DD285125A5 - Electrode for gas-producing electrolytic processes - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektrode fuer gasentwickelnde elektrolytische Prozesse, die insbesondere zur Anwendung in Wasser- und Chloralkalielektrolysezellen geeignet ist. Die aus parallel zueinander angeordneten Elementen aufgebaute Elektrode ist dadurch gekennzeichnet, dasz die Elemente (1) Lamellen, Baender, Folien oder dgl. mit einer Dicke (3) bis zum 3fachen des mittleren Blasenabloesedurchmessers sind und zueinander einen den Kapillareffekt hervorrufenden Spalt (4) aufweisen. Fig. 3{Elektrode; Elektrolyse; Gasentwicklung; parallele Elemente; Spalt; Kapillareffekt}The invention relates to an electrode for gas-producing electrolytic processes, which is particularly suitable for use in water and Chloralkalielektrolysezellen. The electrode composed of mutually parallel elements is characterized in that the elements (1) are lamellae, tapes, foils or the like having a thickness (3) up to 3 times the mean bubble discharge diameter and having a capillary-effect gap (4) , Fig. 3 {electrode; Electrolysis; Gas development; parallel elements; Gap; capillary}

Description

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Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Elektrode für gasentwickelnde elektrolytische Prozesse, die insbesondere zur Anwendung in Wasser- und Chloralkalielektrolysezellen geeignet ist.The invention relates to an electrode for gas-producing electrolytic processes, which is particularly suitable for use in water and Chloralkalielektrolysezellen.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Für die Produktion verschiedener wichtiger chemischer Grundstoffe, wie Natronlauge, Chlor, Wasserstoff oder Wasserstoffperoxid, sind gasentwickelnde elektrolytische Prozesse von herausragender Bedeutung. Die bei der Elektrolyse von alkalischen Lösungen, Wasser, Salz- bzw. Schwefelsäure zu verwendenden Elektroden müssen einer Vielzahl von zum Teil gegensätzlich wirkenden Gebrauchsparametern entsprechen. Ein sehr wesentliches Erfordernis besteht in der schnellen Abfuhr des entwickelten Gases aus dem Raum zwischen Anode und Kathode jenseits dieser Elektroden, um einen großen, den elektrischen Widerstand des Elektrolyten erhöhenden Gasanteil zu vermeiden. Dies steht aber dem Bestreben entgegen, die zur Verfügung stehende Konstruktionsfläche maximal für eine elektrochemisch wirkende Elektrodenfläche wirksam zu nutzen. Es wird weiterhin angestrebt, eine möglichst gleichmäßig und fein strukturierte Elektrodenoberfläche zu realisieren, damit die Voraussetzungen für ein homogenes elektrisches Feld gegeben sind. Unstetigkeiten, wie z. B. Kanten, führen zu Feldstärkeerhöhungen und damit zu einer ungleichmäßigen Elektrodenbelastung, die nicht nur energetische Verluste, sondern auch einen vorzeitigen Verschleiß des Elektrodenmaterials bzw. der elektrokatalytischen Beschichtung (sogenannte Coating) verursacht.For the production of various important basic chemicals, such as sodium hydroxide, chlorine, hydrogen or hydrogen peroxide, gas-producing electrolytic processes are of paramount importance. The electrodes to be used in the electrolysis of alkaline solutions, water, hydrochloric acid or sulfuric acid must correspond to a large number of partly conflicting use parameters. A very important requirement is the rapid removal of the evolved gas from the space between the anode and cathode beyond these electrodes in order to avoid a large proportion of gas which increases the electrical resistance of the electrolyte. However, this is contrary to the endeavor to use the available construction surface for a maximum effective for an electrochemically acting electrode surface. It is further desired to realize a uniform and finely structured electrode surface, so that the conditions for a homogeneous electric field are given. Discontinuities, such. B. edges, lead to field strength increases and thus to a non-uniform electrode load, which causes not only energy losses, but also premature wear of the electrode material or the electrocatalytic coating (so-called coating).

Wesentlich für die Gewährleistung eines optimalen Prozesses ist auch die Realisierung eines gleichmäßigen, geringen Elektrodenabstandes, ohne bei Verwendung von Membranen diese mechanisch stark zu beanspruchen oder garzu beschädigen. Es sollte auch vermieden werden, daß Elektrodenelemente mit großer Dicke einen hohen Berührungsdruck auf die Membran ausüben und somit den Elektrolytfluß, bzw. den lonentransport durch das Porensystem der Membran merklich behindern. Zwei wichtige Grundtypen gasentwickelnder metallischer Elektroden sind bekannt: Zum einen verwendet man von Stromverteiler! getragene, parallel angeordnete Profilstäbe, deren Querschnitt kreisförmig, elliptisch, tropfenförmig oder rechteckig ist (DE-OS 3008116, DE-OS 3325187, DE-PS 3519272, DE-OS 3519573). Aber auch U-förmige in Abständen aneinandergereihte Schienen sind gemäß der DE-AS 1271093 bekannt.Essential for ensuring an optimal process is also the realization of a uniform, small electrode gap, without the use of membranes this mechanically strong stress or even damage. It should also be avoided that electrode elements with a large thickness exert a high contact pressure on the membrane and thus hinder the flow of electrolyte, or the ion transport through the pore system of the membrane markedly. Two important basic types of gas-developing metallic electrodes are known: On the one hand, one uses of current distributor! supported, parallel profile bars whose cross-section is circular, elliptical, teardrop-shaped or rectangular (DE-OS 3008116, DE-OS 3325187, DE-PS 3519272, DE-OS 3519573). But also U-shaped in spaced juxtaposed rails are known according to DE-AS 1271093.

Zum anderen sind perforierte Bleche mit vertikal und horizontal verlaufenden Schlitzen, mit bezüglich der Elektrodenebene abgewinkelten oder tiefgezogenen Segmenten, Lochblechelektroden und Gitterstreckmetallelektroden bekannt (DD-PS 250026, DE-OS 3625 506, DE-OS 2735238).On the other hand perforated plates with vertical and horizontal slots, with respect to the electrode plane angled or deep-drawn segments, perforated plate electrodes and grid metal electrodes are known (DD-PS 250026, DE-OS 3625 506, DE-OS 2735238).

Vertreter des erstgenannten Grundtyps verwenden parallel angeordnete Elemente, die mit Stromverteilerschienen fest verbunden sind und einen tropfenförmigen Querschnitt (DE-OS 3325187) bzw. einen annähernd kreisförmigen Querschnitt (DE-OS 3008116) aufweisen. Der kreisförmige Querschnitt wurde durch Abtrennen von Segmenten, die in der Elektrodenebene liegen, modifiziert. Beide Elektroden sollen vorzugsweise für die Chloralkalielektrolyse in Amalgamzellen Anwendung finden. Nachteilig ist, daß die Elektroden keinen wesentlich verringerten Gasblasenbedeckungsgrad aufweisen. Der Abtransport des Gases erfolgt ausschließlich durch die Fluidströmung und den Auftrieb. Die besonderen Querschnittsgeometrien sind nicht geeignet, eine aktive Rolle beim Gasti ansport durch die Elektrode zu übernehmen. Zwar verhindern sie durch Vermeidung von Unstetigkeitsstellen eine Überbeanspruchung der katalytischen Beschichtung, jedoch geschieht dies durch Inkaufnahme der Nachteile infolge der radiusbedingten ungleichmäßigen Abstände der Elektrodenflächen.Representatives of the former basic type use parallel elements that are firmly connected to power distribution rails and a teardrop-shaped cross section (DE-OS 3325187) or an approximately circular cross-section (DE-OS 3008116). The circular cross section was modified by separating segments lying in the electrode plane. Both electrodes should preferably be used for the chloralkali electrolysis in amalgam cells. The disadvantage is that the electrodes have no significantly reduced Gasblasenbedeckungsgrad. The removal of the gas takes place exclusively by the fluid flow and the buoyancy. The particular cross-sectional geometries are not suitable to take an active role in Gasti ansport through the electrode. Although they prevent overstressing the catalytic coating by avoiding points of discontinuity, this is done by accepting the disadvantages due to the radius-related non-uniform distances of the electrode surfaces.

Die DE-OS 3519272 offenbart eine "Elektrodenstruktur, die eine Vielzahl parallel angeordneter Elemente mit rechteckigem Querschnitt verwendet. Ein plattenförmiger Träger mit beidseitigen Ausbuchtungen dient der Befestigung der Elektrodenelemente und als Stromverteiler. Der Querschnitt der rechteckigen Elektrodenelemente soll ein Verhältnis von 1:5 aufweisen. Damit die Gasabzugsfahnen im Bereich des Spaltes nicht miteinander in Berührung kommen und verwirbeln, ist ein relativ großer Spalt zwischen benachbarten Elementen vorgesehen. Dies führt zu einer relativ geringen Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Konstruktionsfläche und zu einer ungleichmäßigen Elektrodenbelastung, insbesondere im Bereich der Kanten der rechteckigen Profile, wo mit einem erhöhten Verschleiß der katalytischen Beschichtung zu rechnen ist. Die gewählte Form des Trägers der Elektrodenelemente, der gleichzeitig Stromverteiler ist, verhindert die Konzentration des Gases im Raum jenseits der reaktiven Elektrodenfläche. Infolgedessen kommt es zu einem hohen Gasanteil im Bereich der Reaktionsfläche verbunden mit erhöhten elektrischen Verlusten.DE-OS 3519272 discloses an "electrode structure using a plurality of parallelly arranged elements of rectangular cross-section." A plate-shaped support with bulges on both sides serves for fixing the electrode elements and as a current distributor The cross-section of the rectangular electrode elements should have a ratio of 1: 5. In order that the gas vents in the region of the gap do not come into contact and swirl, a relatively large gap is provided between adjacent elements, resulting in a relatively low utilization of the available construction surface and an uneven electrode load, in particular in the region of the edges of the rectangular ones Profiles where increased wear of the catalytic coating is to be expected The chosen shape of the carrier of the electrode elements, which is also the current distributor, prevents the concentration of the gas in the space beyond the reactive E lektrodenfläche. As a result, there is a high proportion of gas in the reaction area associated with increased electrical losses.

Eine der voran beschriebenen Elektrodenstruktur sehr ähnliche ist die in der DE-OS 3519573 offenbarte Elektrode, Sie besteht gleichfalls aus parallel auf einem Stromverteiler angeordr eten Elementen rechteckigen Querschnitts, deren Abstand zueinander einige Millimeter beträgt. Außerdem weisen die der Membran zugewandten Stirnseiten der Elemente eine Vielzahl von Ausnehmungen auf. Die dazwischen befindlichen Stege sind nicht elektrokatalytisch beschichtet und liegen auf der Membran auf. Somit beträgt die zur Verfügung stehende reaktive Fläche nur noch etwa 10% der Membranfläche. Die Stege können, bedingt durch Relativbewegungen zwischen Elektrode und Membran, lokale Beschädigungen der Membran verursachen. Als Vertreter des zweiten Grundtyps gasentwickelnder metallischer Elektroden ist in der DE-OS 2735238 eine Elektrode mit vertikalen jalousieartigen Elementen, die durch Herauspressen aus einem Blech erzeugt wurden, beschrieben. Diese Elektrodenstruktur verursacht erhebliche Feldstärkeunterschiede und damit stark unterschiedliche Belastungen der Elektrodenfläche. An den der Membran zugewandten Kanten der jalousieartigen Elemente ist ein erhöhter Verschleiß der elektrolytischen Schicht zu erwarten.One of the above-described electrode structure is very similar to the disclosed in DE-OS 3519573 electrode, it also consists of parallel angeordr on a current distributor elements of rectangular cross-section, the distance to each other is a few millimeters. In addition, the membrane facing the end faces of the elements on a plurality of recesses. The webs between them are not electrocatalytically coated and lie on the membrane. Thus, the available reactive area is only about 10% of the membrane area. Due to relative movements between the electrode and the membrane, the webs can cause local damage to the membrane. As a representative of the second basic type of gas-generating metallic electrodes is described in DE-OS 2735238 an electrode with vertical louver-like elements that were produced by pressing out of a sheet. This electrode structure causes considerable field strength differences and thus greatly different loads on the electrode surface. At the edges of the louver-like elements facing the membrane, increased wear of the electrolytic layer is to be expected.

Jalousieartige Elemente in überwiegend horizontaler Anordnung sind in DD-PS 250026 beschrieben worden. Das sehr scharfkantig ausgebildete Jalousieende verursacht eine starke Feldstärkeüberhöhung sowie eine erhebliche mechanische und thermische Belastung der Membran.Venetian blind elements in predominantly horizontal arrangement have been described in DD-PS 250026. The very sharp-edged jalousie end causes a strong field strength increase as well as a considerable mechanical and thermal load on the membrane.

Die DE-OS 3625506 offenbart eine Elektrode mit einer Anzahl im wesentlichen waagerechter, rechteckiger Öffnungen, denen Brücken· oder Fahnenteile zugeordnet sind.DE-OS 3625506 discloses an electrode with a number of substantially horizontal, rectangular openings, which bridge or flag parts are assigned.

Auch diese Elektrode kann die Ausbildung eines relativ großen Gasblasenanteils im Raum zwischen der Elektrode und der Membran nicht verhindern.Also, this electrode can not prevent the formation of a relatively large gas bubble portion in the space between the electrode and the membrane.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht in der Entwicklung einer Elektrode für gasentwickelnde elektrolytische Prozesse, die bei konstruktiv einfachem Aufbau und Verwendung eines billigen Elektrodenwerkstoffes eine hohe Effektivität dieser Prozesse gewährleistet.The object of the invention is the development of an electrode for gas-producing electrolytic processes, which ensures a high efficiency of these processes with a structurally simple design and use of a cheap electrode material.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist die Entwicklung einer Elektrode für gasentwickelnde elektrolytische Prozesse, deren Struktur eine wesentliche Herabsetzung der ohmschen Leistungsverluste und dadurch eine Erhöhung der spezifischen elektrischen Belastung der Elektroden bewirkt; jedoch soll gleichzeitig der Grad der Gasanreicherung an den Elektrodenflächen trotz gesteigerter Gasproduktion erheblich verringert werdenThe object of the invention is the development of an electrode for gas-producing electrolytic processes whose structure causes a significant reduction of the ohmic power losses and thereby an increase in the specific electrical load of the electrodes; However, at the same time the degree of gas enrichment at the electrode surfaces should be significantly reduced despite increased gas production

Im einzelnen soll folgendes erreicht werden: In detail, the following should be achieved:

- Verringerung der Gasblasenbelastung des Elektrolyten zwischen den Elektroden und des Gasblasenbedeckungsgrades auf den Reaktionsflächen der Elektroden,Reduction of the gas bubble loading of the electrolyte between the electrodes and the gas bubble coverage on the reaction surfaces of the electrodes,

- die Elektrodenstruktur soll während des Prozesses einen gerichteten Gastransport gewährleisten,the electrode structure should ensure directional gas transport during the process,

- Verbesserung des Verhältnisses von aktiver Elektrodenfläche zu Konstruktionsfläche,Improving the ratio of active electrode area to construction area,

- Herabsetzung lokaler Feldstärkeüberhöhung und Ausbildung eines annähernd homogenen elektrischen Feldes zur Vergleichmäßigung der Belastung der mr Reaktion zur Verfügung stehenden Elektrodenfläche.- Reduction of local field strength overshoot and formation of an approximately homogeneous electric field to equalize the load of the mr reaction electrode surface available.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine aus einer Vielzahl zueinander parallel angeordneter Elemente bestehenden Elektrode gelöst, deren lamellen-, band- oder folienartigen Elemente nur eine Dicke bis zum 3fachen des mittleren Blasenablösedurchmessers besitzen und zueinander einen den Kapillareffekt hervorrufenden Spalt aufweisen. Als Blasenablösedurchmesser gilt der Durchmesser einer sich von ihrem Bildungskeim entfernenden Blase unter den gegebenen realen Prozeßbedingungen an einer Elektrode der erfindungsgemäßen Bauart. Als eine sich von ihrem Bildungskeim entfernende Blase soll auch diejenige angesehen werden, die sich infolge der Adhäsion auf der Elektrodenoberfläche bewegt. Die Realisierung der im 1 .Anspruch dargestellten Merkmale gewährleistet, daß die Kapillarwirkung der Elektrode, ausgehend von dem Bereich zwischen den Elementen, auch die auf den (zumeist abgerundeten) Stirnflächen gebildeten Blasen beeinflußt und selbst dann in den Kapillarspalt hinein saugt, wenn zwischen der Elektrode und der Membran ein Abstand belassen wurde. Die Breite der Elektrodenelemente ist wesentlich größer als deren Dicke und beträgt mindestens das 1Ofach« der Breite des Kapillarspaltes. Dadurch wird in der Elektrode ein zweidimensional wirkendes kapillares System geschaffen, das das Eintragen von Turbulenzen aus dem Entgasungsraum des Elektrolyten in den Reaktionsraum zwischen der Elektrode und der Membran verhindert. Eine Beeinflussung bzw. Störung des Blasenbildungsprozesses und des blasentransportes in den Kapillarspalt ist damit ausgeschlossen. Der Gastransport durch die Elektrode erfolgt gerichtet quer zur Elektrodenebene über die nur sehr geringe Strecke entsprechender Breite der Elektrodenelemente. Ursache hierfür ist die erhebliche relative Volumenvergrößerung im Reaktionsraum infolge des Blasenbildungsprozesses. Dies führt dort zu einer Druckerhöhung und Verdrängungsreaktion. In gleichem Maße, wie das Gas aus dem Reaktionsraum und der Elektrode gedrängt wird, strömt Elektrolyt durch den Kapillarspalt turbulenzfrei zu den reaktiven Flächen der Elektrode nach. Der hohe Elektrolytaustausch verhindert die Verarmung des Elektrolyten auch in seiner Grenzschicht, da der Flüssigkeitstransport aufgrund der Kapillarkräfte unmittelbar auf der Elektrodenoberfläche erfolgt. Die charakteristischen Strömungsbedingungen im Kapillarspalt verhindern weitestgehend eine vertikale Bewegung der Gasblasen.According to the invention, the object is achieved by an electrode consisting of a multiplicity of elements arranged in parallel, whose lamellar, ribbon or foil-like elements have a thickness of up to 3 times the mean bubble peel diameter and have a gap which causes the capillary effect. The bubble peel diameter is the diameter of a bubble removing from its formation nuclei under the given real process conditions on an electrode of the type according to the invention. As a bubble removing from its nucleation, one should also consider that which moves on the surface of the electrode as a result of the adhesion. The realization of the features illustrated in the first claim ensures that the capillary action of the electrode, starting from the region between the elements, also affects the bubbles formed on the (mostly rounded) end faces and sucks into the capillary gap even if between the electrode and the membrane was left a gap. The width of the electrode elements is substantially greater than their thickness and is at least 10 times the width of the capillary gap. As a result, a two-dimensionally acting capillary system is created in the electrode, which prevents the introduction of turbulence from the degassing space of the electrolyte into the reaction space between the electrode and the membrane. An influence or disturbance of the bubble formation process and the bubble transport in the capillary gap is thus excluded. The gas transport through the electrode is directed transversely to the electrode plane over the only very short distance corresponding width of the electrode elements. The reason for this is the considerable relative increase in volume in the reaction space as a result of the bubble formation process. This leads there to an increase in pressure and displacement reaction. To the same extent as the gas is forced out of the reaction chamber and the electrode, electrolyte flows through the capillary gap without turbulence to the reactive surfaces of the electrode. The high electrolyte exchange prevents the depletion of the electrolyte even in its boundary layer, since the liquid transport takes place directly on the electrode surface due to the capillary forces. The characteristic flow conditions in the capillary gap largely prevent a vertical movement of the gas bubbles.

AusführungsbolsplelAusführungsbolsplel

Nachfolgend wird der Gegenstand der Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und der Figuren näher erläutert. Es stellen darThe subject matter of the invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment and the figures. It represents

Fig. 1: Zwei Kapillarspaltelektroden als Kathode und Anode mit zwischenliegendem Trennelement Fig. 2: Maßstabgetreue Vergrößerung des Ausschnittes einer realen Kapillarspaltelektrode (M: etwa 10:1) Fig. 3: Vergrößerter Ausschnitt A der Kapillarspaltelektrode1: Two capillary gap electrodes as cathode and anode with intermediate separator element FIG. 2: scale enlargement of the section of a real capillary gap electrode (M: approximately 10: 1) FIG. 3: Enlarged detail A of the capillary gap electrode

Die Erfindung betrifft eine hydrodynamisch „aktiv" wirkende, gasentwickelnde Kapillarspaltelektrode. Sie ist aus zueinander parallel angeordneten Elementen 1 aufgebaut, deren Dicke 3 und Abstand 4 zueinander um ein bis zwei Größenordnungen geringer sind als bei bekannten Elektroden.The invention relates to a gas-evolving capillary gap electrode which acts hydrodynamically and is composed of elements 1 arranged parallel to one another whose thickness 3 and distance 4 are smaller by one to two orders of magnitude than in known electrodes.

Erfindungsgemäß beträgt die Dicke 3 der Elemente 1, die Bänder, Folien, Lamellen oder dgl. sein können, höchstens das 3fache des mittleren Blasenablösedurchmessers. Zwischen den Elementen 1 ist ein den Kapillareffekt hervorrufender Spalt 4 zu belassen. Die Fixierung der Elemente 1 zueinander kann beispielsweise durch mehrere die Elemente 1 durchdringende Drähte erfolgen. Zwischen den Elementen 1 können a jf den Drähten Abstandshalter zur Gewährleistung des Kapillarspaltes angeordnet sein. Diese Maßnahmen erlauben die einfache Bereitstellung einer in ihrer Breite festgelegten transportierbaren und montierbaren Kapillarspalteloktrode.According to the invention, the thickness 3 of the elements 1, which may be tapes, foils, lamellae or the like, is at most 3 times the mean bubble peel diameter. Between the elements 1 is a capillary effect causing gap 4 to leave. The fixation of the elements 1 to each other can be done for example by a plurality of elements 1 penetrating wires. Between the elements 1 spacers can be arranged to ensure the capillary gap a the wires. These measures allow the simple provision of a transportable and mountable Kapillarspalteloktro defined in their width.

Besonders wirtschaftlich ist die Herstellung von Elementen 1 aus glasmetallischen Folienbändern, die nach dem Schmelzspinnverfahren erzeugt wurden. Sie besitzen glatte Oberflächen und Kanten und weisen meistens eine Dicke 3 von 20μηΊ bis 100pm auf. Der bevorzugte Bereich der Elementendicke liegt um 40μηι; die Breite der Bänder beträgt etwa 5mm. Bei Verwendung von etwa 40 Elementen 1 je Zentimeter stellt sich ein durchschnittlicher Kapillarspalt 4 von 0,2 mm Breite ein. Eine Elektrode aus einer Vielzahl Qn sich sehr flexibler Einzelelemente stellt in der beschriebenen dichten Packung ein mechanisch hochbelastbares und dennoch an eine ebene Fläche vollständig anschmiegbares Gebilde dar. An diese Flächen müssen keine hohen Anforderungen hinsichtlich Ebenheit, Verwerfung u.a. gestellt werden.Particularly economical is the production of elements 1 of glass-metallic foil strips, which were produced by the melt-spinning process. They have smooth surfaces and edges and usually have a thickness 3 of 20μηΊ to 100pm. The preferred range of element thickness is around 40μηι; the width of the bands is about 5mm. When using about 40 elements 1 per centimeter, an average capillary gap 4 of 0.2 mm width is established. One of a plurality of Qn very flexible individual elements in the described dense packing is a mechanically highly resilient and yet completely conformable to a flat surface structure. These surfaces need no high requirements for flatness, warp u.a. be put.

Figur 1 zeigt zwei Kapillarspaltelektroden 3 als Kathode und Anode mit zwischenliegendem Trennelement 7 (z. B. Membran) im sogenannten Null-Abstand. Die erfindungsgemäße Elektrodenstruktgr erlaubt großflächig einen konstanten und geringen Elektrodenabstand, welcher der Dicke des Trennelementes 7 entspricht. Die Anschmiegsamkeit der Kapillarspaltelektrode gewährleistet darüber hinaus eine gleichmäßige Druckverteilung über das Trennelement 7, was nicht nur dessen Beschädigung verhindert, sondern auch den lonenstrom bzw. den Elektrolytstrom nicht beeinträchtigt. Der Kaum, der sich an die Elektrodenfläche anschließt, welche dem Trennelement 7 abgewandt ist, dient als Entgasungsraum für den Elektrolyten. Figur 2 und 3 zeigen vergrößerte, maßstäbliche Ausschnitte der Kapillarspaltelektrode. Die verwendeten Elemente 1 besitzen eine Dicke 3 von etwa 30 pm und eine Breite 5 von etwa 5mm. Der Spalt 4 zwischen den Elementen 1 entspricht etwa 200μηη. Die hervorgehobenen Flächen 2 der Elemente 1 (siehe Fig.3) stellen die Boreiche mit hoher elektrolytischer Reaktivität dar. Ihr flächenspezifischer Umsatz entspricht ungefähr dem auf den Stirnflächen der Elemente 1. Diese reaktionsstarken, am Umsatz wesentlich beteiligten Flächen 2 erstrecken sich quer zur Elektrodenebene auf einer Tiefe, die etwa der Breite des Spaltes 4 entspricht. Zur besseren Darstellbarkeit wurde die Breite des Spaltes 4 im Vergleich zur Dicke und Breite der Elemente 1 auf das 3fache gestreckt.1 shows two capillary gap electrodes 3 as the cathode and anode with an interposed separating element 7 (eg membrane) in the so-called zero distance. The electrode structure according to the invention permits, over a large area, a constant and small electrode spacing, which corresponds to the thickness of the separating element 7. The conformability of the Kapillarspaltelektrode also ensures a uniform pressure distribution over the separator 7, which not only prevents its damage, but also does not affect the ion current or the electrolyte flow. The bar, which adjoins the electrode surface, which faces away from the separating element 7, serves as a degassing space for the electrolyte. Figures 2 and 3 show enlarged, scaled sections of the capillary gap electrode. The elements 1 used have a thickness 3 of about 30 pm and a width 5 of about 5 mm. The gap 4 between the elements 1 corresponds to about 200μηη. The highlighted areas 2 of the elements 1 (see FIG. 3) represent the areas of high electrolytic reactivity. Their area-specific conversion corresponds approximately to that on the end faces of the elements 1. These highly reactive surfaces 2, which are involved in the conversion, extend transversely to the electrode plane a depth which corresponds approximately to the width of the gap 4. For better illustration, the width of the gap 4 was stretched 3 times compared to the thickness and width of the elements 1.

Die Kapillarspaltelektrode wirkt wie folgt:The capillary gap electrode acts as follows:

Die hohe Anzahl der Elemente 1 der Elektrode 8 (etwa 40 bis 50 Elemente 1 je cm) stellt eine im Vergleich zum bekannten Stand der Technik hochgradige Vergleichmäßigung der Elcktrodenoberfläche dar. Verbunden damit ist eine adäquate Vergleichmäßigung des elektrischen Feldes sowie der Stromdichtebelastung. Folglich wird eine Überlastung (und damit frühzeitiger Verschleiß) der elektrokatalytischen Beschichtung vermieden. Darüber hinaus ist es gelungen, die an der Reaktion beteiligte Fläche auf einen Wert größer der Konstruktionsfläche zu steigern. Unter günstigen Bedingungen kann das Verhältnis von aktiver Peaktionsfläche zu Konstruktionsfläche um den Wert 2 liegen.The high number of elements 1 of the electrode 8 (about 40 to 50 elements 1 per cm) represents a high compared to the prior art equalization of Elcktrodenoberfläche. Associated with this is an adequate equalization of the electric field and the current density. Consequently, an overload (and thus premature wear) of the electrocatalytic coating is avoided. In addition, it has been possible to increase the area involved in the reaction to a value greater than the construction area. Under favorable conditions, the ratio of active reaction area to construction area may be around 2.

Die an den Stirnflächen und den reaktiven Flächen 2 der Elemente 1 gebildeten Gasblasen befinden sich im Einflußbereich des Kapillarspaltes. Infolge der Gasblasenbildung kommt es im Raum, der vom Trennelement 7 (z. B. Membran) und der E'ektrode 8 begrenzt wird, zu einem Druckaufbau, welcher die Ursache für den Gastransport quer zur Elektrodenebene darstellt. In Figur 3 wird der Weg einer Gasblase 6 durch die Kapillarspaltelektrode 8 gezeigt. Im gleichen Maße wird der Elektrolyt zwischen Entgasungsraum und Reaktionsraum ausgetauscht. Die Gasblasenbelastung im Reaktionsraum zwischen Elektrode 8 und Trennelement 7 (bei Elektrodenabstand größer Null) ist äußerst gering. Es gibt praktisch kaum noch im Elektrolyten des Reaktionsraumes frei bewegliche Gasblasen. Sie werden überwiegend unter der Wirkung des Kapillareffektes auf der Elektrodenoberfläche bewegt und in den Kapillarspalt „gesaugt". Hierdurch konnte eine wesentliche Reduzierung des elektrischen Widerstandes des Elektrolyten erreicht werden.The gas bubbles formed on the end faces and the reactive surfaces 2 of the elements 1 are in the range of influence of the capillary gap. As a result of the gas bubble formation occurs in the space which is bounded by the separating element 7 (eg membrane) and the E'ektrode 8, to a pressure build-up, which is the cause of the gas transport across the electrode plane. In FIG. 3, the path of a gas bubble 6 through the capillary gap electrode 8 is shown. To the same extent, the electrolyte is exchanged between the degassing space and the reaction space. The gas bubble load in the reaction space between the electrode 8 and separator 7 (at electrode gap greater than zero) is extremely low. There are hardly any free bubbles of gas in the electrolyte of the reaction space. They are mainly moved under the effect of the capillary effect on the electrode surface and "sucked" into the capillary gap, which has led to a significant reduction in the electrical resistance of the electrolyte.

Bei Verwendung des Kapillarspaltelektroden gemäß Figur 1 im sogenannten Null-Abstand, wobei also die Stirnflächen der Elemente 1 der Elektroden 8 direkt auf dem Trennelement 7 aufliegen, existiert kein über die gesamte Elektrodenflä ;he sich erstreckender Reaktionsraum. Er wird dann gebildet aus der Summe aller Teilräume der Kapillarspalten, in denen elektrochemische Reaktionen ablaufen.When the capillary gap electrode according to FIG. 1 is used in the so-called zero distance, that is, the end faces of the elements 1 of the electrodes 8 rest directly on the separating element 7, there is no reaction space extending over the entire electrode surface. It is then formed from the sum of all subspaces of the capillary gaps in which electrochemical reactions take place.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß die Breite 5 der Elemente 1 den Bedürfnissen bezüglich eines möglichst geringen ohmschen Spannungsabfalls im Elektrodenwerkstoff angepaßt werden kann. Die erfindungsgemäße Elektrodenstruktur ist hervorragend für den Einsatz in Gas-Lift-Zellen geeignet.It should be noted that the width 5 of the elements 1 can be adapted to the needs for the lowest possible ohmic voltage drop in the electrode material. The electrode structure according to the invention is outstandingly suitable for use in gas-lift cells.

Vorteile der Kapillarspaltelektrode:Advantages of the capillary gap electrode:

Sehr geringe Gasblasenbelastung des Elektrolyten im Reaktionsraum durch einen gerichteten Gasblasentransport innerhalb der KapillarspaltelektrodeVery low gas bubble loading of the electrolyte in the reaction space by a directed gas bubble transport within the Kapillarspaltelektrode

Gleichmäßig- und feinstrukturierter ElektrodenaufbauUniform and finely structured electrode structure

dadurch: gleichmäßige Strombelastung und Auslastung der zur Verfügung stehenden Reaktionsfläche, keine lokale Erosion der Elektrodenoberfläche, insbesondere der elektrokatalytischen Beschichtungby: uniform current load and utilization of the available reaction surface, no local erosion of the electrode surface, in particular the electrocatalytic coating

Mechanisch belastbare, aber dennoch flexible und somit anschmiegsame ElektrodenstrukturMechanically strong, yet flexible and therefore cuddly electrode structure

Claims (4)

1. Elektrode für gasentwickelnde elektrolytische Prozesse, bestehend aus einer Vielzahl zueinander parallel angeordneter Elemente, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (1) Lamellen, Bänder, Folien oder dgl. mit einer Dicke (3) bis zum 3fachen des mittleren Blasenablösedurchmessers sind und zueinander einen den Kapillareffekt hervorrufenden Spalt (4) aufweisen.1. electrode for gas-producing electrolytic processes, consisting of a plurality of mutually parallel elements, characterized in that the elements (1) lamellae, tapes, films or the like. With a thickness (3) up to 3 times the average bladder removal diameter and each other have the capillary effect causing gap (4). 2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (1) eine Dicke (3) im Bereich von 20pm bis 60Mm besitzen.2. An electrode according to claim 1, characterized in that the elements (1) have a thickness (3) in the range of 20pm to 60mm. 3. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (4) 0,15 mm bis 0,20 mm beträgt.3. An electrode according to claim 1, characterized in that the gap (4) is 0.15 mm to 0.20 mm. 4. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (5) der Elemente (1) mindestens das lOfache der Breite des den Kapillareffekt hervorrufenden Spaltes (4) beträgt.4. An electrode according to claim 1, characterized in that the width (5) of the elements (1) is at least 10 times the width of the capillary effect causing gap (4).