DE10148600A1 - Einbau einer Gasdiffusionselektrode in einen Elektrolyseur - Google Patents

Abstract

In einem Elektrolyseur für Salzsäure mit Gasdiffusionselektroden wird die Gasdiffusionselektrode am Stromkollektor fixiert.

Description

• Die Erfindung betrifft den Einbau einer Gasdiffusionselektrode in einen Elektrolyseur für Salzsäure, bei dem die Gasdiffusionselektrode am Stromkollektor oder zwischen Kathodenrahmen und Stromkollektor fixiert wird.
• Es ist bekannt, die Elektrolyse von Salzsäure in einem Elektrolyseur durchzuführen, bei dem der Anodenraum mit einer edelmetallbeschichteten Anode mit Salzsäure gefüllt ist und bei sich im Kathodenraum ein sauerstoffhaltiges Gas bzw. reiner Sauerstoff befindet. Wie in der US A 5,770,035 beschrieben, werden Anodenraum und Kathodenraum durch eine Kationenaustauschermembran getrennt, wobei die Kationenaustauschermembran auf der Gasdiffusionselektrode, nachfolgend GDE genannt, aufliegt. Die Gasdiffusionselektrode liegt wiederum auf dem Stromkollektor auf (Fig. 1).
• Zur Abdichtung wird zwischen Anodenrahmen und Kationenaustauschermembran eine Dichtung eingesetzt. Die Kationenaustauschermembran liegt direkt auf der GDE auf, die wiederum auf einer Dichtung auf dem Kathodenrahmen aufliegt. Durch den höheren Druck im Anodenraum wird die Kationenaustauschermembran auf die Gasdiffusionselektrode und den Stromkollektor gedrückt.
• Der Zusammenbau eines Elementes bestehend aus Anodenraum, Kationenaustauschermembran, GDE, Stromkollektor und Kathodenraum erfolgt analog einer Filterpresse. Dabei drücken die Dichtungen auf Kationenaustauschermembran und GDE und dichten das Element ab. Während des Betriebes drückt der Anolyt auf die Kationenaustauschermembran, um diese auf die GDE zu drücken. Dabei treten große Kräfte im Dichtungsbereich auf die Kationenaustauschermembran und auf die GDE auf. Diese Kräfte führen zu einer starken Dehnung der Membran bzw. der GDE. Dabei kann die Kationenaustauschermembran oder die GDE reissen. Treten Risse in der GDE auf, so ist eine unerwünschte Erhöhung der Elektrolysespannung die Folge. Treten Risse in der Kationenaustauschermembran auf, so gelangt Chlor in den im Kathodenraum vorhanden Sauerstoff. Wenn wie üblich durchgeführt, der Sauerstoff im Überschuß eingesetzt wird, gelangt das Chlor mit dem Sauerstoff aus der Zelle und muß anschließend aufwendig abgetrennt bzw. entfernt werden. Durch die starke Dehnung ist die Wiederverwertung der Kationenaustauschermembran nicht möglich bzw. die Rissgefahr erhöht sich beim zweiten Einbau.
• In der JP A 9 078 279 wird beschrieben, dass die GDE auf die Kationenaustauschermembran aufgeklebt wird. Nachteil ist, dass die GDE exakt ausgeschnitten und anschließend exakt auf die Kationenaustauschermembran aufgeklebt werden muß. Dieses Verfahren ist umständlich und aufwendig. Zusätzlich müssen bei einem Schaden an der Membran oder der GDE sowohl die GDE als auch die Membran gewechselt werden.
• Nachteilig ist auch, dass bei den bekannten Einbauten ein Teil der Fläche der eingebauten GDE nicht genutzt wird. Davon betroffen ist der Teil der GDE, der im Rahmen zwischen den Dichtungen liegt.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es einen Elektrolyseur zu finden, bei dem keine Schäden an der Kationenaustauschermembran oder der GDE auftreten, der sich einfach handhaben läßt und bei dem die gesamte Fläche der GDE genutzt werden kann.
• Es wurde ein Elektrolyseur für Salzsäure mit Gasdiffusionselektroden gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Gasdiffusionselektroden am Stromkollektor fixiert sind.
• Die Fixierung am erfindungsgemäßen Elektrolyseur kann dabei bevorzugt durch Verkleben der GDE auf den Stromverteiler erfolgen. Dabei ist es ausreichend, wenn die GDE nur an einigen Stellen auf den Stromverteiler geklebt wird.
• Ebenso ist die Fixierung zwischen Kathodenrahmen und Stromkollektor möglich. Dabei wird die GDE, die nur geringfügig größer sein muss als der Stromverteiler, in einen Spalt zwischen Stromverteiler und Kathodenrahmen gesteckt. Die Fixierung kann dann beispielsweise durch Einstecken einer beständigen, flexiblen Dichtmasse in den Spalt zwischen GDE und dem Kathodenrahmen erfolgen.
• Wenn als Stromkollektor ein Steckmetall oder Lochblech gewählt wurde, kann die Fixierung am Stromkollektor z. B. durch Annähen mit wenigen Stichen mit einem Kunststofffaden erfolgen.
• Der erfindungsgemäße Einbau ist dann besonders vorteilhaft, wenn der Einbau an einem Kathodenelement so erfolgt, dass der Stromkollektor über den Rand des Rahmens soweit herausragt, dass bei aufgelegter Dichtung und aufgelegter GDE die Dichtung mit der GDE eine Ebene bildet (Fig. 2).
• Derartige Elemente zeigen, verglichen mit bekannten Einbauten der GDE, bei der Elektrolyse die gleiche Elektrolysespannung.
• Ein weiterer Vorteil ist, dass die Kationenaustauschermembran häufiger wiederverwendet werden kann und die GDE mechanisch nicht beschädigt oder teilweise zerstört wird.

Claims (4)

1. Elektrolyseur für Salzsäure mit Gasdiffusionselektroden, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdiffusionselektroden am Stromkollektor fixiert sind.

2. Elektrolyseur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdiffusionselektrode zwischen Kathodenrahmen und Stromkollektor fixiert wird.

3. Verfahren zur Herstellung eines Elektrolyseur für Salzsäure mit Gasdiffusionselektroden, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdiffusionselektroden am Stromkollektor fixiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdiffusionselektrode auf den Stromkollektor geklebt wird.