DE2355876A1 - BIPOLAR ELECTRODE AND ITS USE - Google Patents
BIPOLAR ELECTRODE AND ITS USEInfo
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Description
Patentanwälte Dipi.-Tmg. R \7eickmann,Patent Attorneys Dipi.-Tmg. R \ 7eickmann,
Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. RA-Veickmann, Dipl.-Chem. B. HuberDipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. RA-Veickmann, Dipl.-Chem. B. Huber
8 MÜNCHEN 86, DEN POSTFACH 860 820 Case 305 063 · MDHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/228 MUNICH 86, POST BOX 860 820 Case 305 063 MDHLSTRASSE 22, CALL NUMBER 98 39 21/22
DIAMOND SHAMROCK CORPORATION 1100 Superior Avenue, Cleveland, Ohio 44114, USADIAMOND SHAMROCK CORPORATION 1100 Superior Avenue, Cleveland, Ohio 44114, USA
Bipolare Elektrode und deren VerwendungBipolar electrode and its use
Die Erfindung betrifft eine bipolare Elektrode, die für multi-The invention relates to a bipolar electrode that is used for multi-
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polare Elektrolysezellen geeignet ist, die bei optimalem Leistungswirkungsgrad arbeiten und während langer Betriebsdauern einer minimalen Wartung bedürfen.polar electrolytic cells is suitable, which with optimal power efficiency work and require minimal maintenance for long periods of operation.
Die Erfindung betrifft insbesondere eine bipolare Elektrode bzw. Elektrodenanordnung für multipolare Elektrolysezellen technischen Maßstabs, bei denen die Elektroden groß, sind und mit einem geringen gleichmäßigen Abstand einander flach gegenüberliegend in der Zelle angeordnet sind, wodurch diese bei einem optimalen Leistungswirkungsgrad und bei geringer Wartungsbedürftigkeit betrieben werden kann. Die erfindungsgemäße Elektrode ist beson- " ders geeignet für die elektrochemische Umwandlung von wäßrigen Natriumchloridlösungen in Chlor und Natriumhydroxyd unter Verwendung einer Diaphragma- oder Membran-Zelle. Es versteht sich jedoch, daß die erfindungsgemäße Elektrode nicht nur für die Bildung von Zellen geeignet ist, die zur Herstellung von ChlorThe invention relates in particular to a bipolar electrode or electrode arrangement for technical multipolar electrolysis cells Scale where the electrodes are large and flat opposite each other with a small uniform spacing are arranged in the cell, whereby they operate with an optimal power efficiency and low maintenance can be. The electrode according to the invention is particularly suitable for the electrochemical conversion of aqueous Sodium chloride solutions in chlorine and sodium hydroxide using a diaphragm or membrane cell. It goes without saying however, that the electrode according to the invention is not only suitable for the formation of cells which are used for the production of chlorine
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und Natriumhydroxyd geeignet sind, da sie auch für Zellen benutzt werden kann, bei denen andere elektrochemische Vorgänge durchgeführt v/erden, z.B. die Herstellung von Alkalimetall- und Erdalkalimetall-hypochloriten, -chloraten, -perchloraten und verschiedenen organischen Verbindungen.and sodium hydroxide are suitable as they are also used for cells in which other electrochemical processes are carried out, e.g. the production of alkali metal and alkaline earth metal hypochlorites, chlorates, perchlorates and various organic compounds.
Bislang ist es üblich, multipolare Elektrolysezellen für verschiedene chemische Reaktionen zu verwenden, da in diesem Falle die Zelle in kompakter Form ausgelegt werden kann und eine freiliegende Sammelschiene sowie metallische Verbindungen nicht erforderlich sind, die für die Zuführung und Ableitung des elektrischen Stroms zu den Elektroden der monopolaren Zellen erforderlich sind. Die freiliegenden Teile und Verbindungen der monopolaren Zellen werden durch die während der Elektrolyse freigesetzten Gase 'und andere im Bereich der Zelle vorhandene Chemikalien angegriffen werden, wodurch eine Korrosion und eine Verunreinigung des Elektrolyten verursacht wird.So far, it has been common practice to use multipolar electrolytic cells for different to use chemical reactions, since in this case the cell can be designed in a compact form and an exposed busbar as well as metallic connections are not required for the feed and discharge of the electric current to the electrodes of the monopolar cells are required. The exposed parts and connections of the monopolar cells are affected by the gases released during electrolysis and others in the area of the cell Attack existing chemicals, causing corrosion and contamination of the electrolyte will.
Bei üblichen herkömmlichen multipolaren Zellen sind bipolare Elektroden in irgendeiner Weise dicht benachbart zwischen den endständigen monopolaren Elektroden angeordnet und an den Kanten gegenüber den Seiten- und Bodenwänden der Zelle abgedichtet, um eine Verbindung zwischen benachbarten Zellbereichen zu verhindern, die durch Trennelemente voneinander getrennt sind. Die elektrischen Anschlüsse sind lediglich an den endständigen monopolaren Elektroden vorgesehen, und der Elektrolyt wird in Berührung mit den Elektroden in jedem der einzelnen Behälter zirkuliert. Die Gesamtspannung zwischen den zwischen den endständigen monopolaren Elektroden vorhandenen bipolaren Elektroden ist gleich der zwischen den monopolaren Elektroden angelegten Spannung. Bei einer bereits bekannten Art von multipolarer Zelle bestehen die bipolaren Elektroden aus einem einzigen Titanblech, das auch als Trenneletnent für den Elektrodenraum dient. Eine Seite des Titanblechs ist nicht überzogen und dient als Kathode, während die andere Seite mindestens teilweise mit einem aktiven Oberflächenüberzug verse-In common conventional multipolar cells, bipolar electrodes are in some way closely spaced between the Terminal monopolar electrodes arranged and sealed at the edges from the side and bottom walls of the cell, in order to prevent a connection between neighboring cell areas, which are separated from one another by separating elements are. The electrical connections are only provided on the terminal monopolar electrodes and the electrolyte is circulated in contact with the electrodes in each of the individual containers. The total tension between the between The bipolar electrodes present in the terminal monopolar electrodes is the same as that between the monopolar electrodes Electrode applied voltage. One type of multipolar cell already known is the bipolar electrodes made of a single sheet of titanium, which can also be used as a separating element for the electrode chamber is used. One side of the titanium sheet is not coated and serves as a cathode, while the other side is at least partially covered with an active surface coating
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-hen Ist und als Anode der bipolaren Elektrode dient. Diese Elektrode wird derart angeordnet, daß die Anodenoberfläche eines Titanblechs an die Kathodenseite einer, gegenüberliegenden Elektrode angrenzt, wobei eine gewünschte Anzahl von Elektroden zwischen den monopolaren endständigen Elektroden angeordnet werden kann. Eine ähnliche Elektrode für multipolare Zellen, die bereits verwendet wurde, besteht aus einer Graphitplatte, die die gleiche Wirkung besitzt wie das Titanblech und die als Trennelement für den Elektrodenraum dient, wobei eine Seitenoberfläche der Platte als Anode und die gegenüberliegende Oberfläche als Kathode wirken. Derartige bipolare Graphitelektroden werden immer noch verwendet, werden jedoch nach und nach wegen ihrer beschränkten Beständigkeit gegen Erosion und chemischen Angriff durch bipolare Metallblechelektroden ersetzt. Eine weitere, derzeit verwendete bipolare Elektrode umfaßt eine Anzahl massiver oder perforierter metallischer Anoden- und Kathoden-Platten, die einander gegenüberliegend mit geringem Abstand in einer Elektrolysezelle angeordnet sind, wobei jedes Paar durch Trennelemente getrennt wird und die Gesamtanzahl der Elektroden zwischen endständige monopolare Elektroden eingebracht ist.-hen is and serves as the anode of the bipolar electrode. These Electrode is arranged so that the anode surface of a titanium sheet to the cathode side of an opposite one Electrode adjacent, with a desired number of electrodes between the monopolar terminal electrodes can be arranged. A similar electrode for multipolar cells that has already been used consists of a graphite plate, which has the same effect as the titanium sheet and which acts as a separator for the electrode space serves, with one side surface of the plate acting as the anode and the opposite surface acting as the cathode. Such graphite bipolar electrodes are still used, but are gradually being used because of their limited durability Replaced by bipolar sheet metal electrodes against erosion and chemical attack. Another one currently in use The bipolar electrode comprises a number of solid or perforated metallic anode and cathode plates that face one another are arranged opposite at a small distance in an electrolytic cell, each pair by separating elements is separated and the total number of electrodes is placed between terminal monopolar electrodes.
Wie bereits erwähnt, unterliegen die Graphitelektroden einer Erosion, was zu einer Verunreinigung des Elektrolyten und einer Verminderung des Leistungswirkungsgrads führt. Die Spannungssteigerung, die erforderlich ist, um den Widerstand der größeren Elektrolytmenge zu überwinden, die den konstant durch die dauernde Erosion zunehmenden Raum zwischen den Elektroden ausfüllt, vermindert den Leistungswirkungsgrad. Die Titanbleche, die als Trennelemente für die Zelle dienen und auf der einen Oberfläche eine Kathode und auf der gegenüberliegenden Oberfläche eine Anode bilden, leiden an dem Nachteil, daß sie an der Kathodenoberfläche durch die Bildung von Titanhydrid korrodiert werden, was einen Abbau der Kathodenoberfläche, eine Zersetzung des gesamten Blechs und einen Be- " triebsausfall der Zelle zur Folge hat. Die bipolaren Anordnungen, bei denen gegenüberliegende Platten in einzelnen Be-As already mentioned, the graphite electrodes are subject to erosion, which leads to contamination of the electrolyte and leads to a reduction in power efficiency. The increase in tension, which is necessary to overcome the resistance of the larger amount of electrolyte that the constant through the constant erosion fills the increasing space between the electrodes, reduces the power efficiency. The titanium sheets, which serve as separating elements for the cell and a cathode on one surface and a cathode on the opposite Surface forming an anode suffer from the disadvantage that they are attached to the cathode surface by the formation of titanium hydride be corroded, which leads to a degradation of the cathode surface, a decomposition of the entire sheet and a causes the cell to fail. The bipolar arrangements, in which opposing plates in individual
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hältern zwischen monopolaren endständigen Elektroden angeordnet sind, leiden an dem Nachteil, daß es schwierig ist, einen engen Elektrodenabstand zwischen der gesamten Seitenoberfläche der Elektroden aufrechtzuerhalten. Demzufolge ist das Erreichen eines angestrebten vorherbestimmten minimalen Spannungsabfalls zwischen den Elektroden durch Aufrechterhaltung eines minimalen Abstands zwischen den gesamten Kathoden- und Anoden-Oberflächen, wodurch der innere Widerstandsverlust in der Elektrolytschicht vermindert wird, praktisch unmöglich. Selbst wenn die eng benachbarten Elektroden mit engen Toleranzen in Form von flachen, gleichmäßig planaren Platten hergestellt und in einem vorherbestimmten minimalen Betriebsabstand voneinander in einem festen Rahmen montiert werden, verursachen die sich ändernden Betriebsparameter des Elektrolyseverfahrens, wie die Temperatur, die Bewegung des Elektrolyten und die verschiedenen Beanspruchungen verschiedener Bereiche der Seitenoberflächen, die durch inhärente mechanische Eigenschaften hervorgerufen werden, Abstandsänderungen der Elektroden. Derartige Abstandsänderungen führen in gewissen Bereichen der Arbeitsoberflächen der Elektroden oder Elektrodensegmente zu unerwünscht hohen Stromdichten, was einen unwirksamen Betrieb der Zelle zur Folge hat und was, falls keine Gegenmaßnahmen ergriffen würden, einen vorzeitigen Ausfall der Elektroden zur Folge haben würde.Holders arranged between monopolar terminal electrodes suffer from the disadvantage that it is difficult to maintain a narrow electrode gap between the entire side surface of electrodes. Accordingly, the achievement of a desired predetermined minimum is achieved Voltage drop between electrodes by maintaining a minimum distance between the whole Cathode and anode surfaces, whereby the internal resistance loss in the electrolyte layer is reduced, practically impossible. Even if the closely spaced electrodes with close tolerances in the form of flat, uniform planar plates and a predetermined minimum operating distance from each other in a fixed frame The changing operating parameters of the electrolysis process, such as temperature, cause movement of the electrolyte and the various stresses inherent in different areas of the side surfaces caused by mechanical properties are caused, changes in distance of the electrodes. Such changes in distance result in certain areas of the working surfaces of the electrodes or electrode segments to undesirably high current densities, which results in ineffective operation of the cell and which, if no countermeasures were taken, would result in premature failure of the electrodes.
Es ist daher ein Ziel der Erfindung, eine bipolare Elektrode für multipolare Elektrolysezellen bereitzustellen, mit denen der seitliche Oberflächenabstand zwischen gegenüberliegenden Elektrodenoberflächen auf einen vorherbestimmten gleichmäßigen minimalen Abstand eingestellt und aufrechterhalten werden kann.It is therefore an object of the invention to provide a bipolar electrode for multipolar electrolytic cells with which the lateral surface distance between opposing electrode surfaces to a predetermined uniform minimum distance can be set and maintained.
Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt darin, bipolare Elektroden für multipolare Elektrolysezellen bereitzustellen, mit denen Zellen hergestellt werden können, in denen diese bipolaren Elektroden zwischen endständigen monopolaren Elektroden angeordnet sind und die während längerer Zeitdauern mit einem optimalen Leistungswirkungsgrad und einem Minimum an Wartung betrieben werden können und mit denen durch elektrochemischeAnother object of the invention is to provide bipolar electrodes to provide for multipolar electrolysis cells with which cells can be produced in which these bipolar Electrodes are arranged between terminal monopolar electrodes and which for longer periods of time with a optimal efficiency and a minimum of maintenance can be operated and with those by electrochemical
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Verfahren Produkte, wie Ätzalkali, Chlor, Alkalimetall- und Erdalkalimetall-hypochlorite, -chlorate, -perchlorate und verschiedene organische Verbindungen, hergestellt werden können.Process products such as caustic alkali, chlorine, alkali metal and Alkaline earth metal hypochlorites, chlorates, perchlorates and various organic compounds, can be produced.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, 'die erigen Toleranzerfordernisse bei der Herstellung der planaren Oberflächen von großen Elektroden zu beseitigen, die für derartige bipolare Elektroden erforderlich sind.Another object of the invention is to 'meet the tolerance requirements in making the planar surfaces of large electrodes to be eliminated for such bipolar Electrodes are required.
Die Erfindung betrifft daher eine bipolare Elektrode für eine endständige monopolare Elektroden aufweisende multipolare Elektrolysezelle mit Seiten-, Boden- und End-Wand en 9 in der die Elektroden eng benachbart parallel angeordnet und in Serie geschaltet sind,und die gekennzeichnet ist durch ein elektrisch nicht-leitendes Trenn eiern ent, mindestens einen starren elektrischen Leiter, der von dem Trennelement getragen wird und sich über beide Seitenoberflächen des Trennelements hinaus erstreckts eine dimensionsstabile Anode und eine Kathode, die .jeweils nixt dem starren Leiter verbunden und parallel zu dem Trennelement diesem auf beiden Seiten gegenüberliegend angeordnet sind und bewegliche elektrisch leitende Organe, die die der Arbeitsoberfläche abgewandte Oberfläche einer Elektrode mit einem Teil des dieser Oberfläche gegenüberliegenden starren Leiters verbinden und die eine Bewegung der seitlichen Arbeitsoberfläche der Elektrode in Richtung auf die Arbeitsoberfläche einer gegenüberliegenden Elektrode entgegengesetzter Ladung der benachbarten bipolaren Elektrode bewirken. Grob gesprochen, umfaßt die Erfindung mindestens eine bipolare Elektrode bzw» Elektrodenanordnung, die so ausgelegt ist, daß sie zwischen die endständigen monopolaren Elektroden einer multipolaren Elektrolysezelle eingebracht werden kann. Die erfindungsgemäße Elektrode umfaßt ein elektrisch nicht-leitendes Trennelement, mindestens einen starren Leiter, der mit dem Trennelement verbunden ist und sich über jede Seitenoberfläche dieses Trennelements hinaus erstreckt, eine ditnensionsstabile Anode und eine Kathode,, die parallel zu dem TrenneXement auf beiden Seiten des Trennelements angeordnet sinds und bewegli—The invention therefore relates to a bipolar electrode for a terminal monopolar electrode having multipolar electrolysis cell with side, bottom and end walls 9 in which the electrodes are arranged closely adjacent in parallel and connected in series, and which is characterized by an electrically non- ent eggs conductive separator, at least one rigid electrical conductor which is carried by the separating element and s extends a dimensionally stable anode and a cathode, the Nixt .jeweils connected to the rigid printed circuit over both side surfaces of the partition member outside and parallel to the partition member that on both Sides are arranged opposite one another and movable electrically conductive members which connect the surface of an electrode facing away from the working surface with a part of the rigid conductor opposite this surface and which move the lateral working surface of the electrode in the direction of the working surface of an opposite effect underlying electrode opposite charge of the adjacent bipolar electrode. Roughly speaking, the invention comprises at least one bipolar electrode or electrode arrangement which is designed so that it can be introduced between the terminal monopolar electrodes of a multipolar electrolytic cell. The electrode according to the invention comprises an electrically non-conductive separating element, at least one rigid conductor which is connected to the separating element and extends beyond each side surface of this separating element, a dimensionally stable anode and a cathode, which is parallel to the separating element on both sides of the separating element arranged are s and moveable
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ehe leitende Organe, die die keine Arbeitsoberfläche darstellende Seitenoberfläche mindestens einer Elektrode mit einem ■Teil des-starren Leiters verbinden, der der keine Arbeits— oberfläche darstellenden Oberfläche der Elektrode gegenüberliegt und mit de;« eine einstellbare Bewegung der Arbeitsoberfläche der Elektrode in Richtung auf die seitliche Arbeitsoberfläche einer gegenüberliegenden Elektrode einer angrenzenden bipolaren Elektrode ermöglicht wird. Die erfindungsgemäße bipolare Elektrode ist zur Herstellung von multipole— ren Elektrolysezellen geeignet, bei denen in jedem der beiden Endbehälter der Zelle monopolare Elektroden und mindestens eine erfindungsgemäße bipolare Elektrode angeordnet sind und wobei Einrichtungen zum Verbinden "der endständigen Elektroden mit den entsprechenden positiven bzw. negativen Polen einer elektrischen Kraftquelle vorgesehen sind. Derartige Zellen können für verschiedene Elektrolyseverfahren verwendet werden, bei denen entweder eine Diaphragmenzelle oder eine kein Diaphragma aufweisende Zelle eingesetzt wird.Before conductive organs which connect the side surface of at least one electrode, which is not a working surface, with a part of the rigid conductor which is opposite the surface of the electrode which is not a working surface, and with an adjustable movement of the working surface of the electrode in the direction of the lateral working surface of an opposing electrode of an adjacent bipolar electrode is made possible. The bipolar electrode according to the invention is suitable for the production of multipolar electrolysis cells in which monopolar electrodes and at least one bipolar electrode according to the invention are arranged in each of the two end containers of the cell and with devices for connecting the terminal electrodes to the corresponding positive or negative poles Such cells can be used for various electrolysis processes using either a diaphragm cell or a non-diaphragm cell.
Weitere Ausführungesformen, Gegenstände und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung, auf die darin Bezug genommen wird.Further embodiments, objects and advantages of the invention result from the following description and the drawing to which reference is made therein.
In der Fig. 1 ist schematisch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen bipolaren Elektrode dargestellt, die mehrere federnde Elemente als elektrisch leitende Organe zur Bewegung der Anode aufweist, wobei die federnden Elemente mit mehreren einzelnen starren elektrischen Leitern verbunden sind.In Fig. 1 , an embodiment of the bipolar electrode according to the invention is shown schematically, which has several resilient elements as electrically conductive elements for moving the anode, wherein the resilient elements are connected to several individual rigid electrical conductors.
Fiq» 2 zeigt in ähnlicher Weise wie die Fig. 1 eine ähnliche bipolare Elektrode, die jedoch eine segmentförmige Anode aufweist. · * FIG. 2 shows, in a manner similar to FIG. 1, a similar bipolar electrode, but which has a segment-shaped anode. · *
Fi<i» 3 zeigt eine ähnliche Anordnung wie die Fig. 1, wobei jedoch zusätzlich ein Diaphragma über F i <i »3 shows an arrangement similar to that of FIG. 1, but with an additional diaphragm over it
der Kathode und eine Reihe elektrisch leitender federnder Organe für die Bewegung derthe cathode and a number of electrically conductive ones resilient organs for the movement of the
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Kathode vorgesehen sind, wobei diese Elektrodenanordnung für multipolare Diaphragmen-Elektrolysezellen geeignet ist. -Cathode are provided, this electrode arrangement is suitable for multipolar diaphragm electrolysis cells. -
In der Fig. 4 ist eine weitere Ansicht einer erfindungsgemäßen bipolaren Elektrode dargestellt, wobei die elektrisch leitenden Organe zur Einstellung der Anodenbewegung als zen.trales federndes Element ausgeführt sind, das mit der Oberfläche der starren elektrischen Leiter und einem starren Stab verbunden ist, der mit einer Oberfläche der Kathode und einem Teil der Oberfläche der elektrischen Leiter in Verbindung steht. 4 shows a further view of a bipolar electrode according to the invention, the electrically conductive elements for adjusting the anode movement being designed as a zen.trales resilient element which is connected to the surface of the rigid electrical conductor and a rigid rod which is connected to a surface of the cathode and a part of the surface of the electrical conductors is in communication.
Fig. 5 ist eine weitere Ansicht der erfindungsgemäßen bipolaren Elektrode, bei der eine Reihe von federnden Elementen als elektrische Leiter für die ausschließliche Bewegung der Kathode vorgesehen sind. Fig. 5 is a further view of the bipolar electrode according to the invention, in which a number of resilient elements are provided as electrical conductors for the exclusive movement of the cathode.
Die Fig. 6 zeigt die gleiche Elektrode, wie sie in der Fig. dargestellt ist, mit dem Unterschied, daß die Kathode Segmentform hat. FIG. 6 shows the same electrode as shown in the figure, with the difference that the cathode has a segment shape.
D^-e Fig. 7 verdeutlicht eine ähnliche Anordnung, wie sie in der Fig. 3 dargestellt ist, bei der sowohl die Anode als auch die Kathode in Segmentform ausgeführt sind. D ^ -. E Figure 7 illustrates a similar arrangement as shown in Figure 3, in which both the anode and the cathode are constructed in segment form..
In den Zeichnungen ist die erfindungsgemäße Elektrode im allgemeinen mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet und umfaßt ein elektrisch nicht-leitendes Trennelement 11, das aus irgendeinem geeigneten nicht-leitenden Material, wie Polyvinylchlorid, Polyäthylen, Polyvinylidenchlorid oder einem andersgearteten Kunststoff besteht. Durch das Trennelement hindurch und über dessen gegenüberliegende Seitenoberflächen hinaus erstrecken sich starre metallische elektrische Leiter oder Stifte 12, die aus ir-In the drawings, the electrode of the invention is generally denoted by the reference numeral 10 and comprises an electrically non-conductive separator 11, which can be of any suitable non-conductive material such as polyvinyl chloride, polyethylene, polyvinylidene chloride or some other type of plastic consists. Rigid ones extend through the separator and beyond its opposite side surfaces metallic electrical conductors or pins 12 made of ir-
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gendeinem geeigneten elektrisch leitenden Metall, das den korrodierenden Zellb,edingungen standhält, wie Titan, mit Titan beschichtetem Kupfer und Tantal, bestehen können. Die starren Leiter 12 können unterschiedlich ausgeführt sein, vorausgesetzt, daß sie dafür geeignet sind, den Strom zwischen den Bestandteilen der Elektrode zu führen, und besitzen üblicherweise eine solche geometrische Konfiguration, daß sich ein maximaler Stromleitungswirkungsgrad ergibt. Die beweglichen elektrisch leitenden Organe 15 'können aus irgendeinc-rn geeigneten elektrisch leitenden Metall, das gegenüber den in der Zelle vorherrschenden Bedingungen resistent ist und ausreichend federnd oder elastisch ist, um eine Bewegung der Elektroden zu ermöcjlichen, bestehen. Im allgemeinen bestehen die Organe 15 zur Bov/egunq der Elektroden aus einem Metall, wie Titan, mit Titan beschichtetem Messing, Stahl und Nickel, wobei jedoch irgendein geeignetes federndes Material, das gegenüber den in der Zelle vorherrschenden Bedingungen beständig ist, verwendet v/erden kann. Die Form der elektrisch leitenden Organe, mit der die Elektroden in eingestellter V/eise bewegt werden, hängt von dem Aufbau der Zelle ab und kann aus einer Vielzahl federnder Organe bestehen, die mit einzelnen starren Leitern verbunden sind, die sich durch die Trennelemente hindurch erstrecken,oder können als zentrales federndes Element ausgelegt sein, das mit einer Anzahl der elektrischen Leiter verbunden ist. Die Organe zur Bewegung der Anoden bestehen aus mehreren federnden Organen, die mit einer Mehrzahl starer Leiter 12 verbunden sind, wie es in den Fig. 1 bis 3 und 6 und 7 dargestellt ist, während in der Fig. 4 ein zentrales federndes Element dargestellt ist, das mit mehreren starren Leitern 12 verbunden ist. Die Organe für die einstellbare Bewegung der Kathode sind in Form mehrerer federnder Elemente in den Fig. 3, 5, 6 und 7 verdeutlicht.a suitable electrically conductive metal to protect the corrosive Withstands cell conditions, like titanium, with titanium coated copper and tantalum. The rigid conductors 12 can be designed differently, provided that that they are suitable for carrying the current between the components of the electrode, and usually have one such a geometric configuration that a maximum Power line efficiency results. The movable ones are electric Conductive organs 15 'can be made of any suitable electrical conductive metal that is resistant to the conditions prevailing in the cell and is sufficiently resilient or elastic to allow movement of the electrodes. In general, the organs 15 for positioning the electrodes are made of a metal such as titanium coated with titanium Brass, steel and nickel, but with any suitable resilient material different from those prevalent in the cell Conditions is stable, can be used v / ground. The shape of the electrically conductive organs with which the electrodes are in set way depends on the structure of the cell and can consist of a variety of resilient organs, which are connected to individual rigid conductors which extend or can extend through the separating elements be designed as a central resilient element which is connected to a number of the electrical conductors. The organs for Movement of the anodes consist of several resilient organs that are connected to a plurality of rigid conductors 12, such as it is shown in Figs. 1 to 3 and 6 and 7, while in Fig. 4 a central resilient element is shown, which is connected to a plurality of rigid conductors 12. The organs for the adjustable movement of the cathode are in the form of several resilient elements in FIGS. 3, 5, 6 and 7 clarified.
Die Anoden 13 bestehen aus einem elektrisch leitenden Substrat, das einen Oberflächenüberzug aus einer festen Lösung aus mindestens einem Edelmetalloxyd und mindestens einem Ventilmetalloxyd· aufweist. Das elektrisch leitende Substrat kann aus irgendeinen.Metall bestehen, das v;ährend der Verwendung durchThe anodes 13 consist of an electrically conductive substrate which has a surface coating of a solid solution of at least a precious metal oxide and at least one valve metal oxide having. The electrically conductive substrate can be made of any metal exist that v; uring use by
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die in der Zelle vorherrschenden Bedingungen nicht angegriffen wird und das, wenn eine Beschädigung des Oberflächenüberzugs eintritt, eine schädliche Reaktion des Elektrolyten mit dem Substrat verhindert. Die Größe der Anoden und der Anodensegmente kann variieren, vorausgesetzt, daß für die Bildung der Struktur der bipolaren Elektrode perforierte oder feste Anoden mit geeignet enger Toleranz, was die Flachheit anbelangt, verwendet werden. Im allgemeinen verwendet man als Substratmaterialien Ventimetalle, wie Titan, Tantal, Niob und/oder Zirkon. Zur Zeit verwendet man vorzugsweise aus Titanblech hergestelltes Streckmetall. the conditions prevailing in the cell are not affected and that if damage to the surface coating occurs, a detrimental reaction of the electrolyte with the Substrate prevented. The size of the anodes and the anode segments can vary provided that the structure is formed perforated or solid anodes of the bipolar electrode are also suitable close tolerance as to flatness can be used. Generally used as substrate materials Venti metals such as titanium, tantalum, niobium and / or zirconium. At present it is preferred to use expanded metal made from titanium sheet.
In den festen Lösungen des Oberflächenüberzugs ist ein Zwischenschichtatom des Ventilmetalloxyd-Wirtskristallgitters durch ein Edelmetallatom ersetzt. Durch diesen Aufbau unterscheidet sich der Überzug von einer physikalischen Mischung der Oxyde, da reine Ventilmetalloxyde tatsächlich Isolatoren darstellen. Derartige feste Substitutionslösungen sind elektrisch leitend, kci~ talytisch-und elektrokatalytischeIn the solid solutions of the surface coating there is an interlayer atom of the valve metal oxide host crystal lattice replaced by a noble metal atom. This structure differs the coating of a physical mixture of oxides, since pure valve metal oxides are actually insulators. Such solid substitution solutions are electrically conductive, kci ~ analytical and electrocatalytic
Bei den erwähnten festen Lösungen enthält das Wirtskristallgitter Ventilmetalle, wie Titan, Tantal, Niob und/oder Zirkon, während als Edelmetalle Platin, Ruthen, Palladium, Iridium, Rhodium und Osmium eingelagert sind. Feste Titandioxyd/Ruthendioxyd-Lösungen sind bevorzugt. Das Molverhältnis von Ventilmetall zu Edelmetall erstreckt sich zwischen 0,2 bis 5:1 und beträgt vorzugsweise 2:1.In the solid solutions mentioned, the host crystal lattice contains valve metals such as titanium, tantalum, niobium and / or zirconium, while platinum, ruthenium, palladium, iridium, rhodium and osmium are stored as precious metals. Solid titanium dioxide / ruthenium dioxide solutions are preferred. The molar ratio of valve metal to precious metal ranges between 0.2 to 5: 1 and is preferably 2: 1.
Gewünschtenfalls können die festen Lösungen durch den ZusatzIf desired, the solid solutions can be added by adding
anderer Bestandteile modifiziert werden, die entweder in die feste Lösung aufgenommen werden oder sich mit dieser vermischen, wodurch das angestrebte Ergebnis erzielt wird. Es ist z.B. bekannt, daß ein Teil des Edelmetalloxyds in einer Menge von bis zu 50 % durch Zinndioxyd ersetzt werden kann, ohne daß eine merklich schädliche Wirkung auf die Überspannung hervorgerufen wird. In ähnlicher Weise kann man die defekte feste Lösung durch Zugabe von Kobaltverbindungen, insbesondere Kobalttitanat,other components are modified either in the solid solution are absorbed or mix with this, whereby the desired result is achieved. For example, it is known that a part of the noble metal oxide in an amount of up to 50% can be replaced by tin dioxide without a noticeably deleterious effect on the overvoltage will. In a similar way, the defective solid solution can be removed by adding cobalt compounds, in particular cobalt titanate,
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modifizieren. Feste Lösungen, die durch Zugabe von Kobalttitanat, das dazu dient, die Lebensdauer der festen Lösung zu vergrößern, modifiziert worden sind, sind genauer inmodify. Solid solutions made by adding cobalt titanate, which serves to extend the life of the solid solution to enlarge, have been modified, are more detailed in
(US-Patentanmeldung(U.S. patent application
Nr. 104 743 vom 7. Januar 1971) der gleichen Anmelderin beschrieben. Es können jedoch auch andere Ersatzmaterialien und Zusätze verwendet werden. Eine weitere Art eines dimensionsstabilen Anodenüberzugs, der erfindungsgemäß mit guten Ergebnissen verwendet werden kann, besteht aus einem Gemisch von chemisch und mechanisch inerten organischen Polymerisaten mit festen Lösungen von Ventilmetall- und Edelmetall-Oxyden, die mindestens als Teilüberzug auf dem elektrisch leitenden Substrat aufgebracht sind. Besonders geeignete Materialien für derartige Anodenüberzüge sind die oben beschriebenen festen Lösungen in Form von Mischungen mit Fluorkohlenwasserstoff— polymerisaten, wie Polyvinylfluorid, Polyvinylidenfluorid und dergleichen, die auf mindestens einen Teil der Oberfläche eines elektrisch leitenden Substrats aus einem der oben beschriebenen Ventilmetalle oder einem anderen geeigneten Metall in Form eines Überzugs aufgebracht sind. Derartige Anodenüberzüge und deren Herstellung sind genauer in derNo. 104 743 of January 7, 1971) by the same applicant. However, other substitute materials and additives can also be used. Another kind of dimensionally stable Anode coating, which can be used according to the invention with good results, consists of a mixture of chemically and mechanically inert organic polymers with solid solutions of valve metal and noble metal oxides, the are applied at least as a partial coating on the electrically conductive substrate. Particularly suitable materials for Such anode coatings are the solid solutions described above in the form of mixtures with fluorocarbons. polymers such as polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride and the like applied to at least a portion of the surface of an electrically conductive substrate of any of the above Valve metals or another suitable metal are applied in the form of a coating. Such anode coatings and their manufacture are more precise in the
(US-Patentanmeldung(U.S. patent application
Nr. 111 752 vom 1. Februar 1971) der gleichen Anmelderin beschrieben.No. 111 752 of February 1, 1971) by the same applicant.
Eine weitere Art einer dimensionsstabilen Anode, die in zufriedenstellender Weise erfindungsgemäß angewandt werden kann, besteht aus einem Ventilmetallsubstrat, das auf mindestens einem Teil seiner Oberfläche einen Überzug aus einem Edelmetall oder einer Edelmetall-Legierung, insbesondere Platin oder einer Pl.atin-Legierung, aufweist.Another type of dimensionally stable anode that is more satisfactory Way according to the invention can be applied, consists of a valve metal substrate, which on at least a part of its surface a coating of a noble metal or a noble metal alloy, in particular platinum or a platinum alloy.
Die oben erwähnten bevorzugten Überzüge in Form von festen Lösungen sind genauer in der GB-PS Nr. 1 195 871 beschrieben.The above-mentioned preferred coatings in the form of solid solutions are described in greater detail in GB-PS No. 1,195,871.
Die Kathoden 14 können, wie dargestellt, perforiert sein und können aus irgendeinem Metall bestehen, das den korrodierendenThe cathodes 14 can, as shown, be perforated and can be made of any metal that is corrosive
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Zellbedingungen widersteht» Geeignete Materialien hierfür sind im allgemeinen rostfreier Stahl, Nickel, Titan, Stahl, Blei und/oder Platin» In gewissen Fällen können die Kathoden mit den festen Lösungen überzogen werden, die oben bereits zum Beschichten der dirnensionsstabilen Anoden beschrieben wurden«, Wenn die bipolare Elektrode lediglich so ausgelegt ist, daß sich nur die Anode bewegt, kann die Kathode entweder direkt mit einer Anzahl■starrer elektrischer Leiter 12, wie sie in den Fig„ 1 und 2 dargestellt sind, oder mit einem zentralen starren Element 17, wie es in der Fig. 4 dargestellt ist, verbunden sein. Die Arbeitsoberfläche der Kathode ist, wenn die multipolare Zelle als Diaphragmenzelle oder als MembranζelIe verwendet werden soll, mit einem Diaphragma oder einer Membran 19 bedeckt.Withstands cell conditions »Suitable materials for this are generally stainless steel, nickel, titanium, steel, lead and / or platinum »In certain cases the cathodes can be coated with the solid solutions that have already been mentioned above for the Coating of the dimensionally stable anodes have been described «If the bipolar electrode is only designed so that only the anode moves, the cathode can either directly with a number of ■ rigid electrical conductors 12, as shown in FIG "1 and 2 are shown, or with a central rigid element 17, as shown in Fig. 4, connected be. The working surface of the cathode is when the multipolar cell is used as a diaphragm cell or as a membrane cell to be used, covered with a diaphragm or membrane 19.
Wenn die bipolare Elektrode bzw. Elektrodenanordnung für die Ausbildung einer multipolaren Elektrolysezelle verv^endet wird, kann das Zellgehäuse aus irgendeinem der üblichen Materialien, wie Polyvinylfluorid, Polyvinylidenfluorid, einem verstärkten Kunststoff oder irgendeinem anderen Material bestehen, das gegenüber dem in der Zelle enthaltenen Elektrolyten und den sich ergebenden Verfahrensprodukten inert isto Zur Herstellung einer multipolaren Elektrolysezelle werden in- die beiden endständigen Behälter am Ende des Zellengefäßes monopolare Elektroden angeordnet, die beispielsweise mit den Endwandungen des Gehäuses verbunden werden können. Dann wird mindestens eine bipolare Elektrode zwischen die endständigen monopolaren Elektroden eingebracht, wobei die aneinander angrenzenden Anoden und Kathoden so eng wie möglich nebeneinander angeordnet werden, ohne daß ein Kurzschluß erfolgt« Es kann jedoch, je nach dem angestrebten Produktionsvolumen und der besonderen Konstruktion der gewählten Zelle irgendeine Anzahl bipolarer Elektroden in dem Behälter angeordnet werden»If the bipolar electrode or electrode assembly is used to form a multipolar electrolytic cell, the cell housing can be made of any of the usual materials such as polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride, a reinforced plastic or any other material that is resistant to the electrolyte contained in the cell and is inert to the resulting process products o To produce a multipolar electrolysis cell, monopolar electrodes are arranged in the two terminal containers at the end of the cell vessel, which electrodes can be connected to the end walls of the housing, for example. Then at least one bipolar electrode is inserted between the terminal monopolar electrodes, the adjacent anodes and cathodes being arranged as close as possible to one another without causing a short circuit any number of bipolar electrodes placed in the container »
Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß die Anoden und die Kathoden benachbarter bipolarer Elektroden eng'nebeneinander parallel, im wesentlichen einander gegenüberliegend angeordnet sind. Wegen dieser Innenanordnung können und werdenFrom the above description it can be seen that the anodes and the cathodes of adjacent bipolar electrodes are close to one another arranged parallel, essentially opposite one another are. Because of this internal arrangement can and will be
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vorzugsweise elektrisch nicht-leitende Abstandshalter eingebracht oder in die Öffnungen der perforierten Elektroden oder Elektrodensegmente eingeführt, um einen elketrischen Kontakt der qegenüber.liegenden Elektroden- oder Segment-Oberflächen zu verhindern. Wenn flache oder zylindrische Elemente als Abstandshalter verwendet werden, werden sie im allgemeinen durch alternierende Öffnungen der äußeren Kanten der Seitenoberflächen der Elektroden oder der Elektrodensegmente geführt, obwohl sie auch durch andere Öffnungen der perforierten Elektroden sich erstrecken können» Die elektrisch nicht-leitenden Abstandshalter sollten aus einem Material bestehen, ans gegenüber den in■der Zelle vorherrschenden Bedingungen beständig ist, und können irgendeine geeignete geometrische Gestaltung besitzen. Im allgemeinen bestehen die Abstandshalter aus Polyvinylidenchlorid, Polyvinylchlorid, chloriertem Polyvinylfluorid, Polyvinylfluorid, Tetrafluoräthylen und dergleichen und können fest oder hohl 5 zylindrisch, flach oder anderweitig geformt sein. Andere Arten von Abstandshaltern, die zufriedenstellend wirken, sind elektrisch nicht-leitende Bänder, die mit Erhebungen versehen sind, die einen festen Sitz in den Elektrodenöffnungen ermöglichen, und knopfartige Elemente, wie halbkugelförmige Elemente, die auf gegenüberliegenden Seiten der Elektrodenöffnungen angeordnet und mit einem Verbindungsglied, wie einem Stab, der sich durch die Elektrodenöffnungen hindurch erstreckt, verbunden sind. Die Abstandshalter werden vorzugsweise so angeordnet, daß ein elektrischer Kontakt durch einen Kurzschluß zwischen den gegenüberliegenden Elektrodenoberflächen verhindert und gleichzeitig ein maximaler Fluß der Elektrolytlösung durch die Öffnungen in den Elektroden ermöglicht wird.preferably electrically non-conductive spacers introduced or introduced into the openings of the perforated electrodes or electrode segments in order to prevent electrical contact of the opposite electrode or segment surfaces. When flat or cylindrical members are used as spacers, they are generally passed through alternating openings in the outer edges of the side surfaces of the electrodes or the electrode segments, although they may extend through other openings in the perforated electrodes. The electrically non-conductive spacers should be made of a material, ans to the prevailing conditions in ■ the cell is resistant, and can have any suitable geometric design. Generally, the spacers are made of polyvinylidene chloride, polyvinyl chloride, chlorinated polyvinyl fluoride, polyvinyl fluoride, tetrafluoroethylene, and the like, and can be solid or hollow, cylindrical, flat, or otherwise shaped. Other types of spacers that work satisfactorily are electrically non-conductive tapes that are provided with bumps to allow a tight fit in the electrode openings, and button-like elements, such as hemispherical elements, located on opposite sides of the electrode openings and with a connecting member , such as a rod extending through the electrode openings. The spacers are preferably arranged in such a way that electrical contact through a short circuit between the opposing electrode surfaces is prevented and at the same time a maximum flow of the electrolyte solution through the openings in the electrodes is made possible.
Die erfindungsgemäße bipolare Elektrode zeigt erhebliche Vorteile gegenüber den herkömmlichen Elektroden, die in multipo— laren Elektrolysezellen verwendet werden. Die elektrisch leitenden Organe, mit denen die Elektroden bewegt werden, stellen einen maximalen Leistungswirkungsgrad sicher dadurch,daß der kleinstmögliche Abstand für den Elektrolytfluß zwischen den Elektroden aufrechterhalten und ein geringer Widerstand (IR) des Stroms durch den Elektrolyten sichergestellt wird. Die Be-The bipolar electrode according to the invention shows considerable advantages over the conventional electrodes, which are used in multipo— laren electrolysis cells can be used. The electrically conductive ones Organs with which the electrodes are moved ensure maximum power efficiency by the fact that the smallest possible distance for the electrolyte flow between the Maintaining electrodes and ensuring a low resistance (IR) of current through the electrolyte. Thieves-
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wegungsmöglichkeit derElektroden, die durch die elektrisch leitenden Organe,v mit^ denen die Elektroden bewegt werden, ermöglicht wird, hält selbst großflächige Elektroden in flacher oder planarer Position", wodurch ein gleichmäßiger Elektrodenabstand sichergestellt und die Abnützung einzelner Abschnitte der Elektroden kompensiert wird» Die erfindungsgemäße, bipolare Elektrode ermöglicht auch eine große Flexibilität bei der Konstruktion multipolarer Elektrolysezellen dadurch, daß beliebig viele Elektroden dieser Art zwischen den an den Enden der Zelle vorhandenen endständigen monopolaren Elektroden angeordnet werden können, wodurch variable Produktionsraten ermöglicht und der Aufbau und die Zerlegung der Zellen zu Reinigungsund Wartungszwecken erleichtert, werden,, Die bipolare Elektrode kann für multipolare Zellen beliebiger Größe verwendet werden und erlaubt die Verwendung großflächiger Elektroden mit ausgezeichneten Leistungswirkungsgradο Der Aufbau der Zellen ist einfach dadurch, daß die bipolaren Elektroden bereits einen kompletten Aufbau aufweisen, so daß es nur noch erforderlich ist, die gewünschte Anzahl der Elektroden zwisehen die endständigen monopolaren Elektroden einzubringen und die endständigen Elektroden mit dem negativen und dem positiven Pol einer elektrischen Kraftquelle zu verbinden« Es können auch große Zellen in wirtschaftlicher Weise aufgebaut werden, da die engen Toleranzen für die Herstellung der planaren Oberflächen der Elektroden, die bei bisherigen Zellkonstruktionen für die Erzielung eines maximalen Leistungswirkungsgardes eingehalten werden mußten, nicht erforderlich sind, da die erfindungsgemäße bipolare Elektrode,ohne daß eine genaue Oberflächenbearbeitung erforderlich ist, zu derart engen Toleranzen führt«wegungsmöglichkeit the electrodes to those of the electrodes are moved by the electrically conductive bodies, v ^, is allowed to withstand even large-area electrodes into flat or planar position ", whereby a uniform electrode spacing secured and the wear of individual sections is compensated for the electrode» The invention , bipolar electrode also allows great flexibility in the construction of multipolar electrolysis cells in that any number of electrodes of this type can be arranged between the terminal monopolar electrodes at the ends of the cell, which enables variable production rates and the construction and dismantling of the cells for cleaning and The bipolar electrode can be used for multipolar cells of any size and allows the use of large-area electrodes with excellent efficiency that the bipolar electrodes already have a complete structure, so that it is only necessary to insert the desired number of electrodes between the terminal monopolar electrodes and to connect the terminal electrodes to the negative and positive pole of an electrical power source Cells can be constructed in an economical manner, since the tight tolerances for the production of the planar surfaces of the electrodes, which had to be adhered to in previous cell constructions in order to achieve maximum power efficiency, are not required, as the bipolar electrode according to the invention, without precise surface processing required is, leads to such tight tolerances «
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OD | Request for examination | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |