专利名称：用于渗滤电解槽的弹性电流分配器的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及用于工业电解过程的电解槽，并且特别涉及包含被离 子交换膜分隔开的阳极隔室和阴极隔室的电解槽，其中一个或两个隔 室配备有气体扩散电极并且工艺电解液流过渗滤器或等效的多孔元件。
背景技术：
在下面的描述中，将提到适用于去极化的氯-碱电解的电解槽，即 碱金属氯化物盐水电解的过程，其中析氢阴极反应受到抑制从而有利
于气体扩散阴极上的氧消耗反应，例如EP1033419所公开的；然而， 本发明并不局限于氯-碱电解槽，其可用于任何采用气体扩散电极的工 业电化学过程。
特别先进类型的去极化氯-碱电解槽在本领域中是公知的，其中在 重力作用下工艺电解液流过适宜的多孔平面元件或渗滤器例如 WO/0157290中公开了这种类型的电解槽。在这种类型的电解槽中，典 型地存在由钛壳体获得的阳极隔室，其中供应碱金属氯化物的浓盐水 并包含具有析氯催化涂层的钛阳极，并且阴极隔室由镍阴极壳体限定； 该两个隔室被阳离子交换膜分隔开。在工艺中产生的苛性钠因重力流 动穿过插入在阴极隔室中的多孔元件，所述多孔元件一側与离子交换 膜接触，另一側与气体扩散阴极接触。换句话说，当阳极是通过选自 本领域公知的适当金属结构(例如肋板阵列)与阳极壳体电连接和机 械连接的刚性金属元件时，阴极是由银网、碳布或其它类型的非自支 撑等效结构获得的薄多孔元件。因此，从阳极壳体的后壁至气体扩散 电极的电流传递因提供更大移位接触和能够机械支撑电极的结构而必 然受到影响。为改善电化学性质，还必须以特定压力(例如0.1到0. 5kg/cm2)将阴极推至渗滤器，以便在帮助限制循环的液体电解液的 同时允许电连续性。为满足所有上述条件，现有技术的电解槽具有依 赖于两种不同元件的电流馈送系统第一，构成阴极壳体一部分的刚 性集流体，其可由例如肋板阵列构成，如在阳极侧；第二，位于刚性 集流体和气体扩散电极之间的金属丝网，在适当压缩条件下，该金属 丝网能够将足够的压力传递至气体扩散电极由此保证期望的电连续 性。等同方法用于改进传统型氯-碱电解槽，以使其适用于渗滤型去极 化过程，例如W0 03/102271的图2所说明在这种情况下，初始的电 解槽阴极充当集流体，同时镍丝网(弹性集流体)充当刚性集流体和 气体扩散电极之间的电流传输的中间元件，所述初始电解槽阴极是本 领域中公知的由镍或钢制成的用于析氢的金属电极。
然而，上述方法也会带来一些不便，妨碍了这种类型电解槽的商 业化二元件型电流传输系统事实上涉及过高成本和厚度、安装困难 和丝网(特别是周围区域)尺寸控制困难、难以控制变形和弹性力， 此外当然还存在增加接触界面从而并不特别有利于欧姆电压降，例如 丝网和气体扩散电极之间的界面。
发明内容
本发明的一个目的是提供被离子交换膜隔开并且配备有用于电解 液循环的渗滤元件和气体扩散电极的电解槽，克服了现有技术的局限。
在另一方面，本发明的一个目的是提供用于电解槽的改良电流馈 送系统，该电解槽具有气体扩散电极和渗滤器。
本发明由具有被离子交换膜分隔开的阳极隔室和阴极隔室的电解 槽组成，其中所述两个隔室至少之一配备有具有两个主面的气体扩散 电极，面向膜的第一主面与被电解液流穿过的渗滤器接触，与第一主 面相对的第二主面与电流分配器接触，该电流分配器包含适用于将气 体扩散电极压向渗滤器的多个弹性传导突起物。如WO/0157290所公 开，作为渗滤器，期望适合于液体流在重力作用下穿过的任何多孔平 面元件。在一个优选实施方案中，通过单一金属片的切割和成型获得
了代替现有技术中的刚性集流体_弹性集流体组件的电流分配器，例 如氯-碱电解槽的阴极集流体情形中的镍片。在这种情况下，镍片是厚
度典型为0.5到1.5mm的片，优选具有适于降低接触电阻的涂层。该 片的镍材料可以是按不同方式合金化的，例如选自通常可获得的产品 的类别；选择具有适用于制作弹簧的等级和力学性能(例如具有优异 的弹性)的镍材料将证明是特别有利的。在一个特别简单且有效的实 施方案中，能够向电极施加足够压力的传导突起物是成对排列的弹簧 接头(tag),使得两个相邻的弹簧接头从它们所得自的金属片的主面 向相反方向突起。以这种方式获得了整个电极表面更有效和均匀的支 撑。上述方案适用于几乎每种工艺条件的最佳电解槽设计；然而，使 用依据现有技术的丝网作为高电流密度下的接触元件具有允许有效的 气体循环的优点(例如去极化氯-碱电解的情况，将氧气有效供给气体 扩散电极)，而这可能无法具有简单的片状结构。在这种情况下，特 别优选的实施方案提供了单瓦(tile)形式的传导突起物，它们依次 包含一个或多个用于提供电接触的弹簧接头以及一个或多个便于气体 通过的开口 。传导突起物可以例如以沿整个电极表面分布的平行列i殳 置。
依据本发明的电流分配器适合于在优选0.1到Q. 5kg/cm2的压力 下直接在气体扩散电极表面上实现有效的电接触，因此无需关于现有 技术系统的接触界面(现有技术中，刚性集流体与弹性集流体耦合)； 另一方面，在本发明的一个实施方案中，可将用于分配机械压缩力的 附加元件插入到电流分配器和气体扩散电极之间，该附加元件由例如 薄网或多孔片或打孔片构成。在这种情况下，接触界面的数目与现有 技术的相当，然而相应的电阻显著低于使现有技术的几乎无弹性丝网 与气体扩散电极直接接触所获得的电阻。此外，本领域的技术人员容 易理解，电解槽的总厚度显著更低。
将借助附图更详尽地描述本发明，这些附图仅限于举例目的而不
意图限定本发明。
-图1显示了依据现有技术的渗滤型去极化氯-碱电解槽。
-图2显示了依据本发明的渗滤型去极化氯-碱电解槽。 -图3显示了依据本发明的电流分配器的第一实施方案。 -图4显示了依据本发明的电流分配器的第二实施方案。 -图5显示了依据本发明的电流分配器的第三实施方案。
具体实施例方式
图1显示了依据现有技术的渗滤型去极化氯-碱电解槽，其包含被 离子交换膜(500 )分隔开的一个阳极隔室和一个阴极隔室。阴极隔室 由阴极后壁(101)限定，与依赖于两种不同元件的电流馈送系统接触， 刚性集流体(201)构成其一部分，而弹性集流体(210)由例如镍制 成的丝网构成。阴极(301 )由供有氧的多孔气体扩散电极构成， 一侧 与丝网(210)接触，另一侧与在重力作用下被电解液流穿过的平面多 孔元件构成的渗滤器(400 )接触。充当分隔体的离子交换膜(500 ) 具有与渗滤器(400 )接触的阴极面和面向阳极(302 )的阳极面，该 阳极面可与其接触或保持小的预定距离。阳极(302 )通常包含由网或 多孔片或打孔片构成的钛基板，或可选由两个这样的元件叠置构成的 钛基板；阳极基板具有现有技术中公知的用于氯析出的催化涂层。阳 极(302 )和阳极隔室后壁(102 )之间的电连续性由刚性集流体(202 ) 保证。阴极(201)刚性集流体和阳极(202 )刚性集流体可由肋板阵 列、波紋片、具有适当间隔的孔穴(gopher)的片或者本领域技术人 员公知的其它类型的集流体构成。图2显示了依据本发明的渗滤型去 极化氯-碱，其中与图1的电解槽相同的元件采用相同的参考数字标 注。
电流馈送系统由多个传导突起物(220 )构成，例如适用于将气体 扩散电极(301)压向渗滤器(400 )的弹簧或弹性弹簧接头的组件； 在传导突起物(220 )组件和气体扩散电极(301)之间插入分配机械 压缩力的可选元件(230 )，例如薄网或多孔片或打孔片。
图3显示了由单一金属片获得的多个传导突起物的一个实施方 案，并且在本情形中由依据梳状几何平行排列的弹性弹簧接头(221) 的组件构成弹簧接头成对排列，使得每两个弹簧接头从起始金属片 的主面以相反方向突出。根据电解槽的尺寸，弹簧接头(221)的单一 列可覆盖整个活性表面，或可以并排设置更多的列，如本领域技术人 员知晓的那样。
图4显示了由单一金属片获得的多个传导突起物的优选实施方 案在这种情形中突起物优选是通过片的切割和成型获得的四边形单 瓦(222 )，可选直接焊接到刚性集流体(201)上，它们中的每个都 包含具有不同功能的元件例如，通过适当的折叠步骤，每个瓦获得 具有约90°弯曲角的边缘(223 )，以便赋予需要的刚度。多个适当 间隔开的弹簧接头(224 )充当与气体扩散电极(301)的接触元件， 多个孔(225 )有利于气体的供给和循环，在这种情形中特别是指阴极 反应需要的氧气。焊接到刚性集流体(201 )的不同瓦优选地排列成可 选偏移的平行列。
图5显示了图4中所示由单一金属片获得的多个传导突起物的优 选实施方案的变体在这种情形中起始金属片是打孔片，多个孑""5') 在包括弹簧接头(224 )的瓦(222 )的整个主体上延伸。以这种方式 获得增强的气体供给，当弹簧接头(224 )被压缩并在它们突起的地方 与所述片接触时该供给有效，直到沖程结束。在制作期间也获得少量 节约，由图4中的瓦(222 )上所示的孔(225 )的独立执行构成。瓦
的构造还提供了进一步的力学优势在突然的高阴极反压力情形中(例 如因工艺条件控制的错误，或者因元件操作或组装的失误)，由于GDE 在整个瓦表面上的紧靠，弹簧接头不发生永久变形。在这种情形中， 本领域技术人员清楚，由打孔片获得这些瓦对于确保在任何情况下的 正确气体供给是更加重要的。
实施例1
依据图2中的设计，为具有0. 161112有效面积的实验室用实验电解
槽装配如下元件具备钌和钛氧化物基催化涂层的钛03八@阳极(302)、 由Dupont/USA供应的Nafion N982离子交换膜(500 )、泡沫镍渗滤 器、由借助银基催化剂活化的银网构成的气体扩散电极。
电流馈送系统包含多个弹性传导突起物，每个所述突起物由lmm 厚的镍打孔片获得的如图5所示的瓦(222 )构成。
在4kA/m2的电流密度和9(TC的温度下，向电解槽阳极隔室供应浓 度为210g/l的循环氯化钠盐水。阴极产物由向下流过渗滤器的32重 量％的苛性钠构成。在这些条件下，将设备上的工艺条件稳定10天后， 检测到2. 00至2. 05V的电解槽电压。
实施例2
在相似条件下利用现有技术的电解槽重复实施例1的测试。因此， 显著区别仅在于阴极电流馈送系统，其包括由镍肋板阵列构成的刚性 集流体结构，所述镍肋板阵列焊接到与商用镍网结合的阴极后壁。
在与实施方案1相同的工艺条件下，在稳定化10天后，检测到 2. 10到2. 15V的电解槽电压。
前面的描述并不意图限制本发明，可以依据不同实施方案使用本 发明而不背离本发明的范围，并且本发明的范围仅由所附权利要求限 定。
在本申请的说明书与权利要求中，术语"包含，，及其变体如"包 括，，、"含有"并不意图排除其它要素或附加物的存在。
权利要求
1.电解槽，其类型为包含被离子交换膜分隔开的阳极隔室和阴极隔室的电解槽，至少所述隔室之一配备有具有两个主面的气体扩散电极，所述气体扩散电极的第一主面面向所述膜并与适于电解液流穿过的平面多孔元件接触，所述气体扩散电极的第二主面与电流分配器接触，该电流分配器包含适于将所述气体扩散电极压向所述平面多孔元件的多个弹性传导突起物。
2. 权利要求1的电解槽，其中所述多个传导突起物在气体扩散电 极上施加0. 1到0. 5kg/cm2的压力。
3. 权利要求1或2的电解槽，其中包含所述多个传导突起物的所 述电流分配器是通过金属片的切割和成型获得的。
4. 权利要求3的电解槽，其中所述多个传导突起物是依据梳状几 何排列的弹簧接头。
5. 权利要求4的电解槽，其中所述弹簧接头以相邻对排列，且每 个所述对中的弹簧接头从所述金属片的主面向相反的方向突出。
6. 权利要求3的电解槽，其中所述传导突起物是可选为四边形的 独立瓦，所述瓦包含多个弹簧接头和至少一个用于气体循环的开口 。
7. 权利要求6的电解槽，其中所述瓦以可选偏移平行的列焊接到 刚性集流体。
8. 权利要求3到7中任一项的电解槽，其中所述金属片具有0.5 到1. 5毫米的厚度。
9. 权利要求3到6中任一项的电解槽，其中所述金属片是打孔片。
10. 权利要求3到9中任一项的电解槽，其中所述金属片由镍制成。
11. 权利要求10的电解槽，其中所述镍片具有适于降低与所述突 起物相关的接触电阻的涂层。
12. 前述权利要求任一项的电解槽，其包含插入在所述电流分配器 和所述气体扩散电极之间的用于分配机械压缩力的附加元件，所述附 加元件选自网、打孔片和多孔片。
全文摘要
描述了一种膜电解槽，该电解槽包含阳极隔室和阴极隔室，其中两个隔室至少之一包括气体扩散电极，并且被电解液流穿过的平面多孔元件介于膜和气体扩散电极之间。通过电流分配器实现至气体扩散电极的电流输送，该电流分配器具有将电极推向多孔元件的弹性传导突起物。
文档编号C25B9/08GK101370966SQ200780002409
公开日2009年2月18日 申请日期2007年1月15日 优先权日2006年1月16日
发明者D·欧达尼, F·费德里科, L·卡勒廷, P·沃尔特林 申请人:乌德诺拉股份公司