NO159735B - Elektrode egnet til bruk i en elektrolysecelle av filterpressetypen. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en elektrode egnet til bruk i en

elektrolysecelle av filterpressetypen.

Det er kjent elektrolyseceller omfattende en flerhet av

anoder og katoder, hvor hver anode er skilt fra nabokatoden ved

et skilleorgan som deler elektrolysecellen i et antall anode-

og katodekammere. Anodekamrene i en sådan celle er forsynt med midler for innmatning av elektrolytt til cellen, hensiktsmessig fra et felles reservoar, og med midler til å fjerne elektrolyseprodukter fra cellen. På lignende måte er katodekamrene i cellen forsynt med midler for fjerning av elektrolyseprodukter fra cellen og eventuelt med midler for tilførsel av vann eller annet fluidum til cellen.

Elektrolyseceller av filterpressetypen kan omfatte et høyt antall av alternerende anoder og katoder, f.eks. 50 anoder og 50 katoder, skjønt cellen kan omfatte endog flere anoder og katoder, f.eks. opp til 150 alternerende anoder og katoder.

Elektrolysecellen kan være av diafragma- eller membran-

typen. I celler av diafragma-typen er de mellom en anode og en katode anordnede skilleorganer mikroporøse, og under bruken passerer elektrolytten gjennom diafragmaene fra anodekamrene til katodekamrene i cellen. I celler av membrantypen er skilleorganene hovedsakelig hydraulisk ugjennomtrengelige, og under anvendelsen transporteres ioner gjennom membranene mellom anodekamrene og katodekamrene i cellen.

Elektrolyseceller av de førstnevnte typer kan anvendes ved elektrolyse av vandige alkalimetallklorid-oppløsninger. Når en sådan oppløsning elektrolyseres i en elektrolysecelle av diafragmatypen, innmates oppløsningen i anodekamrene i cellen,

klor som dannes under elektrolysen fjernes fra anodekamrene i cellen, alkalimetallklorid-oppløsningen passerer gjennom diafragmaene, og hydrogen og alkalimetall-hydroksyd som dannes under elektrolysen uttas fra katodekamrene, idet alkalimetall-hydroksydet uttas i form av en vandig oppløsning av alkalimetall-klorid og alkalimetall-hydroksyd. Når en vandig alkalimetall-klorid-oppløsning elektrolyseres i en elektrolysecelle av membrantypen, blir oppløsningen tilført anodekamrene i cellen,

og det under elektrolysen dannede klor og brukt alkalimetall-klorid-oppløsning uttas fra anodekamrene, alkalimetallioner

transporteres gjennon membranene til katodekamrene i cellen, til hvilke vann eller fortynnet alkalimetallhydroksydoppløsning kan tilføres, og hydrogen og alkalimetallhydroksydoppløsning som dannes ved reaksjon mellom alkalimetallioner og vann uttas fra katodekamrene i cellen.

Elektrolyseceller av den beskrevne type kan særlig anvendes ved fremstilling av klor og natriumhydroksyd ved elektrolyse av vandige natriumkloridoppløsninger.

De ovenfor beskrevne elektrolyseceller, og særlig elektrolyseceller av filterpressetypen, kan omfatte elektroder, dvs. anoder og/eller katoder, som består av et bæreorgan og et antall opprettstående, langstrakte organer på bæreorganet, hvilke er generelt vertikalt anordnet og innbyrdes parallelle. Eksempelvis kan elektrodene være såkalte "louvred" (sjalusi-lignende) elektroder, som eksempelvis kan fremstilles ved at det i en metallplate dannes en rekke hovedsakelig parallelle spalter og foldesegmenter av metall utenfor flatens plan, slik at det dannes et antall opprettstående, hovedsakelig parallelle, langstrakte organer, dvs. de såkalte "louvres", i det følgende betegnet sjalusi-ribber. Sjalusi-ribbene kan være anordnet i rett vinkel med platens plan eller i en vinkel som er mindre enn 90° med platens plan, f.eks. i en vinkel på ca. 60°. Elektrolyseceller inneholdende slike "louvred" elektroder er beskrevet i eksempelvis belgisk patent nr. 864.363 og 864.364.

Elektrolyseceller, eksempelvis elektrolyseceller av filterpressetypen, har under driften så små anode-katode-avstander som mulig, slik at den elektriske motstand i cellene, og dermed cellenes driftsspenning, kan holdes lavest mulig.

Por oppnåelse av en minst mulig anode-katode-avstand blir skilleorganene anordnet nær anoden og katoden og kan være i kontakt med anoden og nabokatoden, i hvilket tilfelle anode-katode-avstanden blir den samme som tykkelsen av skilleorganet.

Anordning av skilleorganet i kontakt med anoden og nabokatoden har også den fordel at anoden og katoden tilveiebringer understøttelse for skilleorganet. Det kan imidlertid være en dermed forbunden ulempe, som spesielt kommer til syne ved filterpresseceller hvor elektrodene omfatter et antall opprettstående, langstrakte organer, spesielt opprettstående sjalusi-ribber. Når elektroden omfatter et antall opprettstående, langstrakte organer, og spesielt når skilleorganet-er i kontakt .. iv med opprettstående organer, kan det således være dårlig Y sirkulasjon av væske i kamrene i cellen, spesielt tvers over cellen, idet sirkulasjon av væske, spesielt tvers over cellen, hindres av de opprettstående organer. Denne dårlige sirkulasjon gjør seg særlig gjeldende når midlene for tilførsel av væsker til cellen og midlene for uttak av elektrolyseproduktene fra cellen er anordnet ved sidene av cellen. Den dårlige sirkulasjon av væsker i kamrene i cellen manifesterer seg ved dårlig fri-

gjørelse av gassformige elektrolyseprodukter fra væskene i

cellen og konsentrasjons-gradienter i væskene, hvilket resulterer i en høyere driftsspenning ved en gitt strømtetthet enn hva som ellers skulle ventes.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en elektrode,

som er særlig godt egnet til bruk i en elektrolysecelle av

filterpressetypen, og som gjør det mulig å oppnå en i høy grad forbedret sirkulasjon av væskene i kamrene i cellen.

Den foreliggende oppfinnelse angår en elektrode egnet til

bruk i en elektrolysecelle av filterpressetypen og som omfatter et hovedsakelig plant bæreorgan og, i det minste på én side av bæreorganet, et antall langstrakte organer som er hovedsakelig parallelle med hverandre og har sider som ligger i et plan

hovedsakelig parallelt med bæreorganet, karakterisert ved at hvert av de langstrakte organer med sine ender er festet til bæreorganet og ved at en betydelig del av de langstrakte

organer ligger i et plan forskjøvet fra og hovedsakelig

parallelt med bæreorganets plan.

De langstrakte organer kan være og er fortrinnsvis i form

av bånd eller strimler, og ifølge en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen tilveiebringes en elektrode omfattende et

hovedsakelig plant bæreorgan og, på i det minste en side av bæreorganet, et antall innbyrdes hovedsakelig parallelle

strimler, hver forbundet ved sine ender til bæreorganet, idet en betydelig del av strimlene ligger i et plan forskjøvet fra og hovedsakelig parallelt med bæreorganets plan, bg hvor

strimlene har sider som ligger i et plan hovedsakelig parallelt med bæreorganets plan.

Elektroden kan anvendes som anode og/eller som katode.

Med mindre annet er angitt vil oppfinnelsen i det følgende bli beskrevet i forbindelse med elektroder hvor de langstrakte organer er i form av strimler.

Elektrodene, og særlig bæreorgan-delen av elektroden, er hensiktsmessig fleksible, dvs. bøyelige, og fortrinnsvis elastiske, da fleksibilitet og elastisitet bidrar til oppnåelse av fluid-tette tetningsforbindelser når elektrodene er sammenstillet i en elektrolysecelle, spesielt en celle av filterpressetypen .

Når skilleorganet i elektrolysecellen er i kontakt med sidene av strimlene på elektroden, vil sirkulasjonen av væsker i cellen, og spesielt tvers over cellen, ikke hemmes av strimlene, da disse er forskjøvet fra bæreorganets plan, og det tilveiebringes således tvers over cellen en kanal mellom bæreorganet og strimlene gjennom hvilken væske kan sirkulere.

Ved elektroden kan strimlene være anordnet på bare en side av bæreorganet, spesielt når elektroden skal anvendes som en endeelektrode i en elektrolysecelle. Alternativt kan strimlene være plassert på begge sider av bæreorganet, spesielt når elektroden skal anvendes som en indre elektrode i en elektrolysecelle, særlig i en elektrolysecelle av filterpressetypen.

Når elektroden monteres i en elektrolysecelle, blir elektroden i alminnelighet anordnet slik at strimlene er hovedsakelig vertikale. Vertikal anordning av strimlene er imidlertid ikke nødvendig, og strimlene, som er hovedsakelig parallelle med hverandre, kan om det ønskes være skråttstillet i forhold til vertikalen. Strimlene på en elektrode som skal anvendes som anode, kan danne en vinkel med vertikalen i en retning motsatt den i hvilken strimler på en elektrode som skal anvendes som anode, er skråttstillet. På denne måte oppnås ytterligere understøttelse for skilleorganet.

Når elektroden omfatter strimler anordnet på begge sider

av bæreorganet, kan strimlene på en side være anordnet overfor strimlene på den annen side av bæreorganet. Alternativt kan strimlene være forskjøvet slik at en strimmel på en side av bæreorganet er anordnet overfor et mellomrom mellom to nabostrimler på den annen side av bæreorganet.

For å sikre at strimlene bibeholder sin posisjon i forhold til bæreorganet, og således tilveiebringer understøttelse for et skilleorgan som i elektrolysecellen kan være i kontakt med strimlene, festes strimlene med begge ender til bæreorganet.

Bæreorganet kan være rektangulært av form og kan eksempelvis ha en kvadratisk eller avlang form. Bæreorganet kan være en hovedsakelig plan plate med endene av hver av strimlene festet til platen nær motstående kanter av platen.

Bæreorganet kan ha form av en hovedsakelig plan ramme, som kan være rektangulær, eksempelvis kvadratisk eller avlang av form. En ende av hver av strimlene kan være festet nær en av rammens kanter, og den andre enden av hver av strimlene kan være festet til rammen nær en motstående kant av rammen. Denne utførelsesform i hvilken bæreorganet har form av en ramme, er en foretrukken utførelsesform, da sirkulasjonen av væsker i kamrene i en elektrolysecelle i hvilken elektroden er montert, ytterligere forbedres ved anvendelse av denne spesielle elektrodetype.

Elektroden ifølge oppfinnelsen har en ytterligere fordel fremfor den elektrodetype som har sjalusi-ribber. Ved den sistnevnte elektrode er kantene av ribbene, som i elektrolysecellen kan være i kontakt med skilleorganet, ofte ikke glatte, og som følge av fremstillingsmåten kan de endog ha skarpe kanter, hvilket kan resultere i skade på skilleorganet og endog dannelse av hull i skilleorganet. Ved elektroden ifølge foreliggende oppfinnelse ligger derimot sideflatene av de langstrakte organer, eksempelvis strimlene, i et plan hovedsakelig parallelt med bæreorganets plan, og i elektrolysecellen er det disse langstrakte organers, eksempelvis strimlers, sideflater og ikke deres kanter som er i kontakt med skilleorganet. Ettersom sideflatene berører skilleorganet, er det en sterkt redusert mulighet for at de langstrakte organer vil skade skilleorganet.

De langstrakte organers sideflater kan være plane, men man foretrekker for ytterligere å redusere risikoen for skade på skilleorganet, at de langstrakte organers sideflater er svakt krummet i tverr-retningen. Når de langstrakte organer er strimler, er således de sideflater på strimlene som vender bort fra bæreorganet, fortrinnsvis svakt konvekse i tverr-retningen, slik at en konveks strimmelflate vender mot og kan komme i kontakt med skilleorganet i elektrolysecellen.

Ved elektroden ifølge oppfinnelsen ligger en betydelig

del av hver av strimlene i et plan forskjøvet fra og hoved-

sakelig parallelt med bæreorganets plan. Det er ønskelig at så meget som mulig av hver av strimlene ligger i et plan hovedsakelig parallelt med bæreorganets plan, men da strimlene ved sine ender er forbundet med bæreorganet, kan ikke hele lengden av strimlene ligge i et sådant plan. Man foretrekker at minst 50% av lengden av strimlene, og mer foretrukket

minst 80% av lengden av strimlene, ligger i et plan forskjøvet

fra og hovedsakelig parallelt med bæreorganets plan. Så meget som 95% av lengden av strimlene kan ligge i nevnte plan.

Elektroden har fortrinnsvis en dimensjon i strømmens ret-

ning i området 15-60 cm, hvilket tilveiebringer korte strøm-

veier i elektroden, hvilket i sin tur sikrer lavt spennings-

fall i elektroden når denne er montert i en elektrolysecelle,

uten anvendelse av omstendelige strømførende innretninger.

Den avstand til hvilken strimlenes plan er forskjøvet fra bæreorganets plan, bestemmer dimensjonene av kanalen mellom bæreorganets plan og strimlenes plan gjennom hvilken væske kan sirkulere i cellen. Denne avstand vil blant annet avhenge

av de totaldimensjoner som ønskes for elektroden, spesielt elektrodens ønskede bredde, og av totaldimensjonene som ønskes for elektrolysecellen, men den vil i alminnelighet være.minst 1 mm og er fortrinnsvis minst 2 mm. Den kan være så meget som

10 mm eller endog større, eksempelvis opp til 20 mm. Når den avstand til hvilken strimmelplanet er forskjøvet fra bæreorga-

nets plan er liten, blir bortføringen av gass som dannes i

i elektrolysecellen, kanskje ikke tilstrekkelig hurtig, og en ugunstig virkning på elektrolyse-spenningon kan gjøre seg gjeldende. Det er også ønskelig å utføre elektrolysen med høyt strømutbytte, og den ovenfor nevnte avstand innstilles hensiktsmessig med sikte på å optimere strømutbyttet og spenningen.

Når elektrodene ifølge oppfinnelsen sammenstilles i en

elektrolysecelle både som anoder og katoder, kan den avstand til hvilken strimmelplanet er forskjøvet fra bæreorganets plan,

være den samme hos anoden som hos katoden, eller denne avstand kan hos anoden være forskjellig fra den tilsvarende avstand

hos katoden.

Strimlenes sider er hensiktsmessig minst 1 mm brede, for-

trinnsvis minst 2 mm brede, slik at en rimelig stor strimmel-

flatebredde vender mot skilleorganet når elektroden er montert

i en elektrolysecelle. I alminnelighet vil bredden av strimlene ikke være større enn 10 mm, skjønt det er mulig å bruke strim-

ler med bredder over 10 mm.

Avstanden mellom nabostrimler på en side av elektroden er hensiktsmessig minst 1 mm, fortrinnsvis minst 2 mm. I alminne-

lighet vil denne avstand ikke være større enn 10 ram, skjønt den kan være større om det ønskes.

Strimlene på en side av elektroden er skilt fra hverandre, og åpningene mellom nabostrimler tilveiebringer rom i hvilke diafragmaet eller membranen kan opptas i tilfelle diafragmaet

eller membranen sveller opp under anvendelsen i en elektrolyse-

celle. Kationebytter-membraner er særlig tilbøyelige til å

svelle, og elektroden ifølge oppfinnelsen tilveiebringer midler til å oppta eller gi plass for oppsvellingen på en regulert måte.

Elektroden ifølge oppfinnelsen er vanligvis laget av et

metall eller en legering, og under anvendelsen kan den virke som anode eller som katode. Metallets art vil avhenge av om elektroden skal anvendes som anode eller som katode, og av

arten av den elektrolytt som skal elektrolyseres i elektrolyse-

cellen. Når en vandig alkalimetallklorid-oppløsning skal elek-

trolyseres og elektroden skal anvendes som anode, er elektroden hensiktsmessig av et filmdannende metall eller en legering der-

av, eksempelvis zirkonium, niob, wolfram eller tantal, men for-

trinnsvis av titan, og anodens overflate har hensiktsmessig et belegg av et elektrisk ledende, elektrokatalytisk aktivt mate-

riale. Belegget kan omfatte et eller flere platinagruppe-metal-

ler, d.v.s. platina, rhodium, iridium, ruthenium, osmium eller palladium, og/eller et oksyd av et eller- flere av disse metal-

ler. Belegget av platinagruppemetall og/eller oksyd kan anven-

des i blanding med et eller flere ikke-edel-metall-oksyder,

spesielt oksyder av et eller flere filmdannende metaller, ek-

sempelvis titandioksyd. Elektrisk ledende, elektrokatalytisk

aktive materialer til bruk som anodebelegg i en elektrolysecelle for elektrolyse av vandige alkalimetallklorid-oppløsnin-ger, såvel som fremgangsmåter til anvendelse av slike belegg, er kjent på området. Belegget påføres hensiktsmessig i det minste på strimlene på anoden, spesielt på strimlenes forsider. Belegget kan påføres på den motsatte side av strimlene, d.v.s. på de sider som vender mot bæreorganet, og også på kantene av strimlene.

Når den vandige alkalimetallklorid-oppløsning skal elektrolyseres og elektroden skal anvendes som katode, er elektroden hensiktsmessig av jern eller stål, eller av annet egnet metall, f.eks. nikkel. Katoden, særlig strimlene på denne,

kan være belagt med et materiale som nedsetter hydrogen-over-spenningen ved elektrolysen.

Elektroden ifølge foreliggende oppfinnelse kan være en bipolar elektrode. Således kan elektroden omfatte en første metallplate og en andre metallplate, i elektrisk ledende forbindelse med den første, hvor i det minste en av platene, og fortrinnsvis begge, er forsynt med et antall langstrakte organer, eksempelvis strimler, som beskrevet ovenfor. Når, eksempelvis, den bipolare elektrode skal anvendes i en elektrolysecelle hvor en vandig alkalimetallklorid-oppløsning skal elektrolyseres, kan den første plate, og de med denne forbundne strimler, være av et filmdannende metall eller legering og kan anvendes som anode, og nevnte andre plate, og de strimler som er forbundet med denne, kan være av jern eller stål eller annet egnet metall, eksempelvis nikkel, og kan anvendes som katode.

Ved en modifikasjon av elektroden ifølge oppfinnelsen er et gjennomhullet, metallisk plate- eller ark-materiale forbundet med sidene av de langstrakte organer på elektroden, på en eller begge sider av denne. Det gjennomhullede materiale, som er i elektrisk kontakt med de langstrakte organer, eksempelvis sveiset til disse, kan f.eks. være et vevet materiale, et per-forert platemateriale eller et platemateriale av ekspandert metall.

Elektroden ifølge oppfinnelsen kan fremstilles ved at de langstrakte organer, eksempelvis strimler, festes til bæreorganet, f.eks. ved sveising eller lodding av strimlene til bæreorganet, eller ved anvendelse av hvilken som helst teknikk som resulterer i en elektrisk ledende forbindelse mellom strimlene og bæreorganet. Den foretrukne fremgangsmåte til fremstilling av elektroden er, da den er enkel å utføre, å danne et antall hovedsakelig parallelle spalter i et plant bæreorgan, ved an-

vendelse av et dertil egnet verktøy, og å forskyve en bety-

delig andel av de strimler som tilsvarer spaltene i bæreorga-

net, til et plan forskjøvet fra bæreorganets plan og hovedsakelig parallelt med dette. Spaltene kan gå på tvers av bæreorganet fra et sted nær en kant av bæreorganet til et sted nær en motsatt kant av bæreorganet, og den handling å forskyve en betydelig andel av strimlene til et plan forskjøvet fra bære-

organets plan bør selvsagt ikke resultere i at strimlene blir løsrevet fra bæreorganet. Når begge sider av bæreorganet skal ha strimler,' kan noen av strimlene fra spaltene i bæreorganet forskyves til en side av bæreorganet, og noen av strimlene kan forskyves til den andre siden av bæreorganet. Eksempelvis kan strimlene fra spaltene i bæreorganet forskyves 'vekselvis til den ene og den andre siden av bæreorganet i hvilket tilfelle en strimmel på en side av elektroden vil være plassert overfor

et mellomrom mellom to nabostrimler på den andre siden av bære-

organet.

Den elektrolysecelle i hvilken elektroden ifølge oppfin-

nelsen anvendes, kan være av diafragma- eller membrantypen. I

celler av diafragmatypen er de skilleorganer som er anordnet mellom nabo-anoder og -katoder for dannelse av separate anode-

kammere og katodekammere, mikroporøse, og under anvendelsen passerer elektrolytten gjennom diafragmaene fra anodekamrene til katodekamrene. I det tilfelle hvor en vandig alkalimetall-klorid-oppløsning elektrolyseres, omfatter således den celle-

væske som dannes en vandig oppløsning av alkalimetallklorid og alkalimetallhydroksyd. I elektrolyseceller av membrantypen er skilleorganene hovedsakelig hydraulisk ugjennomtrengelige, og under anvendelsen transporteres ioner gjennom membraner mellom kamrene i cellen. Når membranen er en kationebytter-membran,

transporteres således kationer gjennom membranen, og i det til-

felle hvor en vandig alkalimetallklorid-oppløsning elektroly-

seres, omfatter cellevæsken en vandig oppløsning, av alkalimetallhydroksyd.

Når det skilleorgan som skal anvendes i elektrolysecellen,

er et mikroporøst diafragma, vil diafragmaets art avhenge av arten av den elektrolytt som skal elektrolyseres i cellen. Diafragmaet bør være motstandsdyktig mot å nedbrytes av elektrolytten- og av de produkter som dannes under elektrolysen,

og når en vandig oppløsning av alkalimetallklorid skal elektrolyseres, fremstilles diafragmaet hensiktsmessig av et fluorholdig polymert materiale, da slike materialer i alminnelighet er motstandsdyktige mot å nedbrytes av det klor og det alkalimetallhydroksyd som dannes under elektrolysen. Fortrinnsvis er det mikroporøse diafragma laget av polytetrafluor-etylen, skjønt andre materialer som kan anvendes, eksempelvis innbefatter tetrafluoretylen-heksafluorpropylen-kopolymerer, vinylidenfluorid-polymerer og -kopolymerer, og fluorerte etylen-propylen-kopolymerer.

Egnede mikroporøse diafragmaer er de som er beskrevet i eksempelvis britisk patent nr. 1503915, hvor det er beskrevet et mikroporøst diafragma av polytetrafluor-etylen med en mikro-struktur av knuter ("nodes") innbyrdes forbundet ved fibriller, og i britisk patent nr. 1081046, hvor det er beskrevet et mikroporøst diafragma fremstilt ved ekstraksjon av et partik-kelformig fyllstoff fra et ark av polytetrafluor-etylen. Andre egnede mikroporøse diafragmaer er beskrevet i litteraturen på området.

Når det skilleorgan som skal anvendes i cellen er en kat-ionebyttermembran, vil membranens natur også avhenge av arten av den elektrolytt som skal elektrolyseres i cellen. Membranen bør være motstandsdyktig mot å nedbrytes av elektrolytten og av elektrolyseproduktene, og når en vandig oppløsning av alkalimetall-klorid skal elektrolyseres, er membranen hensiktsmessig laget av et fluorholdig polymert materiale inneholdende kationebytter-grupper, f.eks. sulfonsyre-, karboksylsyre- eller fosfonsyre-grupper, eller derivater derav, eller en blanding av to eller flere slike grupper.

Egnede kationebyttermembraner er de som er beskrevet i eksempelvis britisk patent nr. 1184321, 1402920, 1406673, 1455070, 1497748, 1497749, 1518387 og 1531068.

I den elektrolysecelle i hvilken elektroden ifølge oppfinnelsen anvendes, er de enkelte anodekammere i cellen forsynt med midler for tilførsel av elektrolytt til kamrene, hensiktsmessig fra et felles reservoar, og med midler til å fjerne elektrolyseproduktene fra kamrene. På lignende måte er de enkelte katodekammere i cellen forsynt med midler til å fjerne elektrolyseproduktene fra kamrene og eventuelt med midler for tilførsel av vann eller annet fluidum til kamrene, hensiktsmessig fra et felles reservoar.

Når cellen eksempelvis skal anvendes ved elektrolyse av en vandig alkalimetallklorid-oppløsning-, er anodekamrene i cellen forsynt med midler for tilførsel av den vandige alkalimetallklorid-oppløsning til anodekamrene og med midler til å fjerne klor og eventuelt med midler til å fjerne brukt vandig alkalimetallklorid-oppløsning fra anodekamrene, og katodekamrene i cellen er forsynt med midler til å fjerne hydrogen og cellevæske inneholdende alkalimetallhydroksyd fra katodekamrene ,. og eventuelt, og om nødvendig, med midler for tilførsel av vann eller fortynnet alkalimetallhydroksyd-oppløsning■til katodekamrene.

Skjønt de midler som anvendes for tilførsel av elektrolytt og til å fjerne elektrolyseprodukter, kan være forsynt med separate ledninger til eller fra hvert av de respektive anodekamre og katodekamre i cellen, kan et sådant arrangement være unødvendig komplisert og besværlig, spesielt i en elektrolysecelle av filterpressetypen, som kan omfatte et stort antall slike kamre. En foretrukken type elektrolysecelle består av elektroder ifølge oppfinnelsen i form av anoder med en aktiv metallisk anode-del, elektroder ifølge oppfinnelsen i form av katoder med en aktiv metallisk katode-del, skilleorganer som eventuelt er montert på plater av elektrisk isolerende materiale, og eventuelt avstandsstykker eller pakninger av elektrisk isolerende materiale mellom anoden og nærmeste skilleorgan og mellom katoden og nærmeste skilleorgan, idet anodene, katodene, platene og avstandsstykkene eller pakningene, om de anvendes, har et antall åpninger som i cellen definerer separate kamre i cellens lengderetning, og gjennom hvilke elektrolytten kan tilføres cellen, eksempelvis til anodekamrene i cellen, og elektrolyseproduktene kan uttas fra cellen, eksempelvis fra anode- og katodekamrene i cellen. Kamrene i cellens lengderetning kan kommunisere med anodekamrene og katodekamrene i cellen via kanaler i elektrodene, eksempelvis i elektrodenes frontsider, eller gjennom kanaler i platene eller i avstandsstykkene eller pakningene, eksempelvis i avstandsstykkenes eller pakningenes frontsider.

Når elektrolysecellen omfatter hydraulisk gjennomtrenge-lige diafragmaer, kan det være to eller tre åpninger som definerer to eller tre kamre i cellens lengderetning, fra hvilke elektrolytt kan tilføres anodekamrene i cellen, og gjennom hvilké elektrolyseproduktene kan uttas fra anode- og katodekamrene i cellen.

Når elektrolysecellen omfatter kation-permselektive membraner, kan det være fire åpninger som definerer fire kamre i cellens lengderetning, fra hvilke elektrolytt og vann eller annet fluidum kan tilføres henholdsvis anode- og katodekamrene i cellen, og' gjennom hvilke elektrolyseproduktene kan uttas fra anode- og katodekamrene i cellen.

I elektrolysecellen bør kamrene i cellens lengderetning som er i kommunikasjon med anodekamrene i cellen, være elektrisk isolert fra de kamre i cellens lengderetning som er i kommunikasjon med katodekamrene i cellen.

Den elektriske isolering kan oppnås på forskjellige måter. F.eks. kan hver anode og katode i cellen være plassert i og understøttet av et rammeorgan av et elektrisk isolerende materiale, i hvilket de åpninger som i cellen danner en del av kamrene i cellens lengderetning, er definert ved åpninger i ramme-organet.

Om det ønskes, kan funksjonen til avstandsstykkene eller pakningene og understøttelsen for en anode eller katode ivaretas av et enkelt, hensiktsmessig utformet rammeorgan.

Alternativt kan anodene og katodene i elektrolysecellen delvis være av elektrisk isolerende materiale og delvis metallisk. De åpninger i elektroden som i cellen danner en del av kamrene i cellens lengderetning, kan være dannet i den metalliske del av anoden eller katoden og i en del av anoden eller katoden som er laget av et elektrisk isolerende materiale, slik at den ønskede elektriske isolering av de langsgående kamre oppnås.

Avstandsstykkene eller pakningene bør være laget av et elektrisk isolerende materiale. Det elektrisk isolerende materiale er hensiktsmessig motstandsdyktig mot væskene i cellen og er hensiktsmessig et fluorholdig polymert materiale, f.eks. polytetrafluor-etylen, polyvinylidenfluorid eller fluorert etylen-propylen-kopolymer. Et annet egnet materiale er en EPDM-gummi.

Oppfinnelsen er beskrevet i forbindelse med en elektrode egnet til bruk i en elektrolysecelle for elektrolyse av alkali-metalihalogenid-oppløsninger. Det vil imidlertid forstås at elektroden kan anvendes i elektrolyseceller i hvilke andre oppløsninger kan elektrolyseres, eller i andre typer av elek-trolytiske celler, f.eks. i brenselceller.

Oppfinnelsen skal nå beskrives under henvisning til teg-ningen, hvor

Fig. 1 er et endé-bppriss av en elektrode ifølge oppfinnelsen, Fig. 2 er et isometrisk riss av elektroden på Fig. 1 delvis skåret bort, Fig. 3 er et utspilt, isometrisk riss, delvis skåret bort, av en del av en elektrolysecelle med elektroder ifølge oppfinnelsen.

Fig. 4 viser, sett ovenfra, en del av elektrolysecellen på

Fig. 3 med cellen i ikke-utspilt form, og

Fig. 5 og 6 viser i oppriss pakninger, delvis skåret bort, inn-satt i de deler av elektrolysecellene som er vist på Fig. 3 og 4 .

Det vises til Fig. 1 og 2. Elektroden omfatter et plant bæreorgan 1 i form av en ramme som omgir et sentralt rom 2,

og i rammens sider et antall åpninger 3,4,5,6 anordnet parvis 3,4 og 5,6 nær motstående kanter av rammen. Når elektroden er montert i en elektrolysecelle, danner disse åpninger 3,4,5,6 kamre i cellens lengderetning gjennom hvilke elektrolytt og annet fluidum, eksempelvis vann, kan tilføres elektrolysecellen, og gjennom hvilke elektrolyseproduktene kan fjernes fra elektrolysecellen, som nærmere beskrevet nedenfor. Bæreorganet 1

er for en stor del av metall med unntagelse av at delen 7 av bæreorganet 1 er laget av et elektrisk isolerende materiale, eksempelvis polytetrafluoretylen, slik at åpningen 3 .isoleres elektrisk fra åpningen 4, og delen 8 av bæreorganet 1 er laget av et elektrisk isolerende materiale, eksempelvis poly-tetraf luoretylen , slik at åpningen 5 isoleres fra åpningen 6.

Et antall strimler 9 strekker seg over den sentrale åp-

ning 2 på den ene side av rammen, og et antall strimler 10

strekker seg over åpningen 2 på den andre siden av rammen. Strimlene på hver side av bæreorganet 1 er vertikalt anordnet,

med jevne mellomrom og parallelt med hverandre. Strimlene er forskjøvet slik at strimlene 10 på den ene side av bæreorganet 1 er plassert overfor et mellomrom mellom to nabostrimler 9

på den andre siden av bæreorganet 1. Forsidene av strimlene

9 er i et plan parallelt med og sideveis forskjøvet fra bæreorganets plan, og likeledes er forsidene av strimlene 10 i et plan parallelt med og sideveis forskjøvet fra bæreorganets plan.

Strimlene kan med sine ender være festet til rammen av bæreorganet 1 på hvilken som helst hensiktsmessig måte, f.eks.

ved sveising eller lodding. Alternativt kan strimlene være dannet ved at man lager et antall hovedsakelig parallelle spal-

ter i et plant bæreorgan 1 og forskyver en betydelig del av hver av de strimler som således tilveiebringes på bæreorganet, vekselvis først til en side og så til den annen side av bæreorganet.

Valget av metall for den metalliske del av elektroden vil avhenge av den tilsiktede anvendelse av elektroden, d.v.s. om elektroden skal anvendes som anode eller katode. Når elektro-

den skal anvendes som anode, f.eks. i en elektrolysecelle for elektrolyse av en vandig alkalimetallhalogenid-oppløsning, fremstilles den metalliske del av elektroden hensiktsmessig av titan. Når elektroden skal anvendes som katode i en elektrolysecelle for elektrolyse av en vandig alkalimetallhalogenid-oppløsnihg, fremstilles den metalliske del av elektroden hensiktsmessig av jern, eksempelvis bløtt stål.

Det vises nå til Fig. 3 og 4. Den del av elektrolysecellen

som er vist, omfatter en anode 11, som beskrevet i forbindelse med Fig. 1 og 2, og en katode 12. Katoden 12 er av lignende konstruksjon som anoden 11 for så vidt som den omfatter verti-

kalt anordnede strimler 13 på en side av katoden og vertikalt anordnede strimler 14 på den motsatte side av katoden, hvilke strekker seg over et sentralt rom i katoden med de samme dimensjoner som det sentrale rom 2 i anoden 11. Katoden omfatter også fire åpninger (15,16, do andre to er ikke vist) anordnet parvis nær motstående kanter av katoden og med de samme dimen-

sjoner og tilsvarende åpningene 3,4,5,6 i anoden 11 hva plassering angår. Katoden 12 avviker fra anoden 11 ved at delen 17, og en del (ikke vist) i katoden diagonalt overfor delen 17, er laget av et elektrisk isolerende materiale, eksempelvis polytetrafluoretylen.

Elektrolysecellen omfatter også pakninger 18,19 av et elektrisk isolerende materiale, f.eks. EPDM-gummi, og en kat-ionebyttermembran 20 plassert mellom pakningene 18,19. Membranen 20 har fire åpninger (21,22, de to andre er ikke vist) med tilsvarende plassering og de samme dimensjoner som åpningene 3,4,5,6 i anoden 11.

Pakningen 18 på Fig. 5 omfatter fire åpninger 23,24,25,26 og et sentralt rom 27 med de samme dimensjoner og med tilsvarende plassering som henholdsvis åpningene 3,4,5,6 og det sentrale rom 2 i anoden 11. Pakningen 18 har også en kanal 28 i pakningens vegg, hvorved det tilveiebringes kommunikasjon mellom åpningen 26 og det sentrale rom 27, og en kanal 29 i pakningens vegg, hvorved det tilveiebringes kommunikasjon mellom det sentrale rom 27 og åpningen 23.

Pakningen 19 på Fig. 6 omfatter fire åpninger, 30,31,32,33 og et sentralt rom 34 med de samme dimensjoner og med tilsvarende plassering som henholdsvis åpningene 3,4,5,6 og det sentrale rom 2 i anoden 11. Pakningen 19 har også en kanal 35 i pakningens vegg, hvorved det tilveiebringes kommunikasjon mellom det sentrale rom 34 og åpningen 32, og en kanal 36 i pakningens vegg, hvorved det tilveiebringes kommunikasjon mellom åpningen 31 og det sentrale rom 34.

Ved oppbyggingen av en elektrolysecelle blir et antall anoder, katoder, membraner og pakninger som vist på Fig. 3 og 4, montert sammen med egnede endeplater og tett sammenspent, f.eks. ved bolting, slik at lekkasje av fluider fra elektrolysecellen hindres, og anodene og katodene forbindes, f.eks. ved hjelp av egnede ledere, eksempelvis av kobber, til henholdsvis anode- og katode-samleskinner. I den sammenstillede elektrolysecelle er anodene og katodene anordnet vekselvis, idet en pakning-membran-pakning-anordning plasseres mellom hver anode og nabokatodene.

Kanalene i elektrolysecellens lengderetning som dannes av åpningene 3,4,5,6 i anodene 11, og av de tilsvarende åpninger i katodene 12, pakningene 18,19 og kationebytter-membranene 20 forbindes med midler (ikke vist) for tilførsel av elektrolytt og annet fluidum til elektrolysecellen, og med midler for uttak av elektrolyseproduktene fra cellen. Når eksempelvis en vandig oppløsning av natriumklorid skal elektrolyseres, forbindes de kanaler i cellens lengderetning hvorav åpningene 6 og 4 i anoden 11 danner en-del, med henholdsvis midler for tilførsel av natriumklorid-oppløsning og vann til cellen, og de kanaler i cellens lengderetning hvorav åpningene 5 og 3 danner en del, forbindes med midler til å fjerne fra cellen hen-, holdsvis vandig natriumhydroksyd-oppløsning og hydrogen, og utmagret (brukt) natriumklorid-oppløsning og klor.

Driften av elektrolysecellen skal nå -beskrives i forbindelse med elektrolyse av en vandig natriumklorid-oppløsning.

Vandig natriumklorid-oppløsning tilføres den kanal i cellens lengderetning hvorav åpning 6 i anoden 11 danner en del, og oppløsningen strømmer gjennom kanalen 28 i pakningen 18 inn i anodekamrene i cellen. (Anodekamrene dannes av rommet mellom nabomembraner anordnet på begge sider av en anode). Den utmagrede natriumklorid-oppløsning og klor som dannes under elektrolysen strømmer fra anodekamrene gjennom kanal 29 i pakningen 18 og inn i den kanal i cellens lengderetning hvorav åpningen 3 i anoden 11 danner en del, og deretter ut av cellen.

Vann tilføres den kanal i cellens lengderetning hvorav åpningen 4 i anoden 11 danner en del, og deretter gjennom kanalen 36 i pakningen 19 og inn i katodekamrene i cellen.

(Katodekamrene dannes av rommet mellom nabomembraner anordnet på begge sider av en katode). I katodekamrene reagerer natri-umioner som har vandret gjennom kationebytter-membranen 20 fra anodekamrene, med hydroksylioner dannet ved elektrolyse av

vann, og natriumhydroksyd-oppløsning og hydrogen som dannes strømmer fra katodekamrene gjennom kanalen 35 i pakningen 19 og inn i den kanal i cellens lengderetning hvorav åpningen 5 i anoden 11 danner en del, og derfra ut av cellen.

De følgende eksempler illustrerer oppfinnelsen.

EKSEMPEL 1

En elektrolysecelle som beskrevet ble sammenstillet omfattende et antall alternerende anoder og katoder. Hver anode var lage'; av titan, og anodens strimler hadde en lengde på 22,5 cm og en bredde på 0,5. cm, og avstanden mellom strimlene var 0,5 cm, og-strimlene på motstående forsider av anoden var skilt av et mellomrom på 0,8 cm. Strimlene ble belagt med et' elektrisk ledende, elektrokatalytisk aktivt belegg av en blanding av RuO,, og Ti02 (med et vektforhold mellom RuC>2 og TiCX, på 35:65). Alle katodene var av bløtt stål, og dimensjonene av strimlene på katodenes forsider.og dimensjonene av mellomrommene mellom strimlene var de samme som i anoden. Mellom hver anode og katode ble det anordnet en kationebytter-membran laget av en kopolymer av tetrafluoretylen og en per-fluorvinyleter inneholdende en karboksylsyregruppe. Membranens ionebytter-kapasitet var 1,32 milliekvivalenter pr. gram.

En vandig natriumklorid-oppløsning ble elektrolysert i cellen, idet natriumklorid-oppløsning med en konsentrasjon på 305 g/l og en pH på 9,0 ble tilført anodekamrene i cellen og vann ble tilført katodekamrene i cellen, og natriumklorid-opp-løsning med en konsentrasjon på 200 g/l og klor ble uttatt fra anodekamrene i cellen, og vandig natriumhydroksyd-oppløs-ning og hydrogen ble uttatt fra katodekamrene i cellen.

Elektrolyse ble utført ved en strømtetthet på 2 kA/m 2 og en spenning på 3,5 volt.

Det ble produsert en vandig natriumhydroksyd-oppløsning med en konsentrasjon på 35 vektprosent ved et strømutbytte på 94%.

EKSEMPEL 2

Fremgangsmåten i Eksempel 1 ble gjentatt med unntagelse av at den katode som ble anvendt var av rustfritt stål, og elektrolysen ble utført ved en strømtetthet på 3 kA/m 2.

Etter 16 dagers drift var spenningen 3,64 volt, strømut-byttet var 93%, og den vandige natriumhydroksyd-oppløsning som ble fremstilt, hadde en konsentrasjon på 34,7 vekt% og inneholdt 8 deler pr. million av klorid-ioner.

EKSEMPEL 3

Fremgangsmåten i Eksempel 1 ble gjentatt med unntagelse av at den katode som ble anvendt var av rustfritt stål, den membran som ble anvendt var en perfluor-polymer-membran inneholdende sulfonsyregrupper på don mot anoden vendende side av membranen og karboksylsyregrupper på den mot katoden vendende side av membranen, og elektrolysen ble utført ved en strømtetthet på 3 kA/m 2.

Etter 26 dagers drift var spenningen 3,70 volt, strøm-utbyttet var 9-2%, og den vandige natriumhydroksyd-oppløsning som ble produsert hadde en konsentrasjon på 32,3 vekt% og inneholdt 28 deler pr. million av klorid-ioner.

Claims (18)

1. Elektrode egnet til bruk i en elektrolysecelle av filterpressetypen og som omfatter et hovedsakelig plant bæreorgan (1) og, i det minste på én side av bæreorganet (1), et antall langstrakte organer (9, 10) som er hovedsakelig parallelle med hverandre og har sider som ligger i et plan hovedsakelig parallelt med bæreorganet (1), karakterisert ved at hvert av de langstrakte organer (9, 10) med sine ender er festet til bæreorganet (1) og ved at en betydelig del av de langstrakte organer (9, 10) ligger i et plan forskjøvet fra og hovedsakelig parallelt med bæreorganets (1) plan.

2. Elektrode ifølge krav 1, karakterisert ved at de langstrakte organer (9, 10) er i form av et antall strimler.

3. Elektrode ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at elektroden er bøyelig.

4. Elektrode ifølge ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at langstrakte organer (9, 10) er anordnet på begge sider av bæreorganet (1).

5. Elektrode ifølge ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at de langstrakte organer (9, 10) er vertikalt anordnet.

6. Elektrode ifølge krav 4 eller 5, karakterisert ved at de langstrakte organer (9, 10) er i form av strimler, og at en strimmel (9) på en side av bæreorganet (1) er anordnet overfor et mellomrom mellom to nabostrimler (10) på den andre siden av bæreorganet (1).

7. Elektrode ifølge ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at bæreorganet (1) er i form av en hovedsakelig plan ramme, og at en ende av hvert av de langstrakte organer (9, 10) er festet til rammen nær en av rammens kanter, og den andre ende av hvert av de langstrakte organer (9, 10) er festet til rammen nær en motstående kant av rammen.

8. Elektrode ifølge ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at de tversgående sider av de langstrakte organer (9, 10) er krummet.

9. Elektrode ifølge krav 8, karakterisert ved at de langstrakte organer (9, 10) er i form av strimler, og at de tversgående sider av strimlene som vender bort fra bæreorganet (1), er konvekse.

10. Elektrode ifølge ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at i det minste 80 % av lengden av de langstrakte organer (9, 10) ligger i et plan forskjøvet fra og hovedsakelig parallelt med bæreorganets (1) plan.

11. Elektrode ifølge ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at de langstrakte organers (9, 10) plan er forskjøvet fra bæreorganets (1) plan med en distanse i området 1-2 0 mm.

12. Elektrode ifølge ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at dimensjonen av elektroden i strømmens retning er i området 15-60 cm.

13. Elektrode ifølge ett eller flere av kravene 2-12, karakterisert ved at strimlenes (9, 10) sider har en bredde i området 2-10 mm.

14. Elektrode ifølge ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at avstanden mellom de enkelte langstrakte organer (9, 10) på en side av elektroden er i området 2-10 mm.

15. Elektrode ifølge ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at den er laget av et filmdannende metall eller legering derav, og ved at de langstrakte organer (9, 10) har et belegg av et elektrisk ledende, elektrokatalytisk aktivt materiale.

16. Elektrode ifølge ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at elektroden i sin side har et antall åpninger (3, 4, 5, 6) som når elektroden er montert i en elektrolysecelle, definerer kamre i cellens lengderetning gjennom hvilke elektrolytt kan tilføres cellen, og gjennom hvilke elektrolyseproduktene kan uttaes fra cellen.

17. Elektrode ifølge krav 16, karakterisert ved at elektroden for en del er dannet av et elektrisk isolerende materiale (7, 8), slik at de åpninger (4, 5) som i cellen danner kamre i cellens lengderetning som er i kommunikasjon med anodekamrene i cellen, er elektrisk isolert fra de åpninger (3, 6) som i cellen danner kamre i cellens lengderetning som er i kommunikasjon med katodekamrene i cellen.

18. Elektrode ifølge ett eller flere av kravene 1-15, karakterisert ved at elektroden er anordnet i en ramme av et elektrisk isolerende materiale, hvilken ramme i sin side har et antall åpninger som når elektroden er montert i^ en elektrolysecelle, definerer kamre i cellens lengderetning gjennom hvilke elektrolytt kan tilføres cellen, og gjennom hvilke elektrolyseproduktene kan uttas fra cellen.