專利名稱：用于電解池的電極的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于從含水堿性卣化物溶液產生像氯氣之類氣 體電化學過程的電極，呈組裝狀態的電極是與離子交換隔膜平行而且 相對放置的，并且由許多臥式薄層元件組成。構成一些薄層元件并且 三維成形，其部分表面直接與隔膜接觸，而且一些薄層元件裝有凹槽 和孔眼，其中大多數孔眼設置在凹槽內而像這樣的孔眼的全部表面面 積或者其部分表面面積是設置在凹槽內或在其內延伸。優選的是孔眼 設置在有關薄層元件與隔膜的接觸面積內。
背景技術：
在技術上大家知道在一些電解設備中要應用的產生氣體的一些
電化學過程和相應的一些電極；例如在DE19816334中/>開一些像這 樣的電極。以上的專利描述一種用于從含水堿性離化物溶液產生鹵素 氣體的電解池。當電解中的產物氣體負面影響在隔膜/電極表面中的流 動特性時，DE19816334建議安裝一些向水平面傾斜的專用百葉窗類 型元件。在這種方法中因為聚集在一些專用薄層元件下面的氣泡通過 開口向上流動所以在電解池內形成橫向流動。
然而DE19816334沒有提出如何克服一定量的氣被捕集在百葉窗 型元件下面以致相當大比率的隔膜表面面積被堵塞的問題。在堵塞區 域內流體環流受阻，所以氣體產生不會發生在該區域內。此外，氣體 滯流減低局部隔膜導電性，導致在剩余區域內的電流密度上的一個增 量，而這又導致增大了電解池電壓和增加了能量耗費。
為了消除阻塞影響，EP0095039公開裝有橫向凹槽的薄層元件。 然而在DE4415146中指出上述凹槽不能勝任防止阻塞。因此， DE4415146公開裝有向下放置的孔口或開口的薄層元件以便增強氣體 釋放流動o
然而，這種方法不能解決在相應接觸區域內捕集的殘留氣體部分 而阻礙電解液流動的問題。

發明內容
所以本發明的其中一個目的在于提供一種克服上述不足之處、防 止阻塞現象或者使阻塞現象減至最低程度的電極。
用根據附加權利要求l的一種電極來達到通過以下描述將會清楚 的本發明這個目的和本發明其他一些目的。供用于產生氣體電化學過 程的電解池用的這種根據本發明電極是在安裝狀態中與離子交換隔膜 平行而且對向排列的并且由許多所配置的而且三維成形的臥式薄片元 件組成。
薄層元件的部分表面是直接與隔膜接觸，而且上述元件裝有至少 一個凹槽，凹槽延伸到直接與隔膜接觸的薄層元件表面部分內，上述 至少一個凹槽其本身又裝有至少一個孔眼。優選的是，薄層元件裝有 許多凹槽和許多孔眼，孔眼的主要部分設置在凹槽內，因此至少部分 孔眼表面位于凹槽內或者延伸到凹槽內。
在一個特別優選的實施例中， 一些孔眼配置在各個薄層元件與隔 膜的接觸面積內。更優選的是，裝有孔眼的凹槽配置在面向隔膜的側 面上，而且對流動沒有阻礙。當電流占用電阻最小的通路時，電極具 有主要的優點在于一方面通過凹槽給承受最高電流密度的區域、即接 觸面積、提供用于流體中的向下氣流的理想出口，而另一方面更大量 產物氣體向上經由凹槽或經由孔眼輸送到電極背側面。
此外，發現把孔眼安置在凹槽內是一個理想的解決辦法，因為能 夠在接觸面積內形成最小的隔膜-電極間隙所以在流體供應部分或者 完全阻塞的情況下孔眼沒有被與隔膜的重疊而堵塞。
因為孔眼的完整內表面面積基于緊靠著隔膜而起一個活性電極 表面作用，所以確定像這樣的孔眼位置是最佳的也是可以實現的。如 果選擇直徑小于薄片厚度的孔眼，那么實際上所有孔眼有助于擴大總
活性電極表面。
在一個本發明的特別優選的實施例中，二個或更多個孔眼配置在 與隔膜接觸面積內的凹槽中。
在一個本發明特定的實施例中，把薄層元件取成像由通過弓形過 渡區域連接的二個側面組成的鐮刀一樣形狀。弓形部分指向隔膜而二
個側面都向隔膜傾斜成10度角。
在一個本發明的優選實施例中，使一些單獨薄層元件形狀從一開
始稍凸的部分取成為扁平c外形，在安裝狀態中扁平c外形與隔膜平
行。在安裝時，二個或更多個側面部分向隔膜傾斜成至少10度。把一
個或若干個具有任何外形的過渡區段配置在稍微凸的部分和側面部分 之間。有利的是， 一些過渡面積形成圓拱邊緣。
薄層元件的表面面積，根據本發明其特征在于為在接觸表面面積
和自由活性表面面積之間比率的參數FV1，根據公式 FV1= (F2+F3) / (Fl+F4+F5)
式中
Fl是在F2部分中的凹槽表面面積，
F2是與隔膜接觸的細長條類型面積，
F3是從細長條類型接觸面積到凹槽壁的過渡面積，
F4是孔眼壁的表面面積，和
F5是在F2部分中的凹槽壁的表面面積。
在一個本發明的優選實施例中，FV1是小于0.5，更優選的是小 于0.15。在一些孔眼的區域中薄片厚度是大于一些孔眼的液力直徑的 30%。液力直徑定義為四倍表面面積和自由流動橫截面之間的比率， 這在圓形孔眼的情況中相當于幾何學上的直徑。在一個特別優選的實 施例中，在凹槽區域中的薄片厚度不超過上述液力直徑的50%。
根據本發明，電極中的一些孔眼可以具有任何類型的形狀，例如 有優勢的是它們能夠取成為具有寬度小于1.5mm的細長方形孔的形 狀。
本發明電極的一個優選實施例規定限制凹槽深度以便在保持流
體阻力不太高時以更適合于反應的活性電極表面方式獲得凹槽壁和基
底，上述深度為小于lmm或者更優選的是小于0.5mm，或者再更優 選的是不高于0.3mm。
此外，在一個優選實施例中，設定在總接觸表面面積和沒有進入 與隔膜接觸的總表面面積之間的比率FV2小于1，或者更優選的是小 于0.5而再更優選的是小于0.2。 FV2定義為下列式子
FV2=F6 ( Fl+F2 ) 式中Fl和V2是以上定義的數值，代表預定接觸表面面積，而F6代 表直接面向隔膜的薄層元件的側面表面面積，上述側面表面離開隔膜 傾斜而且不進入與隔膜接觸。
在另一方面中，本發明針對用于從含水堿性離化物溶液產生卣素 氣體的電解過程，通過本發明的電極或者通過使用像這樣一些電極的 電解池來實施上述過程。
在一個優選實施例中，用于卣素氣體生產的上述電解過程使用一 些所設計的壓力過濾器單電解池類型、裝入本發明電極作為必不可少 零件的電解池。


在下文中借助于附圖描述本發明，附圖是當作實施例提供的而且 將不打算把附圖作為一種本發明范圍的限制，其中圖la是本發明電極 的透視圖，圖lb是其細部圖，圖2a和2b詳細表示薄層元件，圖3 表示具有扁平C型外形的薄層元件，圖4是圖3中的薄層元件的側視 圖。
具體實施例方式
圖l表示本發明電極的透視圖，電極表示為其間裝有凹槽2和細 長條類型表面3的三個平行薄層元件1。在這個特定實施例中，每隔 一個凹槽2安置一個從正面、相當于可看得到的表面、到背面穿過薄 層元件1的孔眼4。
如圖lb詳細所示，由兩個側面元件、由弧形過渡區域或肘角7 連接的上側面5和下側面6、組成薄層元件1。把孔眼4精確地設置在 過渡區域7內，在安裝電極時把孔眼安置在與隔膜9接觸區域8的中 心內。在本實施例中，接觸面積8幾乎與過渡區域7重合，由表面面 積Fl到F3形成接觸面積8，其中F2代表與隔膜的細長條類型接觸 面積，Fl代表在F2部分中的凹槽表面面積，和F3代表從細長條類 型接觸表面到凹槽壁的過渡面積。
在和同一實施例有關的圖2a橫截面圖中，隔膜9在凹槽壁10上 面沿著薄層元件1的輪廓線而行。彎曲角度12確定隔膜9到薄層元件 1的間隙面積的位置和寬度而間隙面積位于接觸面積8和沒有與隔膜 接觸的面積11之間。在以上的實施例中以成橢圓形地延伸的孔眼圓周 的小半徑在隔膜9到薄層元件1的上述間隙面積內結束的這樣方式選 擇彎曲角度12。這種方案具有主要優點在于擴大的容積可以適用于復 雜的氣體釋放和流體輸送到窄凹槽區域內。借助于虛線圓團辨認從薄 層元件卸下隔膜9的過渡面積7。
圖2b描繪同一個在安裝時在運作期間的薄層元件1。反電極13 面向隔膜9的相對側面而二個電極都被卣水或氫氧化物(未表示出) 和被氣泡14淹沒。此外，圖2b表示用于氯堿生產的組件，其中陽極， 在這樣情況下是薄層元件1直接與隔膜接觸、這個陰極的表面，在這 樣情況下是反電極13的陽極。如圖2b舉例說明的那樣，因為起陰極 電解液作用的氫氧化物具有比較優良的導電性所以在隔膜9和陰極13 之間保持間隙。在本實施例中反電極13是用網眼鋼板的網狀物制作
圖3表示扁平C類型外形的薄層元件1。凹槽2是足夠寬的以致 孔眼4 一點也沒有使凹槽壁10強度降低。細長條型表面3的寬度大約 僅僅是凹槽2寬度的1/3。更進一步，倒弓形側面5和6是非常短的而 包括表面面積Fl到F3的接觸面積要大許多倍。以上所定義的表面面 積比率FV2比在用圖說明的實施例的情況中小0.2。本實施例的主要 優點在于與隔膜平行的活性面積配置在二個過渡面積之間以確保一個
用于電化學反應的理想條件。通過孔眼4給凹槽2供之以被上浮氣泡 拖著的氫氧化物或面水。
圖4表示上述實施例。如圖4所示，用下側面6阻止上浮氣泡來 保護不面向隔膜9的薄層元件部分，以便帶走在孔眼4內形成的氣泡 而且能夠把氫氧化物或卣水拖入凹槽2內。借助于虛線圓團來辨認隔 膜9與薄層元件分離的過渡面積7。
對于在相應的凹槽中的2mm孔眼直徑和lmm厚度薄片來說， 本發明的鐮刀外形薄層元件提供每個孔眼大約3.14mm2擴大的活性電 極表面面積。因此，在裝備本發明電極的標準電解池的情況下，通過 105000個單獨孔眼來獲得0.11m"活性表面面積增量。在一種實施電解 池中測量特征在于鐮刀型外形、根據本發明2.71112電極的電解池電壓。 與相同外部尺寸的現有技術電極相比，在6KA/m2電流密度時檢測出 大于50mV的相當大的電壓降。
權利要求
1.一種電極，用于在裝備離子交換隔膜的電解池中產生氣體電化學處理，包括許多具有與離子交換隔膜直接接觸表面部分、臥式三維成形的薄層元件，其特征在于薄層元件裝有至少一個延伸到與隔膜直接接觸的表面部分內的凹槽，上述至少一個凹槽裝有至少一個孔眼。
2. 根據權利要求1的電極，其特征在于至少一個孔眼設置在直 接與離子交換隔膜接觸的上述表面部分內。
3. 根據權利要求1或2的電極，其特征在于上述凹槽配置在面 向離子交換隔膜的電極側面上而對流動沒有障礙。
4. 根據前述權利要求中的任何一個權利要求的電極，其特征在 于至少一種孔眼是許多的孔眼。
5. 根據前述權利要求中的任何一個權利要求的電極，其特征在 于單獨薄層元件具有鐮刀形狀，包括由過渡面積連接的兩個側面元件， 上述過渡面積朝著隔膜方向彎成弓形而上述側面元件相對隔膜傾斜至 少10度。
6. 根據權利要求1至4中任一個權利要求的電極，其特征在于 單獨薄層元件具有由一開始稍微凸的部分形成的扁平C外形形狀而且 包括至少一個相對隔膜傾斜至少10度的側面元件和至少一個配置在 上述稍微凸出部分和上述至少一個元件之間的過渡面積。
7. 根據權利要求5或6的電極，其特征在于接觸表面對自由活 性電極表面比率(F2+F3) / (Fl+F4+F5)小于0.5，式中，Fl是在F2部分中的凹槽表面面積，F2是與隔膜接觸的細長條類型面積，F3是從細長條類型接觸面積到凹槽壁的過渡面積，F4是孔眼壁的表面面積，和F5是在F2部分中的凹槽壁的表面面積。
8. 根據權利要求7的電極，其特征在于上述接觸表面對自由活 性電極表面比率小于0,15。
9. 根據權利要求7或8的電極，其特征在于在相應的孔眼中凹 槽厚度大于孔眼液壓直徑的40%。
10. 根據權利要求7的電極，其特征在于凹槽深度小于lmm。
11. 根據權利要求10的電極，其特征在于凹槽深度不大于 0.3mm。
12. 根據權利要求1至11中的一個權利要求的電極，其特征在 于比率F6/(Fl+F2)小于1，式中Fl是在F2部分中的凹槽表面面積，F2是與隔膜接觸的細長條類型面積，F6是直接面向隔膜的薄層元件側面表面面積。
13. 根據權利要求12的電極，其特征在于上述比率F6/(F1+F2) 小于0.2。
14. 一種電解池，可選擇用于從含水堿性卣化物溶液產生卣素氣 體的單池結構類型或壓力過濾器結構類型，其特征在于包括至少一個 在前述權利要求中的任何一個權利要求的電極。
15. —種用于產生g素氣體的電解處理，其特征在于給權利要求 14的電解池供之以含水堿性卣化物溶液和在于應用電解池的一個外 部電路。
全文摘要
本發明涉及一種用于產生氣體的電化學過程的電極，呈組裝狀態的電極是與離子交換隔膜平行而且相對放置的，并且由許多臥式薄層元件組成，構成一些臥式薄層元件并且是三維成形的而且只用一個表面與隔膜接觸，其中薄層元件具凹槽和孔眼，大部分孔眼設置在凹槽內或者延伸到凹槽內。在像這樣的方法中，理想的是孔眼設置在各自的薄層元件與隔膜的接觸面積內。
文檔編號C25B1/26GK101107387SQ200680003105
公開日2008年1月16日 申請日期2006年2月10日 優先權日2005年2月11日
發明者蘭道夫·基弗, 卡爾·海因茨·杜勒, 彼得·沃爾特林, 羅蘭·貝克曼 申請人:烏德諾拉股份公司