184798. lajstromszámú szabadalom • Elektrolizáló cella halogenidek vizes oldatának elektrolízisére
1 184 798 2 mos érintkezést kapunk még nagyfelületű elektródokkal rendelkező cellákban is, ahol az elektródok sík felülettől való eltérése legfeljebb 2 mm/m. Az alkalmazott huzal átmérőjét előnyösen 0,1 és 0,7 mm között választjuk meg, míg az összenyomatlan hurkolt szövet vastagsága, vagy a tekercsek átmérője és/vagy amplitúdója a huzal átmérőjének ötszöröse vagy még ennél is több, de előnyösen 4—20 mm értékek között van. Ilyen módon nyilvánvaló, hogy az összenyomható rész nagy szabad felülettel rendelkezik, azaz a huzal által elfoglalt terület aránya lehetővé teszi, hogy gáz és elektrolit a pórusokon átáramoljon. A fent leírt hurkolt szövetanyag, amely a fent vázolt összenyomható huzal tekercseket tartalmazza, körülbelül 75 százalék szabad térfogattal rendelkezik. Ezt az értéket a szövet teljes térfogatára nézve vonatkoztatjuk. A szabad térfogat igen ritka esetben kisebb 25 százaléknál, előnyösen azonban 50 százaléknál nem kevesebb, mivel a hurkolt szöveten áthatoló gáz vagy elektrolit nyomásesése elhanyagolható. Ha nem kívánatos membránhoz kötött különleges elektród vagy más hasonló porózus elektród réteg, akkor a rugalmas hurkolt szövet közvetlenül érintkezhet a membránnal és az elektród szerepét töltheti be. Ahogy ezt meglepő módon tapasztaltuk, lényegében elhanyagolható cellafeszültség veszteséget tapasztalunk a kötött porózus elektródréteg alkalmazásához képest abban az esetben, ha kellő számú rugalmas érintkezési pont van az elektród felülete és a membrán között. Az érintkezési pontok sűrűsége legalább 30 a membrán felület négyzetcentiméterére vonatkoztatva, előnyösebb azonban körülbelül négyzetcentiméterenként 50 érintkezési pontot kialakítani. Ennek következtében egy-egy érintkező érintkezési felülete olyan kicsi, amennyire ez csak lehetséges és a teljes érintkezési felület viszonya az érintkeztetett membrán felületére vonatkozólag kisebb, mint 0,6, előnyösebben azonban kisebb mint 0,4. A gyakorlatban azt tapasztaltuk, hogy előnyös olyan hajlékony fémszitát alkalmazni, amelynek hurokszáma legalább 10, előnyösen azonban 20, szokásosan azonban 20 és 200, vagy hasonló karakterisztikájú finom hálót vagy feszített fémet a rugalmasan összenyomott hurkolt szerkezet és a membrán közé. A hurkok száma a huzal meneteinek számát jelenti hosszúságegységre vonatkoztatva. Azt tapasztaltuk, hogy ilyen feltételek mellett,azaz az elektródszita és a membrán felülete közötti igen kicsi és sűrű érintkezési pontok alkalmazásával a reakció nagy része az elektród és a membránban lévő ioncserélő csoportok között zajlik le. Az ionvezetés a membránon át zajlik le, és az elektróddal érintkező folyékony elektrolitban alig vagy egyáltalában nem tapasztalható. Például tiszta vagy kétszer desztillált, azaz 2 000 000 ohm cm ellenállású víz elektrolízisekor a cellában jó hatásfokú villamos vezetés jön létre, meglepően kis ceUafeszültség mellett is. Ezen túlmenően, alkálifémsó elektrolízisénél hasonló cella alkalmazása esetén a cella feszültsége nem változott észrevehető módon, amint a cellát a vízszintes helyzetből a függőleges helyzetbe állítottuk, ami azt jelenti, hogy a cella feszültségének esése a buborékhatás szempontjából elhanyagolható. Ez a jelenség összhangban van azzal, amit un. „szilárd” elektrolitú cellában tapasztalunk, amely cella membránhoz kötött elektródot tartalmaz, szemben a hagyományos diafragmás cellákkal, amelyekben diafragmával (membránnal) érintkező vagy attól kis távolságban lévő durván pórusos elektródok vannak, ezeknél a buborékhatás jelentős mértékben befolyásolja a cella feszültséget, amely hagyományosan kisebb, ha ezek a durván perforált elektródok vízszintes helyzetben vannak az elektrolit alatt, míg a feszültség maximális,ha az elektródok függőleges helyzetűek, minthogy a fejlődő gáz eltávozása nehezebb és minthogy a gázbuborékok az elektród magassági mérete irányában gyűlnek össze. Véleményünk szerint ez a váratlan hatás annak következtében jön létre, hogy a cella szilárd elektrolitú cellaként viselkedik, minthogy az ionvezetés nagyobb része a membránon át megy végbe, és minthogy a finom hálós elektródréteg és a membrán közötti rugalmasan kialakított rendkívül kis egyedi érintkező pontok könnyen áteresztik azt a gázt, amely az érintkezési ponton képződik, és a gáz távoztával újra azonnal létrejön az érintkezés. A rugalmasan összenyomott burkolt elektródszövet egyenletes érintkező nyomást biztosít, és lényegében teljes fedettséget biztosít, igen sűrű, apró kis érintkezési pontokat hoz létre az elektród felülete és a membrán között, ami igen hatásos, gáz elűző rugó, és az elektród felülete, valamint a cella elektrolitjaként működő és a membrán felületén lévő funkcionáló ioncserélő csoport között lényegében állandó érintkezést tart fönn. A cella mindkét elektródja kialakítható rugalmasan összenyomható hurkolt szövetből, amely rácsszerű szerkezet, ahol az érintkezők száma legalább 30 db/cm2, a szövet anyagát az anolit és a katolit nem korrodeálhatja, előnyösen csak az egyik cella elektródját készítjük finom hurkolt hálóhoz kapcsolódó rugalmasan összenyomható hurkolt szövetből, amíg a cella másik eletródja lényegében merev perforált struktúrájú, amelynek ugyancsak finom szövetű hálóból készült rácsa van, amely a durva, merev struktúra és a membrán között helyezkedik el. A találmány példakénti kiviteli alakját és jellemzőit rajz alapján ismertetjük részletesebben. A rajzok;az 1. ábra fénykép alapján szemlélteti a rugalmasan összenyomható hurkolt szerkezetet, amelyet a találmány szerint alkalmazunk, a 2. ábra a találmány szerinti rugalmasan összenyomható hurkolt szerkezetnek egy további kiviteli alakját szemlélteti, a 3. ábra a találmány szerinti rugalmasan összenyomható hurkolt szerkezet egy másik kiviteli alakját szemlélteti, a 4. ábra a találmány szerint kialakított szétszedett szilárd elektrolitú cella vízmentes metszetét szemlélteti, amely összenyomható elektród-rendszerrel rendelkezik és amelyben az összenyomható részt tekercselt spirál huzalok alkotják, az 5. ábra a 4. ábra szerinti összeállított cella vízszintes metszetét szemlélteti; a 6. ábra a 4. ábra szerinti cellából kialakított áramvezető kollektor további kiviteli alakját szemlélteti perspektivikus nézetben, a 7. ábra a 4. ábra szerinti cellából kialakított áramvezető kollektor egy másik kiviteli alakjának perspektivikus nézete; a 8. ábra a találmány szerinti elektrolizáló cella további előnyös kiviteli alakját szétszedve szemlélteti metszet alapján, a 9. ábra a 8. ábra szerint összeállított cellának vízszintes metszete, a 10. ábra a találmány szerinti cella további kiviteli alakját szemlélteti vízszintes metszetben, a 5 '0 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 7
