z(x,y) mit z(0,0) = Oz(O1O)/ Sx = S(O1O)/ Sy = 0. Das zugehörige begleitende Dreibein im Punkt P0 besteht aus den drei Einheitsvektoren e-i, β2, N = ei x β2, die in Richtung der Koordinatenachsen weisen. Die Taylorentwicklung in der Umgebung von Po lautet z = Vz O2Z(O1O)/ Sx2 + O2Z(O1O)/ dxdy + Vz O2Z(O1O)/ Sy2 + ... Durch Drehung des Koordinatensystems um die z-Achse kann man z = 1/2 (k1x2 + k2y2) + ... erreichen. Man definiert: k-i, k2 HauptkrümmungenIn this case, a Cartesian coordinate system is used in such a way that the point considered lies in the origin and the x, y plane coincides with the tangent plane through this point. In this system, the area in the vicinity of the considered point Po has the representation z = z (x, y) with z (0,0) = Oz (O 1 O) / Sx = S (O 1 O) / Sy = 0. The associated accompanying tripod in point P 0 consists of the three unit vectors ei , β 2 , N = ei x β 2 pointing in the direction of the coordinate axes. The Taylor expansion around Po is z = V z O 2 Z (O 1 O) / Sx 2 + O 2 Z (O 1 O) / dxdy + Vz O2 Z (O 1 O) / 2 + Sy ... by rotating the coordinate system about the z-axis can be z = 1/2 (k 1 x 2 + k 2 y 2) + ... achieve. One defines: ki, k 2 main curvatures
Ri = 1/k-ι erster HauptkrümmungsradiusRi = 1 / k-ι first major radius of curvature
R2 = 1/k2 zweiter HauptkrümmungsradiusR 2 = 1 / k 2 second major radius of curvature
K = kik2 Gaußsche KrümmungK = kik 2 Gaussian curvature
H = Vz (ki + k2) mittlere Krümmung im Punkt P0.H = Vz (ki + k 2 ) mean curvature at point P 0 .
Für weitere Details wird auf die gängige Fachliteratur, z. B. auf I. N. Bronstein, K. A. Semendjajew Taschenbuch der Mathematik 24. Auflage, Teubner, 1989, S. 603 ff. verwiesen.For further details is on the standard literature, z. See, for example, I.N. Bronstein, K.A. Semendjajew Taschenbuch der Mathematik 24th edition, Teubner, 1989, p. 603 ff.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Oberfläche der Elektrode mindestens zwei, besonders bevorzugt mindestens drei, voneinander verschiedene Teilflächen, die sich in mindestens einem innenliegenden Punkt schneiden. Bevorzugt haben die Teilflächen eine unterschiedliche räumliche Ausrichtung und/oder sind unterschiedlich gekrümmt. Die Schnittgerade von zwei vorzugsweise nicht-gekrümmten Teilflächen wird üblicherweise als Kante und der Schnittpunkt von mindestens 3 vorzugsweise nicht-gekrümmten Teilflächen allgemein als Ecke bezeichnet.In the context of a particularly preferred embodiment of the invention, the surface of the electrode comprises at least two, particularly preferably at least three, mutually different sub-areas, which intersect in at least one inner point. Preferably, the faces have a different spatial orientation and / or are curved differently. The line of intersection of two preferably non-curved partial surfaces is usually referred to as edge and the intersection of at least 3 preferably non-curved partial surfaces generally as corner.
Zweckmäßigerweise umfasst die Elektrode mindestens eine, bevorzugt mindestens zwei, besonders bevorzugt, mindestens 5, innenliegende Aussparung(en), die vorzugsweise mindestens eine nicht gekrümmte Kante aufweist (aufweisen) und ganz besonders bevorzugt als rechteckige Aussparung der Elektrode ausgebildet ist (sind). Im Rahmen einer besonders günstigen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Aussparung eine Öffnung durch die Elektrode.Expediently, the electrode comprises at least one, preferably at least two, more preferably, at least 5, internal recess (s), which preferably has (have) at least one non-curved edge and is particularly preferably designed as a rectangular recess of the electrode. In the context of a particularly favorable Embodiment of the present invention, the recess is an opening through the electrode.
In der Elektrolysezelle wird die Elektrode dann zweckmäßigerweise derart angeordnet, dass die nicht-gekrümmte Kante der Aussparung, bei mehreren nichtgekrümmten Kanten vorzugsweise die längste Kante der Aussparung, nichtsenkrecht zum Schwerevektor (Lot) des Erdschwerefeldes steht, so dass sich die Gasbläschen leichter von der Elektrodenkante lösen, weil sie von anderen, aufsteigenden Gasbläschen mitgerissen werden. Die Üblicherweise notwendige elektrische Energie zur Desorption der Gasbläschen wird durch die Ausnutzung des Erdschwerefeldes drastisch verringert. Der Winkel zwischen der Kante und dem Schwerevektor ist günstigerweise möglichst klein und liegt vorzugsweise im Bereich von 0° bis 30°, bevorzugt im Bereich von 0° bis 15°, besonders bevorzugt im Bereich von 0° bis 5°, ganz besonders bevorzugt zwischen 0° und 0,5° und ist bei der am meisten bevorzugten Ausführungsform gleich 0.In the electrolysis cell, the electrode is then expediently arranged such that the non-curved edge of the recess, with several non-curved edges, preferably the longest edge of the recess, is not perpendicular to the gravity vector (Lot) of the earth's gravity field, so that the gas bubbles are easier from the electrode edge solve, because they are carried away by other rising gas bubbles. The usually necessary electrical energy for desorption of the gas bubbles is drastically reduced by the utilization of the earth's gravity field. The angle between the edge and the gravity vector is favorably as small as possible and is preferably in the range of 0 ° to 30 °, preferably in the range of 0 ° to 15 °, more preferably in the range of 0 ° to 5 °, most preferably between 0 ° and 0.5 °, and is 0 in the most preferred embodiment.
Mindestens eine Aussparung ist günstigerweise mindestens 3 mm, bevorzugt mindestens 5 mm, besonders bevorzugt mindestens 15 mm lang und mindestens 1 mm, bevorzugt mindestens 2 mm, besonders bevorzugt mindestens 3 mm breit, wobei grundsätzlich auf die maximale Länge und Breite der Aussparung abzustellen ist. Die Tiefe der Aussparung, die im Falle eines Lochs der Dicke der Elektrode an dieser Stelle entspricht, ist vorzugsweise mindestens 0,1 mm, bevorzugt mindestens 0,2 mm, besonders bevorzugt mindestens 0,3 mm. Auch hier ist auf den Maximalwert abzustellen.At least one recess is favorably at least 3 mm, preferably at least 5 mm, particularly preferably at least 15 mm long and at least 1 mm, preferably at least 2 mm, particularly preferably at least 3 mm wide, wherein in principle is to be placed on the maximum length and width of the recess. The depth of the recess, which in the case of a hole corresponds to the thickness of the electrode at this point, is preferably at least 0.1 mm, preferably at least 0.2 mm, particularly preferably at least 0.3 mm. Again, the maximum value should be turned off.
Im Rahmen einer weiteren besonders bevorzugten Variante der vorliegenden Erfindung umfasst die Elektrode mindestens einen Zinken, d. h. mindestens eine hervorstehende Spitze, die sich beispielsweise kegelförmig oder pyramidenförmig nach Außen erstreckt. Die Verwendung von mehreren Zinken, vorzugsweise von mindestens 5, insbesondere von mindestens 16 Zinken hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders bewährt. Die Länge der Zinken soll vorzugsweise mindestens 0,1 mm, bevorzugt mindestens 0,5 mm, insbesondere mindestens 1 mm betragen. Weiterhin sollte das Verhältnis von Länge des Zinkens zum maximalen Durchmesser des Zinkens bevorzugt größer 5:1 , vorzugsweise größer 10:1 , insbesondere größer 20:1 sein. Der maximale Durchmesser des Zinkens sollte vorzugsweise kleiner 1 ,0 mm, bevorzugt kleiner 0,5 mm, insbesondere kleiner 0,1 mm gewählt werden.In the context of a further particularly preferred variant of the present invention, the electrode comprises at least one prong, ie at least one protruding tip, which extends, for example, conically or pyramidally outwards. The use of a plurality of prongs, preferably of at least 5, in particular of at least 16 prongs has proven particularly useful in the context of the present invention. The length of the tines should preferably be at least 0.1 mm, preferably at least 0.5 mm, in particular at least 1 mm. Furthermore, the ratio of length of the tine to the maximum diameter of the tine should preferably be greater than 5: 1, preferably greater than 10: 1, in particular greater than 20: 1. The maximum diameter of the tine should preferably be less than 1.0 mm, preferably less than 0.5 mm, in particular less than 0.1 mm.
Darüber hinaus ist es für die Zwecke der vorliegenden Erfindung besonders günstig, wenn bei der Verwendung von mehreren Zinken die Spitzen der Zinken nicht miteinander in Kontakt stehen und vorzugsweise mindestens 0,1 mm voneinander beabstandet sind.Moreover, for the purposes of the present invention, it is particularly advantageous if, when using a plurality of tines, the tips of the tines are not in contact with each other and are preferably at least 0.1 mm apart.
Die Oberflächendichte der Zinken kann prinzipiell in Abhängigkeit von den jeweiligen Elektrolysebedingungen frei gewählt werden. Allerdings haben sich Elektroden mit mindestens 16 Zinken pro cm2 Oberfläche des Elektrodengrundkörpers erfindungsgemäß ganz besonders bewährt.The surface density of the tines can in principle be freely selected depending on the particular electrolysis conditions. However, according to the invention, electrodes having at least 16 tines per cm 2 of surface area of the main body of the electrode have proven especially useful.
Die konkrete Form der Zinken ist grundsätzlich von nachrangiger Bedeutung. Jedoch werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt Elektroden mit nicht gekrümmten Oberflächen und sich nach Außen hin im Durchmesser verjüngenden Zinken eingesetzt.The concrete form of the tines is basically of secondary importance. However, within the scope of the present invention, electrodes having non-curved surfaces and outwardly tapering teeth are preferably used.
Im Rahmen einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat die Elektrode die Form eines Zylinders, dessen Oberfläche derart ausgebildet ist, dass sie bei angelegter Spannung mindestens zwei innenliegende Bereiche mit unterschiedlicher Ladungsdichte aufweist. Die Länge und der Durchmesser des Zylinders können an sich beliebig gewählt werden. Besonders bevorzugt werden jedoch fadenähnliche Zylinder mit einem Durchmesser kleiner 5 mm, zweckmäßigerweise kleiner 2 mm, insbesondere kleiner 1 mm. Der minimale Durchmesser beträgt vorzugsweise mindestens 0,1 mm, besonders bevorzugt mindestens 0,3 mm, insbesondere mindestens 0,5 mm. Das Verhältnis von Länge zu Durchmesser des Zylinders ist weiterhin vorzugsweise im Bereich von 10000:1 bis 1:1 , insbesondere im Bereich von 2500:1 bis 10:1.In the context of a very particularly preferred embodiment of the present invention, the electrode has the shape of a cylinder, the surface of which is designed so that it has at least two internal regions with different charge density when the voltage is applied. The length and the diameter of the cylinder can be chosen arbitrarily. However, thread-like cylinders with a diameter of less than 5 mm, advantageously less than 2 mm, in particular less than 1 mm, are particularly preferred. The minimum diameter is preferably at least 0.1 mm, more preferably at least 0.3 mm, in particular at least 0.5 mm. The ratio of length The diameter of the cylinder is furthermore preferably in the range from 10000: 1 to 1: 1, in particular in the range from 2500: 1 to 10: 1.
Die erfindungsgemäße Elektrode wird vorzugsweise zur Elektrolyse von wasserhaltigen Elektrolyten, wie z. B. wässrige NaOH, verwendet. Eine für diese Zwecke bevorzugte Elektrolysezelle umfasst mindestens zwei erfindungsgemäße Elektroden, wobei eine als Kathode geschaltet ist. Dabei enthält die Kathodenoberfläche vorzugsweise ein Material aus der folgenden Reihe,The electrode according to the invention is preferably used for the electrolysis of aqueous electrolytes, such as. As aqueous NaOH used. An electrolysis cell which is preferred for this purpose comprises at least two electrodes according to the invention, one being connected as cathode. The cathode surface preferably contains a material from the following series,
Pd - Au - Pt - Ag - Ni - C (Graphit) - Fe - Cu - Pb - Hg wobei die Materialien gemäß ihrer Eignung angeordnet sind (links am besten).Pd - Au - Pt - Ag - Ni - C (graphite) - Fe - Cu - Pb - Hg with the materials arranged according to their suitability (left best).
Die Anodenoberfläche enthält vorzugsweise ein Material aus der folgenden Reihe,The anode surface preferably contains a material from the following series,
Ni - Fe - Cu - Pb - Ag - Pd - Pt - Au wobei die Materialien gemäß ihrer Eignung angeordnet sind (links am besten).Ni - Fe - Cu - Pb - Ag - Pd - Pt - Au with the materials arranged according to their suitability (left best).
Der Kathodenraum und der Anodenraum sind zweckmäßigerweise durch eine gasdichte Membran, das sogenannte Diaphragma, voneinander getrennt, die zwar den notwendigen Transport von OH"-Ionen zulässt, gleichzeitig jedoch die Vermischung der Produktgase verhindert. Für diese Zwecke geeignete Membranen sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt.The cathode space and the anode space are advantageously separated by a gas-tight membrane, the so-called diaphragm from one another, while permitting the necessary transport of OH "ions, but also prevents the mixing of the product gases. For these purposes, suitable membranes are known from the prior art well known.
In diesem Zusammenhang hat es sich als ganz besonders günstig erwiesen, eine Membran-Elektrodeneinheit zu verwenden, die mindestens zwei erfindungsgemäße Elektroden umfasst, die durch die Membran voneinander getrennt werden. Dabei weisen die Elektroden zweckmäßigerweise jeweils mindestens eine Öffnung auf, die auf der einen Seite mit dem Elektrolyt und auf der andere Seite mit der Membran in Verbindung steht und so den Transport der Ionen durch die Öffnungen der Elektrode und die Membran zulässt. Die Position der Öffnungen in den Elektroden sollte weiterhin vorzugsweise derart sein, dass, wenn man die Membran (gedanklich) entfernt, die Öffnungen der beiden Elektroden unmittelbar miteinander in Kontakt sind. Als Elektrolyt wird vorzugsweise eine wässrige Lösung mit einem pH-Wert größer 10, bevorzugt größer 11 , besonders bevorzugt größer 12, insbesondere größer 13, gemessen bei der Elektrolysetemperatur, und ganz besonders bevorzugt eine bis zu 40 %ige Kalilauge eingesetzt. Im Rahmen einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine wässrige Lösung mit einem pH-Wert im Bereich von 11 bis 13, gemessen bei der Elektrolysetemperatur, eingesetzt.In this context, it has proved to be particularly advantageous to use a membrane electrode assembly comprising at least two electrodes according to the invention, which are separated by the membrane. In this case, the electrodes expediently each have at least one opening which communicates with the electrolyte on one side and with the membrane on the other side, thus permitting the transport of the ions through the openings of the electrode and the membrane. The position of the openings in the electrodes should furthermore preferably be such that, when the membrane is (mentally) removed, the openings of the two electrodes are in direct contact with each other. The electrolyte used is preferably an aqueous solution having a pH greater than 10, preferably greater than 11, particularly preferably greater than 12, in particular greater than 13, measured at the electrolysis temperature, and very particularly preferably up to 40% potassium hydroxide solution. Within the scope of a further particularly preferred embodiment of the invention, an aqueous solution having a pH in the range from 11 to 13, measured at the electrolysis temperature, is used.
Bei der Elektrolyse wird günstigerweise eine Gleichspannung von mindestens 1 ,23 Volt, besonders bevorzugt von mindestens 1 ,5 Volt angelegt, um die Zersetzung des Wasser zu induzieren.In the electrolysis, a DC voltage of at least 1.23 volts, more preferably at least 1.5 volts, is desirably applied to induce the decomposition of the water.
Zur weiteren Effizienzsteigerung können mehrere derartige Elektrolysezellen ggf. zusammengeschaltet werden.To further increase the efficiency of several such electrolysis cells may optionally be interconnected.
Darüber hinaus hat es sich für die Zwecke der vorliegenden Erfindung besonders bewährt, eine gepulste Gleichspannung während der Elektrolyse anzulegen, um so die Desorption des Wasserstoffs zusätzlich zu erleichtern. Die gepulste Gleichspannung, auch Pulsstrom genannt, wird vorzugsweise durch Pulsgleichrichter, Potentiostaten oder Galvanostaten erzeugt und besteht aus einzelnen Pulssequenzen, die sowohl anodische als auch kathodische Ströme sowie Pulspausen umfassen können. Grundsätzlich können die verschiedensten Pulsformen eingesetzt werden, wobei jedoch Rechteckpulse für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ganz besonders günstig sind. Besonders bevorzugte Pulsfrequenzen liegen im Bereich von 0,2 Hz bis 800 Hz. Das Pausen- Pulsverhältnis wird bei parallel betriebenen Generatoren vorzugsweise im Bereich von 1 :1000 bis 1000:1 , besonders bevorzugt im Bereich von 1 :100 bis 100:1 gewählt. Die Pulsstromstärke und die Pulsspannung werden wie bei der Gleichspannungsanordnung eingestellt. Um den Verlust in der Steuerung möglichst gering zu halten, werden vorzugsweise zwei Generatoren parallel betrieben, zwischen denen hin und her geschaltet wird.Moreover, for the purposes of the present invention, it has proven particularly useful to apply a pulsed DC voltage during the electrolysis in order to additionally facilitate the desorption of the hydrogen. The pulsed DC voltage, also called pulse current, is preferably generated by pulse rectifiers, potentiostats or galvanostats and consists of individual pulse sequences, which may include both anodic and cathodic currents and pulse pauses. In principle, a wide variety of pulse shapes can be used, but square-wave pulses are very particularly favorable for the purposes of the present invention. Particularly preferred pulse frequencies are in the range of 0.2 Hz to 800 Hz. The pause-pulse ratio is preferably selected in parallel operated generators in the range of 1: 1000 to 1000: 1, more preferably in the range of 1: 100 to 100: 1. The pulse current intensity and the pulse voltage are set as in the DC voltage arrangement. To keep the loss in the control as low as possible, preferably two generators are operated in parallel, between which is switched back and forth.
Weiterhin ist es vorteilhaft, die Gleichspannungspulse mit einer Hochfrequenz zu überlagern, um die Ionen weiter anzuregen und die Entladung weiter zu fördern. Hochfrequenz bezeichnet in diesem Zusammenhang eine Wechselspannung hoher Frequenz, die vorzugsweise zwischen 2.000 Hz (2 kHz) und 5.000.000 Hz (5 MHz) liegt.Furthermore, it is advantageous to superimpose the DC voltage pulses with a high frequency in order to further excite the ions and to further promote the discharge. Radio frequency refers in this context to an alternating voltage of high frequency, which is preferably between 2,000 Hz (2 kHz) and 5,000,000 Hz (5 MHz).
Grundsätzlich kann die Elektrolyse sowohl bei Normal-, Unter- oder Überdruck erfolgen. Weiterhin kann auch die Temperatur prinzipiell beliebig gewählt werden, wobei sich Temperaturen im Bereich von 5°C bis 95°C ganz besonders bewährt haben. In principle, the electrolysis can be carried out at normal, underpressure or overpressure. Furthermore, the temperature can in principle be chosen arbitrarily, with temperatures in the range of 5 ° C to 95 ° C have proven particularly useful.

Claims

Patentansprüche: claims:
1. Elektrode für die Elektrolyse von wasserhaltigen Elektrolyten, umfassend ein für die Elektrolyse von Wasser geeignetes Material, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Elektrode derart ausgebildet ist, dass sie bei angelegter Spannung mindestens zwei innenliegende Bereiche mit unterschiedlicher Ladungsdichte aufweist.1. Electrode for the electrolysis of aqueous electrolytes, comprising a suitable material for the electrolysis of water, characterized in that the surface of the electrode is formed such that it has at least two internal areas with different charge density at applied voltage.
2. Elektrode nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Ladungsdichte des Bereichs mit größerer Ladungsdichte mindestens 10 % größer als die Ladungsdichte des Bereichs mit geringerer Ladungsdichte ist.An electrode according to claim 1, characterized in that the charge density of the region of greater charge density is at least 10% greater than the charge density of the region of lower charge density.
3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode mindestens eine innenliegende gekrümmte Teilfläche umfasst, bei welcher der erste Hauptkrümmungsradius an mindestens einer Stelle kleiner 8 mm ist.3. Electrode according to claim 1 or 2, characterized in that the electrode comprises at least one inner curved partial surface, in which the first main radius of curvature is at least one point less than 8 mm.
4. Elektrode nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Hauptkrümmungsradius der Fläche an dieser Stelle kleiner 1 mm ist.4. An electrode according to claim 3, characterized in that the second main radius of curvature of the surface at this point is less than 1 mm.
5. Elektrode nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche mindestens zwei voneinander verschiedene Teilflächen umfasst, die sich in mindestens einem innenliegenden Punkt schneiden.5. An electrode according to at least one of the preceding claims, characterized in that the surface comprises at least two mutually different sub-areas, which intersect in at least one inner point.
6. Elektrode nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche mindestens drei voneinander verschiedene Teilflächen umfasst, die sich in mindestens einem innenliegenden Punkt schneiden.6. An electrode according to claim 5, characterized in that the surface comprises at least three mutually different sub-areas, which intersect in at least one inner point.
7. Elektrode nach Anspruch 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Teilflächen eine unterschiedliche räumliche Ausrichtung haben. 7. An electrode according to claim 5 or 6, characterized in that the partial surfaces have a different spatial orientation.
8. Elektrode nach Anspruch 5, 6 oder 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Teilflächen unterschiedlich gekrümmt sind.8. An electrode according to claim 5, 6 or 7, characterized in that the partial surfaces are curved differently.
9. Elektrode nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode mindestens eine innenliegende Aussparung umfasst.9. An electrode according to at least one of the preceding claims, characterized in that the electrode comprises at least one internal recess.
10. Elektrode nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung mindestens eine nicht-gekrümmte Kante aufweist.10. An electrode according to claim 9, characterized in that the recess has at least one non-curved edge.
11. Elektrode nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung als rechteckige Öffnung durch die Elektrode ausgebildet ist.11. An electrode according to claim 9 or 10, characterized in that the recess is formed as a rectangular opening through the electrode.
12. Elektrode nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung mindestens 3 mm lang und mindestens 0,5 mm breit ist.12. An electrode according to claim 11, characterized in that the recess is at least 3 mm long and at least 0.5 mm wide.
13. Elektrode nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode mindestens einen Zinken umfasst.13. An electrode according to at least one of the preceding claims, characterized in that the electrode comprises at least one prong.
14. Elektrode nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Zinken mindestens 0,5 mm lang ist, wobei das Verhältnis von Länge des Zinkens zum maximalen Durchmesser des Zinkens größer 5:1 ist.14. An electrode according to claim 13, characterized in that the tine is at least 0.5 mm long, wherein the ratio of length of the tine to the maximum diameter of the tine is greater than 5: 1.
15. Elektrode nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitzen der Zinken mindestens 0,1 mm voneinander beabstandet sind.15. An electrode according to claim 13 or 14, characterized in that the tips of the tines are at least 0.1 mm apart.
16. Elektrode nach Anspruch 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode mindestens 16 Zinken pro cm2 Oberfläche des Elektrodengrundkörpers umfasst. 16. An electrode according to claim 13, 14 or 15, characterized in that the electrode comprises at least 16 tines per cm 2 surface of the electrode body.
17. Elektrode nach Anspruch 13, 14, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode mindestens einen sich im Durchmesser nach Außen hin verjüngenden Zinken umfasst.17. An electrode according to claim 13, 14, 15 or 16, characterized in that the electrode comprises at least one diameter tapering towards the outside tines.
18. Elektrode nach Anspruch 13, 14, 15, 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Zinken mindestens 1 ,0 mm lang ist.18. An electrode according to claim 13, 14, 15, 16 or 17, characterized in that the tine is at least 1, 0 mm long.
19. Elektrode nach Anspruch 13, 14, 15, 16, 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Dicke des Zinkens kleiner 1 ,0 mm ist.19. An electrode according to claim 13, 14, 15, 16, 17 or 18, characterized in that the maximum thickness of the tine is less than 1, 0 mm.
20. Elektrode nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode ein Metall und/oder Graphit umfasst.20. Electrode according to at least one of the preceding claims, characterized in that the electrode comprises a metal and / or graphite.
21. Elektrode nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode Kupfer, Silber, Blei, Quecksilber, Platin, Palladium, Gold, Nickel, Graphit und/oder Eisen umfasst.21. An electrode according to claim 20, characterized in that the electrode comprises copper, silver, lead, mercury, platinum, palladium, gold, nickel, graphite and / or iron.
22. Elektrolysezelle, umfassend mindestens eine Elektrode nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche.22. An electrolytic cell comprising at least one electrode according to at least one of the preceding claims.
23. Elektrolysezelle nach Anspruch 22, umfassend eine Nickel-enthaltende Anode und eine Palladium-enthaltende Kathode.23. An electrolytic cell according to claim 22, comprising a nickel-containing anode and a palladium-containing cathode.
24. Elektrolysezelle nach Anspruch 22 oder 23, umfassend mindestens zwei Elektroden gemäß Anspruch 11 , die durch eine Membran voneinander getrennt werden, wobei die Löcher jeweils mit dem Elektrolyt und der Membranoberfläche in Kontakt stehen.24. An electrolytic cell according to claim 22 or 23, comprising at least two electrodes according to claim 11, which are separated by a membrane, wherein the holes are in contact with the electrolyte and the membrane surface, respectively.
25. Verwendung einer Elektrolysezelle nach Anspruch 22, 23 oder 24 zur Elektrolyse eines wasserhaltigen Elektrolyts.25. Use of an electrolytic cell according to claim 22, 23 or 24 for the electrolysis of a water-containing electrolyte.
26. Verwendung nach Anspruch 25 zur Herstellung von Wasserstoff. 26. Use according to claim 25 for the production of hydrogen.
27. Verwendung nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass man eine gepulste Gleichspannung anlegt.27. Use according to claim 25 or 26, characterized in that one applies a pulsed DC voltage.
28. Verwendung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass man 2 Elektrolysezellen parallel schaltet und zwischen ihnen hin und her schaltet.28. Use according to claim 27, characterized in that two electrolysis cells connected in parallel and switches between them back and forth.
29. Verwendung nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass man die Gleichspannungspulse mit einer Hochfrequenz überlagert. 29. Use according to claim 27 or 28, characterized in that one superimposes the DC voltage pulses with a high frequency.
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