NO311303B1 - Elektrode, fremgangsmåte for fremstilling og for sammensetning av denne, elektrolysecelle, fremgangsmåte forelektrolysering av en vandig lösning av et alkalimetallklorid samtpar av barri±replater - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en elektrode, fremgangsmåte for fremstilling og for sammensetning av denne, en elektrolysecelle, spesielt en elektrolysecelle som er forsynt med væske-resirkuleringsanordning, fremgangsmåte for elektrolysering av en vandig oppløsning av et alkalimetallklorid samt par av barriéreplater.

Elektrolytter, for eksempel vandige løsninger av alkalimetallklorider, spesielt natriumklorid, elektrolyseres i meget stor målestokk i hele verden for fremstilling av produkter så som klor og vandig alkalimetallhydroksyd-løsning. Elektrolysen kan utføres i en elektrolysecelle som omfatter flere anoder og katoder, idet hver anode er atskilt fra nabo-katoden ved hjelp av en skilleanordning som deler elektrolysecellen i flere anode- og katodekamre.

Elektrolysecellen kan være av diafragma- eller membrantypen. I diafragma-celletypen er skilleanordninger som befinner seg mellom nabo-anoder og-katoder, mikroporøse, og ved anvendelse passerer vandig elektrolytt gjennom diafragmaene fra anodekamrene til katodekamrene i cellen. I membran-celletypen er skilleanordningene hovedsakelig hydraulisk ugjennomtrengelige, og i bruk transporteres ioneforbindelser gjennom membranene mellom anodekamrene og katodekamrene i cellen.

Når for eksempel vandig alkalimetallklorid-løsning elektrolyseres i en elektrolysecelle av diafragma-typen, tilføres løsningen til cellens anodekamre, klor som dannes ved elektrolysen, fjernes fra cellens anodekamre, alkalimetallklorid-løsningen går gjennom diafragmaene, og hydrogen og alkalimetallhydroksyd dannet ved elektrolysen, fjernes fra katodekamrene, idet alkalimetallhydroksydet fjernes i form av en vandig løsning av alkalimetallklorid og alkalimetallhydroksyd. Når en vandig alkalimetallklorid-løsning elektrolyseres i en elektrolysecelle av membrantypen, tilføres løsnin-gen til cellens anodekamre, og klor som dannes ved elektrolysen, samt uttynnet alkalimetallklorid-løsning, fjernes fra anodekamrene, alkalimetall-ioner transporteres gjennom membranene til cellens katodekamre, til hvilke vann eller fortynnet alkalimetallhydroksyd-løsning kan tilføres, og hydrogen og alkalimetallhydroksyd-løsning dannet ved reaksjon mellom alkalimetall-ioner og vann, fjernes fra cellens katodekamre.

Elektrolysen kan utføres i en elektrolysecelle av filterpressetypen, som kan omfatte et stort antall vekslende anoder og katoder, for eksempel femti anoder som veksler med femti katoder, skjønt cellen kan omfatte enda flere anoder og katoder, for eksempel opp til etthundreogfemti vekslende anoder og katoder.

Elektrolysecellen kan være forsynt med en inntaks-samletank gjennom hvilken elektrolytt, for eksempel vandig alkalimetallkloridløsning, kan tilføres til cellens anodekamre, og med en uttaks-samletank gjennom hvilken produkter fra elektrolysen kan fjernes fra disse. Elektrolysecellen kan også være forsynt med en uttaks-samletank gjennom hvilken elektrolyseprodukter kan fjernes fra cellens katodekamre, og eventuelt, f .eks. når det gjelder en membran-celletype, med en inntaks-samletank gjennom hvilken væske, for eksempel vann eller annet fluid, kan tilføres til disse.

Elektrolyseceller kan utstyres med anordninger for resirkulering av væskene til cellens anode- og/eller katodekamre. I en elektrolysecelle av membrantypen hvor vandig alkalimetallklorid-løsning elektrolyseres og hvor løsningen tilføres til cellens anodekamre gjennom en inntaks-samletank, og klor og uttynnet vandig alkalimetallklorid-løsning fjernes fra disse gjennom en uttaks-samletank, kan for eksempel elektrolysecellen utstyres med anordninger for fjerning av uttynnet vandig alkalimetallklorid-løsning fra anodekamrene og resirkulering av den uttynnede løsning, eller en del av denne, tilbake til cellens anodekamre for anvendelse på nytt i disse. Før bevirking av resirkuleringen, kan det gassformige klor skilles fra den uttynnede alkalimetallklorid-løsning, og den uttynnede løsning kan blandes med alkalimetallklorid eller med frisk, mer konsentrert, vandig alkalimetallklorid-løsning før resirkulering av løsningen til anodekamrene.

Resirkulering av den vandige alkalimetallklorid-løsning gjør mulig at løsningen kan anvendes på nytt, og det sikrer at høy omdannelse av alkalimetallklorid kan skje uten at omdannelse i en enkelt passering gjennom anodekamrene er så høy at det fås ikke-akseptable konsentrasjonsgradienter i løsningen inne i cellens anodekamre, og mellom løsningene i forskjellige anodekamre i cellen, med derav følgende tap av strømytelse. Siden løsningen som fjernes fra cellen, har høy temperatur, kan videre den friske løsning ha forholdsvis lav temperatur. Det vil faktisk kunne være unødvendig å varme opp den friske løsning.

Elektrolysecellen kan være utstyrt med liknende anordninger ved hjelp av hvilke vandig alkalimetallklorid-løsning kan fjernes fra katodekamrene, og løsningen, eller en del av denne, resirkuleres tilbake til katodekamrene.

Elektrolysecellen kan være forsynt med en resirkuleringsanordning i hvilken løsningene resirkuleres i cellens anode- eller katodekamre, i stedet for at de fjernes fra kamrene og resirkuleres tilbake til kamrene. Slike indre resirkuleringsanordninger er spesielt egnet til å hjelpe på fjerning av konsentrasjonsgradienter i løsningene i cellens anode- eller katodekamre, hvilket i sin tur resulterer i en forbedring i strømytelsen ved hvilken elektrolysen utføres.

Fjerning av løsning fra anode- eller katodekamrene og resirkulering tilbake til kamrene kan utføres ved hjelp av egnet røranlegg anbrakt utenfor elektrolysecellen. For eksempel kan uttaks-samletanken fra cellens anode-eller katodekamre knyttes til et forgrenet uttaksrør, og en del av den uttynnede løsning som er fjernet fra kamrene, kan ledes gjennom det forgrenede rør til et inntaksrør, som i sin tur er forbundet med inntaks-samletanken for cellens anode- eller katodekamre, og gjennom hvilke frisk løsning også kan tilføres til cellens kamre. En del av løsningen som er fjernet fra anode- eller katodekamrene i elektrolysecellen, kan fjernes fra cellen gjennom det forgrenede rør.

En elektrolysecelle med røranlegg anbrakt utenfor cellen og gjennom hvilket løsninger kan resirkuleres, er beskrevet i US-patent 3 856 651. Resirkuleringssystemet er med hensyn til sin effektivitet basert på gasshevingseffekten, og i patentet er det beskrevet en bipolar celle med en tank anbrakt på toppen av cellen som klorholdig vandig natriumkloridløsning ledes til fra cellens anodekamre. Klor separeres fra løsningen i tanken, og løsningen fjernes fra tanken og blandes med frisk, mer konsentrert natriumkloridløsning og returneres til cellens anodekamre via et utvendig rør.

Resirkulering av løsning kan også utføres inne i anode- eller katodekamrene i en elektrolysecelle. Slik resirkulering kan utføres ved hjelp av fallrør anbrakt i cellens kamre, for eksempel ved hjelp av et fallrør anbrakt mellom et par elektrodeplater i en celles elektrodekammer. Slik resirkulering er også, når det gjelder effektiviteten av den, basert på gasshevingseffekten.

En elektrolysecelle i hvilken det er indre resirkulering, er beskrevet i US-patent 4 557 816. I patentet er det beskrevet en kanal som letter nedoverstrømming av elektrolytt og som er anbrakt i et rom på baksiden av en elektrode, idet kanalen omfatter en horisontal del med en nedre åpning nær inntaket for frisk elektrolytt, og en vertikal del som står i forbindelse med den horisontale del og har en øvre åpning nær uttaket for den uttynnede elektrolytt.

Den foreliggende oppfinnelse angår resirkulering av løsning inne i anode- eller katodekamrene i en elektrolysecelle for at fjerningen av konsentrasjonsgradienter i løsningen skal kunne understøttes og for at elektrolysen skal kunne utføres ved øket strømytelse. Oppfinnelsen angår spesielt resirkuleringsanordninger som har meget enkel konstruksjon, og som lett kan installeres i elektrolysecellen, og som er spesielt egnet for anvendelse i en elektrolysecelle av filterpressetypen hvor anode- og katodekamrene generelt er snevre og hvor det er vanskelig, eller i det minste uhen-siktsmessig, å installere en resirkuleringsanordning som omfatter kanaler eller røranlegg. Oppfinnelsen gir den ytterligere fordel at en celle som omfatter elektroden, kan drives med surgjort saltløsning.

I henhold til foreliggende oppfinnelse, er det tilveiebragt en elektrode, kjennetegnet ved at den omfatter en første plate med en aktiv elektrodeoverflate og en første overflate derav, en andre plate som den er mot, og er anbrakt i en avstand fra den første platen, og minst en barriéreplate som er: a) anbrakt mellom den første og andre platen; b) anbrakt i avstand fra den aktive elektrodeoverflaten av den første platen og fra den motvendende overflate av den andre platen; og

c) i kontakt med den motstående flate til den første plate.

Oppfinnelsen tilveiebringer dessuten en elektrolysecelle, kjennetegnet

ved at den omfatter inst én anode og minst én katode og en skilleanordning anbrakt mellom hver anode og nabo-katode, hvorved cellen deles i atskilt anode- og katodekammer, eller i flere slike kamre, og hvor anoden eller katoden eller begge omfatter en elektrode som omtalt ovenfor.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer videre en elektrode, kjennetegnet ved at den omfatter et par av første plater i avstand fra hverandre som hver har en aktiv elektrodeoverflate og et par av barriéreplater i avstand fra hverandre lokalisert mellom de første platene slik at hver barriéreplate vender mot en respektiv første plate og befinner seg i avstand innover fra den aktive elektrodeoverflaten av den respektive første platen, idet hver første plate omfatter et par av avlange elementer som befinner seg i lateral avstand fra hverandre slik at de, sammen med den tilstøtende barriéreplaten, danner kanaler i hver overflate av elektroden.

Ved elektroden ifølge den foreliggende oppfinnelse oppnås, når den er innsatt i en elektrolysecelle, resirkulasjon av løsning i cellens elektrodekammer ved hjelp av gasshevningseffekten. Når gass utvikles på den aktive elektrodeoverflate på den første plate, stiger således gassen i rommet mellom den første plate og barriéreplaten, til toppen av elektrodekammeret, idet løsningen bæres med den. Løsningen synker så ned gjennom rommet mellom barriéreplaten og den annen plate til bunnen av elektrodekammeret, og det bevirkes deretter at den stiger igjen ved hjelp av gasshevningseffekten av gassen som utvikles ved den aktive elektrodeoverflate.

Elektroden ifølge den foreliggende oppfinnelse er av enkel konstruksjon, og en eksisterende elektrode kan faktisk modifiseres bare ved at det i elektroden innføres én eller flere barriéreplater, som kan være forholdsvis tynne, og den er spesielt egnet for anvendelse med elektroder i en elektrolysecelle av filterpressetypen hvor elektrodene og elektrodekamrene kan være forholdsvis snevre. Resirkuleringsanordningen er tydeligvis ikke basert på anvendelse av rør eller kanaler i elektroden.

Oppfinnelsen omfatter videre en fremgangsmåte for fremstilling av en elektrode som beskrevet ovenfor, kjennetegnet ved at den omfatter det trinn at det innsettes én eller flere barriéreplater i en eksisterende elektrode.

Barriéreplaten kan være i kontakt med en første plate med en aktiv elektrodeoverflate, under forutsetning av at barriéreplaten er anbrakt i en avstand fra minst en del av den aktive elektrodeoverflate av den første plate, idet dette rom tilveiebringer et rom gjennom hvilket gass og tilknyttet væske kan stige i en elektrolysecelle som er i drift.

Den første plate kan således ha en aktiv elektrodeoverflate på én flate, og barriéreplaten kan være i kontakt med en flate som er motstående til den første plate, idet sistnevnte plate ikke har en aktiv elektrodeoverflate.

Elektroden kan omfatte en første plate med en aktiv elektrodeoverflate, og en andre plate som er elektrisk forbundet med den første plate, men som ikke har en aktiv elektrodeoverflate. Ved denne utførelsesform kan en enkelt barriereplate være anbrakt mellom den første og andre plate og være anbrakt i en avstand fra den aktive elektrodeoverflate på den første plate og den motvendende overflate i forhold til den andre plate.

Alternativt kan elektroden omfatte to plater som er elektrisk forbundet med, og anbrakt med mellomrom mellom, hverandre, idet hver av dem har en aktiv elektrodeoverflate. De aktive elektrodeoverflater vender hensiktsmessig utover. Ved denne utførelsesform kan to barriéreplater være anbrakt mellom platene med aktive elektrodeoverflater, og være anbrakt med avstand fra disse overflater, og barriereplatene kan også være anbrakt med mellomrom mellom hverandre. Når denne sistnevnte elektrode installeres i en elektrolysecelle, stiger gass som utvikles ved de aktive elektrodeoverflater, og bærer løsning med seg til toppen av elektrodekammeret, og løsningen synker så ned gjennom rommet mellom de to barriéreplater til bunnen av elektrodekammeret, hvorfra den bevirkes til å stige enda en gang.

I elektroden er de forskjellige plater anbrakt med mellomrom mellom hverandre. Det kan anvendes hvilke som helst avstandsanordninger for oppnåelse av den nødvendige avstand mellom de forskjellige plater. For eksempel kan det anbringes avstandsstykker med passende form mellom de forskjellige plater. I utførelsesformen for elektroden beskrevet i det foregående, som omfatter to barriéreplater anbrakt med mellomrom mellom hverandre, kan avstand oppnås ved hjelp av utspring med mellomrom på én plate, eller på begge plater, som er i kontakt med en flate på den andre plate. Utspringene kan være i kontakt ikke bare med en motvendende plate, men de kan være forseglet til den motvendende plate ved hjelp av hvilket som helst hensiktsmessig hjelpemiddel, som vil avhenge av beskaffenheten av materialet som platene er konstruert av.

De forskjellige plater i elektroden, det vil si den første og andre plate og barriéreplaten eller -platene, vil vanligvis være hovedsakelig parallelle med hverandre, og de vil vanligvis være hovedsakelig plane eller i det minste ligge i et plan.

Foreliggende oppfinnelse omfatter videre en fremgangsmåte for sammensetning av en elektrode som omtalt ovenfor, kjennetegnet ved at et par av barriéreplater innføres i en eksisterende elektrode omfattende et par av første plater i avstand fra hverandre som hver har en aktiv elektrodeoverflate og omfattende et sett av avlange elementer som befinner seg i lateral avstand fra hverandre, idet barriéreplatene innføres slik at hver barriéreplate vender mot en respektiv første plate og befinner seg i avstand innover fra den aktive elektrodeoverflaten av den respektive første platen, hvorved hver barriéreplate sammen med et respektivt sett av avlange elementer danner kanaler i hver overflate av elektroden.

Oppfinnelsen omfatter videre par av barriéreplater for anvendelse i fremgangsmåten beskrevet ovenfor, kjennetegnet ved at barriéreplatene er festet sammen i avstand i relasjon.

For at den ønskede resirkulering av løsning skal kunne finne sted når elektroden er installert i en elektrolysecelle i drift, må barriéreplaten eller - platene være anbrakt slik i elektroden at det er tilveiebrakt et rom i elektroden over toppen av barriéreplaten og under bunnen av barriéreplaten gjennom hvilken løsning kan passere under resirkulering av løsningen. Barriéreplaten eller -platene kan for eksempel ha en høyde som er minst 50%, eller til og minst 90%, av elektrodens høyde, eller i det minste av den del av elektroden i hvilken barriéreplaten er anbrakt.

Barriéreplaten kan ha en utstrekning som er hovedsakelig fullstendig over hele elektroden, skjønt dette er ikke nødvendig. Barriéreplaten kan for eksempel ha en lengde som er minst 10% av lengden av den første plate med en aktiv elektrodeoverflate, fortrinnsvis minst 50%. Tykkelsen av barriéreplaten kan variere, og den vil avhenge av avstanden mellom elektrodens første og andre plate. Som et eksempel kan barriéreplaten ha en tykkelse som er minst 10% av avstanden mellom elektrodens første og andre plate. Ved utførelsesformen av elektroden som omfatter to plater som er elektrisk forbundet med, og anbrakt med avstand mellom, hverandre, og hvor hver har en aktiv elektrodeoverflate, og to barriéreplater anbrakt mellom de plater som har aktive elektrodeoverflater, kan tykkelsen av barriereplatene totalt for eksempel være minst 10% av avstanden mellom platene med aktive elektrodeoverflater.

Barriéreplaten kan ha hovedsakelig fast konstruksjon, slik at det forhindrer strømming av løsning tvers over elektroden. Den kan imidlertid være konstruert slik at en viss tverrgående strømming av løsning er mulig.

Konstruksjonsmaterialet for barriéreplaten vil avhenge av løsningen som skal elektrolyseres i cellen. Barriéreplaten bør selvfølgelig være resistent overfor kjemisk angrep av løsningen som skal elektrolyseres, og av elektrolyseproduktene. Barriéreplaten kan være et metall-materiale eller det kan være et organisk plastmateriale. Når for eksempel elektroden skal innsettes i en elektrolysecelle hvor vandig alkalimetallklorid-løsning skal elektrolyseres under dannelse av klor og vandig alkalimetallhydroksyd-løsning, kan det passende anvendes en barriereplate laget av et fluorholdig organisk polymert materiale, f.eks. polytetrafluoretylen, tetrafluoretylen-heksafluorpropylen-kopolymer, eller fluorert etylen-propylen-kopolymer. Andre egnede konstruksjonsmaterialer kan lett utvelges når beskaffenheten av løsningen som skal elektrolyseres, er kjent. Barriéreplaten kan for eksempel lages av et filmdannende metall eller legering, f.eks. titan eller en legering av dette, og det kan ha et belegg av et elektrokatalytisk aktivt materiale, f.eks. et platinagruppemetall eller et oksyd av dette.

Selve elektroden, det vil si elektroden i fravær av barriéreplaten, kan ha mange forskjellige oppbygninger. For eksempel kan den første plate med aktiv elektrodeoverflate være i form av en trådduk, som kan være vevd eller ikke-vevd, eller den kan være i form av flere langstrakte elementer, f.eks. strimler, som er anbrakt med avstand mellom hverandre og ligger i et plan, og som er generelt parallelle med hverandre. De langstrakte elementer kan være festet i endene til et bærer-element, f.eks. et bærer-element i form av en ramme.

Den første plate eller plater i elektroden kan være forsenket, det vil si at de kan ligge i et plan som er hovedsakelig parallelt med, men forskjøvet fra, planet av et bærer-element.

Beskaffenheten av konstruksjonsmaterialet for elektroden vil avhenge av om den skal anvendes som anode eller katode, og av beskaffenheten av løsningen som skal elektrolyseres. Når for eksempel løsningen som skal elektrolyseres, er en vandig alkalimetallklorid-løsning, er et egnet materiale for anvendelse som anode, et filmdannende metall eller legering, f.eks. titan, tantal, zirkonium, niob eller hafnium. Et egnet materiale for anvendelse som katode er stål eller nikkel.

Den aktive elektrodeoverflate av elektroden kan være forsynt med et egnet elektrokatalytisk aktivt belegg på i det minste en del av overflaten av den første plate.

Egnede elektrokatalytisk aktive belegg som kan påføres på overflatene av anodene og/eller katodene, innbefatter, når det gjelder anoder, et oksyd av et platinagruppemetall fortrinnsvis i blanding med et oksyd av et filmdannende metall, spesielt en blanding i form av en fast løsning, og når det gjelder katoder, et platinagruppemetall. Slike belegg og påføringsmetoder er velkjente på fagområdet og behøver ikke beskrives ytterligere.

Elektrolysecellen kan være en monopolar celle eller en bipolar celle. I en monopolar celle kan en skilleanordning være anbrakt mellom hver anode og nabo-katode. Elektrolysecellen kan være en bipolar celle som omfatter flere elektroder med en anodeflate og en katodeflate. I en bipolar celle kan en skilleanordning være anbrakt mellom en anodeflate av en elektrode og en katodeflate av en nabo-elektrode.

Elektrolysecellen kan omfatte en inntaks-samletank gjennom hvilken løsning kan tilføres til elektrolysecellens anodekammer (-kamre), og en uttaks-samletank gjennom hvilken elektrolyseprodukter kan fjernes fra elektrolysecellens anodekammer (-kamre), og en inntaks-samletank gjennom hvilken løsning kan tilføres til elektrolysecellens katodekammer

(-kamre), og en uttaks-samletank gjennom hvilken elektrolyseprodukter kan fjernes fra elektrolysecellens katodekammer

(-kamre).

Samletankene kan være tilveiebrakt ved åpninger i elektrodeplatene, f.eks. i en rammeliknende del av disse, som sammen med åpninger anbrakt på liknende måte i elektrolysecellens pakninger, danner langsgående kamre som tjener som samletanker, som beskrevet for eksempel i europeisk patent 80 287.

Elektrolysecellen er fortrinnsvis av filterpressetypen, og en foretrukket form av elektrolysecelle av denne type omfatter flere anoder og katoder og pakninger av et elektrisk ikke-ledende materiale.

Når skilleanordningen i elektrolysecellen er en hydraulisk gjennomtrengelig skillevegg, kan den være laget av et porøst organisk polymert materiale. Foretrukkede organiske polymere materialer er fluorholdige polymerer, på grunn av den generelt stabile beskaffenhet av slike materialer i det korrosive miljø som for eksempel finnes i kloralkali-elektrolyseceller. Egnede fluorholdige polymere materialer innbefatter for eksempel polyklor-trifluoretylen, fluorert etylen-propylen-kopolymer og polyheksafluorpropylen. Et foretrukket fluorholdig polymert materiale er polytetra-fluoretylen, på grunn av dets høye stabilitet i korroderende kloralkali-elektrolysecellemiljøer.

Slike hydraulisk gjennomtrengelige diafragma-materialer er kjent på området.

Foretrukkede skilleanordninger for anvendelse som ione-byttermembraner som kan overføre ione-forbindelser mellom anode- og katodekamrene i en elektrolysecelle, er slike som er kation-gjennomtrengings-selektive. Slike ionebyttermaterialer er kjent på fagområdet og kan være fluorholdige polymere materialer, fortrinnsvis perfluorpolymermaterialer, inneholdende anioniske grupper, f.eks. karboksyl-, sulfon- eller fosforgrupper.

Endelig omfatter foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for elektrolysering av en vandig løsning av et alkalimetallklorid, kjennetegnet ved at den omfatter det trinn at den vandige løsning elektrolyseres i en elektrolysecelle som omtalt ovenfor.

Oppfinnelsen er ytterligere illustrert ved henvisning til de medfølgende tegninger, som, kun som eksempel, illustrerer visse aspekter ved den foreliggende oppfinnelse.

Fig. 1 er et oppriss av en elektrode ifølge oppfinnelsen,

fig. 2 er et enderiss i redusert målestokk og i tverrsnitt

langs linjen A-A på fig. 1,

fig. 3 er et grunnriss av en del av en elektrode ifølge opp-

finnelsen,

fig. 4 viser et isometrisk riss av en pakning for bruk i en

elektrolysecelle som innbefatter elektroden ifølge

oppfinnelsen, og

fig. 5 viser et utspilt isometrisk riss av en del av en

elektrolysecelle. I dette riss, og for enkelhets

skyld, er barriereplatene ikke vist i posisjon i

elektroden.

Idet det vises til fig. 1-3, omfatter elektrode 1 en rammedel 2 som avgrenser en sentralåpning 3 som er bro-sammenknyttet med flere vertikalt anbrakte blader 4 som er festet til den øvre og nedre del av rammen 2 og er parallelle med, og forskjøvet fra, planet av rammen 2. Bladene er anbrakt på begge sider av rammen 2. Bladene er anbrakt slik at et blad 4 på én side av rammen 2 er anbrakt midt imot åpningen mellom to naboblader 5 på den annen side av rammen 2.

Elektroden 1 har et utspring 6 på hvilket det kan festes en egnet elektrisk kopling. Når elektroden 1 skal anvendes som anode, er utspringet 6 typisk anbrakt på den nedre kant av rammen 2, og når elektroden 1 skal anvendes som katode, er utspringet 6 typisk anbrakt på den motstående øvre kant av rammen 2. Rammen 2 omfatter et par åpninger 7, 8 som befinner seg på én side av sentralåpningen 3, og et par åpninger 9, 10 som befinner seg på den motstående side av sentralåpningen 3. Når elektroden er installert i en elektrolysecelle, utgjør disse åpninger en del kamre i lengderetningen av cellen gjennom hvilke løsninger, f.eks. elektrolytt, kan tilføres til anode- og katodekamrene i cellen, og gjennom hvilke elektrolyseproduktene kan fjernes fra cellens anode- og katodekamre. Metallet i elektroden vil bli valgt avhengig av om den skal anvendes som anode eller katode, og av beskaffenheten av elektrolytten som skal anvendes i elektrolysecellen. Når det gjelder elektrolyse av vandig alkalimetallklorid-løsning, er elektroden, når den anvendes som anode, passende laget av titan, og når den anvendes som katode, er den passende laget av nikkel.

Bladene 4 og 5 i elektroden har typisk en konveks flate 11 og en konkav flate 12, og når elektroden anvendes som anode, har den konvekse flate 11 av bladene passende et belegg av et elektrokatalytisk aktivt materiale.

Elektroden 1 omfatter også to plater 13,14 anbrakt i sentralåpningen 3 av elektroden og mellom bladene 4, 5 i elektroden. Platene 13,14 er parallelle med hverandre, og de er anbrakt med avstand mellom hverandre ved hjelp av utspring 15 på én plate 13 som er i kontakt med, og er bundet til, flaten av den andre plate 14. Platene 13,14 strekker seg over hovedsakelig hele bredden av sentralåpningen 3 i elektroden 1. Platene 13, 14 er imidlertid anbrakt slik at det er et mellomrom mellom toppen av platene og den øvre del av rammen 2, og dessuten et mellomrom mellom bunnen av platene og den nedre del av rammen 2. Platene 13, 14 er i kontakt med de bakre, konkave sider av henholdsvis bladene 4, 5, idet platene således er anbrakt i en avstand fra den aktive elektrodeoverflate (konvekse) av elektrodens blader.

Ved utførelsesformen som er vist på fig. 1-3, utgjør bladene 4 tilsammen en første plate i elektroden ifølge oppfinnelsen, plate 14 utgjør en andre plate og plate 13 utgjør en barriereplate som er anbrakt i en avstand fra den aktive elektrode på den første plate og fra den motvendende overflate av den andre plate. Alternativt utgjør bladene 5 tilsammen en første plate i elektroden ifølge oppfinnelsen, plate 13 utgjør en andre plate og plate 14 utgjør en barriereplate anbrakt i en avstand fra den aktive elektrodeoverflate av den første plate og fra den motvendende overflate av den andre plate.

Ved et spesielt eksempel ble platene 13 og 14 laget av fluorert etylen-propylen-kopolymer, hvor elektroden skulle anvendes i en celle for elektrolysering av vandig alkalimetallklorid-løsning.

Idet det vises til fig. 4, omfatter pakningen 16 en ramme 17 som avgrenser en sentralåpning 18. Rammen 17 omfatter et par åpninger 19, 20 som befinner seg på én side av sentralåpningen 18, og et par åpninger 21, 22 som befinner seg på den motsatte side av sentralåpningen 18. Når pakningen er installert i en elektrolysecelle, utgjør disse åpninger en del av kamre i cellens lengderetning gjennom hvilke løsninger, f.eks. elektrolytt, kan tilføres til anode- og katodekamrene i cellen og gjennom hvilke elektrolyseproduktene kan fjernes fra cellens anode- og katodekamre. Åpningene 19, 22 har også oppad-ragende ramme-elementer 23, 24 anbrakt rundt åpningene og som stikker ut fra pakningens plan, som er tilpasset slik at de passer i henholdsvis åpningene 7,10 i metall-elektroden ved montering i elektrolysecellen. De oppad-ragende ramme-elementer 23, 24 gir den nødvendige elektriske isolasjon i elektrolysecellen mellom kamrene i cellens lengderetning, delvis utformet av åpninger 7, 8, 9, 10 i elektroden. De oppad-ragende ramme-elementer 23, 24 har enhetlig konstruksjon med pakningen 16 og kan for eksempel fremstilles ved forming av et passende elektrisk isolerende termoplastisk polymert materiale. Når elektrolysecellen omfatter pakninger av typen illustrert på fig. 4, vil den også omfatte liknende pakninger i hvilke de oppad-ragende ramme-elementer 23, 24 er anbrakt rundt åpningene 21, 20 i pakningen.

Fig. 5 viser en del av en elektrolysecelle ifølge oppfinnelsen, og omfatter en katode 25, en pakning 26, en kationebyttermembran 27, en pakning 28, en anode 29, en pakning 30, en kationebyttermembran 31 og en pakning 32. Katoden 25 omfatter flere vertikalt oppstilte blader 33 anbrakt på begge sider av katoden, og fire åpninger 34, 35, 36, 37, og et utspring 38 egnet for elektrisk kopling. (For enkelhets skyld er barriereplatene blitt utelatt fra elektroden). Pakningen 26 omfatter en sentralåpning 39 og fire åpninger 40, 41, 42, én ikke vist, og to oppad-ragende ramme-elementer 43, 44 som stikker ut fra planet av overflaten av pakningen. Pakningen 28 er en plan pakning og omfatter en sentralåpning 45, fire åpninger 46, 47, 48, én ikke vist, og dessuten to kanaler 49, 50 i pakningens vegger som tilveiebringer forbindelseskanaler mellom sentralåpningen 45 og henholdsvis åpningene 46, 48. Anoden 29 har liknende oppbygning som katoden 25, bortsett fra at utspringet for elektrisk kontakt er anbrakt på den nedre kant av anoden og er ikke vist. Pakningen 30 har liknende oppbygning som pakningen 26, bortsett fra at de oppad-ragende ramme-elementer 51, én ikke vist, som stikker ut av planet av overflaten av pakningen, er anbrakt rundt åpninger 52, én ikke vist, i pakningen 30, i en annen posisjon enn åpningene i pakningen 26 rundt hvilken ramme-elementer er anbrakt. Pakningen 32 har liknende oppbygning som pakning 28, bortsett fra at i pakning 32 tilveiebringer kanalene 53, én ikke vist, i pakningens vegger forbindelseskanaler mellom sentralåpningen 54 og åpningene i pakningen 55, én ikke vist, som befinner seg i en annen posisjon enn åpningene i pakningen 28 som er i forbindelse med sentralåpningen 45 i pakningen 28.

I elektrolysecellen utgjør pakningene 28 og 30 og anoden 29 tilsammen et anodekammer i cellen, idet kammeret er avgrenset av kationebyttermembranene 27, 31. På liknende måte utgjøres cellens katodekamre av katoden 25, pakningen 26 og en pakning (ikke vist) av type 32, anbrakt i nabo-posisjon til katoden 25, og idet katodekammeret også er avgrenset av to kationebyttermembraner. I den sammensatte celle holdes kationebyttermembranene i posisjon av pakninger anbrakt på hver side av hver membran. For klarhets skyld viser ikke utførelsesformen ifølge fig. 5 endeplater for cellen, som selvfølgelig utgjør en del av cellen, og heller ikke anordningene, f.eks. bolter, som er tilveiebrakt for sammenfesting av elektrodene og pakningene i lekkasjetett montasje. Cellen omfatter flere anoder og katoder som beskrevet i det foregående. Cellen omfatter også samletanker (ikke vist) fra hvilke elektrolytt kan ledes til kammeret i cellens lengderetning, hvorav åpningen 37 i katoden 25 utgjør en del. Likeledes omfatter cellen dessuten samletanker (ikke vist) fra hvilke væske, f.eks. vann, kan tilføres til kammeret i cellens lengderetning, av hvilke åpning 36 i katoden 25 utgjør en del, og derfra via en kanal (ikke vist) i pakningens 32 vegg til cellens katodekammer, og til hvilken elektrolyseprodukter kan ledes fra katodekamrene i cellen via en kanal 53 i pakningens 32 vegg, og via kammeret i lengderetningen av cellen som åpningen 35 i katoden 25 utgjør en del av.

Ved drift av elektrolysecellen tilføres elektrolytt til cellens anodekamre, og en væske tilføres til cellens katodekamre, og elektrolyseprodukter fjernes fra cellens anode- og katodekamre.

Hver av anodene og katodene omfatter et par barriéreplater anbrakt med mellomrom, illustrert under henvisning til fig. 1-3, og ved drift av elektrolysecellen bevirkes det at elektrolytten stiger ved gasshevningseffekten i mellomrommet mellom barriereplatene 13 og den aktive elektrodeoverflate av bladene 4 og i mellomrommet mellom barriéreplaten 14 og den aktive elektrodeoverflate av bladene 5. Elektrolytten går så nedover fra toppen av elektrodekammeret i mellomrommet mellom barriereplatene 13 og 14. Det er således kontinuerlig sirkulasjon av elektrolytt i elektrodekamrene, hvilket resulterer i meget effektiv blanding av elektrolytt.

Oppfinnelsen er videre illustrert ved henvisning til følgende eksempler.

Eksempel 1

En vandig løsning av natriumklorid (200 g pr. liter) ble elektrolysert i en elektrolysecelle som beskrevet under henvisning til fig. 1-5, hvor anoden 29 var forsynt med barriéreplater 13, 14 laget av en fluorert etylen-propylen-kopolymer, hvor kationebyttermembranene 27, 31 var av perfluorsulfon-syretypen og hvor bladene i anoden 29 var belagt med en fast løsning av RUO2 og Ti02. Elektrolytten hadde en temperatur på 87°C, og elektrolysen ble utført ved en anodestrøm-tetthet på 3 kA/m<2>.

Ved elektrolyse ble det fremstilt 32 vekt% vandig natrium-hydroksydløsning ved en strømytelse på 94,5%.

Ved et sammenlikningsforsøk ble elektrolysen utført i en elektrolysecelle som ikke var utstyrt med barriereplatene 13 og 14. 32 vekt% vandig natriumhydroksydløsning ble fremstilt ved en strømytelse på 93%.

Eksempel 2

Fremgangsmåten ifølge eksempel 1 ble gjentatt, bortsett fra at katoden 25, så vel som anoden 29 var utstyrt med barriéreplater 13 og 14.

Ved elektrolyse ble det fremstilt 32 vekt% vandig natriumhydroksydløsning ved en strømytelse på 95,5%.

Claims (27)

1. Elektrode, karakterisert ved at den omfatter en første plate med en aktiv elektrodeoverflate og en første overflate derav, en andre plate som den er mot, og er anbrakt i en avstand fra den første platen, og minst en barriéreplate som er: a) anbrakt mellom den første og andre platen; b) anbrakt i avstand fra den aktive elektrodeoverflaten av den første platen og fra den motvendende overflate av den andre platen; og c) i kontakt med den motstående flate til den første plate.

2. Elektrode ifølge krav 1, karakterisert ved at de to første plater er elektrisk forbundet med, og anbrakt med mellomrom mellom hverandre, idet hver har en aktiv elektrodeoverflate som vender utover, og hvor to barriéreplater er anbrakt mellom de første plater og er anbrakt i en avstand fra overflatene og med mellomrom mellom hverandre.

3. Elektrode ifølge krav 2, karakterisert ved at minst én av barriereplatene er forsynt med utspring med mellomrom, som er i kontakt med en flate av den andre barriereplate.

4. Elektrode ifølge krav 1, karakterisert ved at den aktive elektrodeoverflate er forsynt med et elektrokatalytisk aktivt belegg.

5. Elektrolysecelle, karakterisert ved at den omfatter minst én anode og minst én katode og en skilleanordning anbrakt mellom hver anode og nabo-katode, hvorved cellen deles i atskilt anode- og katodekammer, eller i flere slike kamre, og hvor anoden eller katoden eller begge omfatter en elektrode ifølge krav 1.

6. Elektrolysecelle ifølge krav 7, karakterisert ved at den er i form av en elektrolysecelle av filterpressetype.

7. Elektrolysecelle ifølge krav 6, karakterisert ved at den omfatter flere anoder og katoder og pakninger av et elektrisk ikke-ledende materiale.

8. Fremgangsmåte for fremstilling av en elektrode ifølge krav 1, karakterisert ved at den omfatter det trinn at det innsettes én eller flere barriéreplater i en eksisterende elektrode.

9. Fremgangsmåte for elektrolysering av en vandig løsning av et alkalimetallklorid, karakterisert ved at den omfatter det trinn at den vandige løsning elektrolyseres i en elektrolysecelle ifølge krav 5.

10. Elektrode, karakterisert ved at den omfatter et par av første plater i avstand fra hverandre som hver har en aktiv elektrodeoverflate og et par av barriéreplater i avstand fra hverandre lokalisert mellom de første platene slik at hver barriéreplate vender mot en respektiv første plate og befinner seg i avstand innover fra den aktive elektrodeoverflaten av den respektive første platen, idet hver første plate omfatter et par av avlange elementer som befinner seg i lateral avstand fra hverandre slik at de, sammen med den tilstøtende barriéreplaten, danner kanaler i hver overflate av elektroden.

11. Elektrode ifølge krav 10, karakterisert ved at de avlange elementene ved deres indre overflate står i kontakt med den tilstøtende barriéreplaten.

12. Elektrode ifølge krav 10 eller 11, karakterisert ved at de avlange elementene ved sine ender er festet til et bærerelement i form av en ramme.

13. Elektrode ifølge et hvilket som helst av kravene 10 til 12, karakterisert ved at de avlange elementene omfatter vertikalt anbrakte blader.

14. Elektrode ifølge krav 13, karakterisert ved at de avlange elementene har konvekse ytre overflater og konkave indre overflater.

15. Elektrode ifølge hvilket som helst av kravene 10 til 14, karakterisert ved at barriéreplatene er festet sammen i avstandsgitt relasjon.

16. Elektrode ifølge hvilket som helst av kravene 10 til 15, karakterisert ved at barriéreplatene holdes i avstand fra hverandre ved hjelp av de atskilte fremspring.

17. Elektrode ifølge krav 16, karakterisert ved at fremspringene er sammenhengende med en eller begge av platene.

18. Elektrode ifølge hvilket som helst av krav 10 til 17, karakterisert ved at barriéreplatene er fremstilt av et f luorholdig organisk, polymert materiale.

19. Elektrode ifølge hvilket som helst av krav 10 til 17, karakterisert ved at barriéreplatene er fremstilt av titan eller en legering derav, eventuelt med et belegg av et elektrokatalytisk materiale.

20. Fremgangsmåte for sammensetning av en elektrode ifølge krav 10, karakterisert ved at et par av barriéreplater innføres i en eksisterende elektrode omfattende et par av første plater i avstand fra hverandre som hver har en aktiv elektrodeoverflate og omfattende et sett av avlange elementer som befinner seg i lateral avstand fra hverandre, idet barriéreplatene innføres slik at hver barriéreplate vender mot en respektiv første plate og befinner seg i avstand innover fra den aktive elektrodeoverflaten av den respektive første platen, hvorved hver barriéreplate sammen med et respektivt sett av avlange elementer danner kanaler i hver overflate av elektroden.

21. Fremgangsmåte ifølge krav 20, karakterisert ved at barriéreplatene innføres slik at de kommer i kontakt med de indre overflatene av det tilstøtende settet av avlange elementer.

22. Par av barriéreplater for anvendelse i fremgangsmåten ifølge krav 20 eller 21, karakterisert ved at barriéreplatene er festet sammen i avstand i relasjon.

23. Par av barriéreplater ifølge krav 22, karakterisert ved at barriéreplatene befinner seg i avstand fra hverandre ved hjelp av atskilte fremspring.

24. Par av barriéreplater ifølge krav 22 eller 23, karakterisert ved at projeksjonene er en del av den ene eller begge platene.

25. Par av barriéreplater ifølge hvilket som helst av krav 22 til 24, karakterisert ved at barriéreplatene er fremstilt av et fluorholdig organisk polymert materiale.

26. Par av barriéreplater ifølge krav 25, karakterisert ved at barriéreplatene er fremstilt av polytetrafluoretylen, tetrafluoretylen-heksafluorpropylenkopolymer eller fluorert etylen-propylenkopolymer.

27. Par av barriéreplater ifølge hvilket som helst av krav 22 til 24, karakterisert ved at barriéreplatene er fremstilt av titan eller en legering derav, eventuelt med et belegg av et elektrokatalytisk materiale.