184798. lajstromszámú szabadalom • Elektrolizáló cella halogenidek vizes oldatának elektrolízisére
1 184 798 2 11. ábra a 10. ábra szerinti cella függőleges keresztmetszetének vázlatos képe, a 12. ábra a találmány szerinti kialakított cellában áramoltatott elektrolit keringési rendszerét szemlélteti vázlatosan, a 13. ábra at elektród és a diafragmára gyakorolt növekvő nyomás függvényében elérhető feszültségcsökkenést mutatjuk be. Az 1. ábrán látható összenyomható elektród vagy annak egy része egy sor összefűzött spirálból áll, amely 0,6 mm (vagy kisebb) átmérőjű nikkelhuzalból készül. Az egymással szomszédos tekercsek egymáshoz csatlakoznak és egy-egy tekercs átmérője 15 mm. A 2. ábrán látható kiviteli alak szerkezete lényegében kettős spirálokat tartalmaz, amelyeknek lapított vagy elliptikus részük 0$ mm átmérőjű nikkelhuzalból áll. Az egymás mellett lévő tekercsek egymásba vannak tekercselve . A tekercsek sugarának mérete 8 mm. A 3. ábrán látható kiviteli alak olyan struktúrát szemléltet, amelyet 0,15 mm átmérőjű nikkelhuzalból állítottunk elő oly módon, hogy egy felhasított hurkolt szövetet hoztunk létre, ahol a hurkolt szövetanyag hurkának magassága 5 mm és a csúcsok közötti hullámok távolsága ugyancsak 5 mm. Az összekapcsolás egymással összekötött oldalak útján megy végbe, amelyek halszálkacsont mintához hasonlóak, ahogy eza 3. ábrán látszik. A 4. ábrán egy ,szilárd” elektrolitú cellát szemléltetünk, amely különösen alkalmas nátrium-klorid-oldat elektrolizálására. A szerkezet áramvezető kollektora a talámány szerint van kialakítva. Ez lényegében egy függőleges 3 anód-véglapot tartalmaz, amely olyan lezáró 4 felületet tartalmaz, amely a teljes felület mentén helyezkedik el, hogy ezáltal az 5 membrán kerületi éleinek érintkezését zárja, amely 5 membrán egy betéttel rendelkezik. Ha szükséges, folyadékzáró szigetelő lezárással látható el, de ezt az ábrán nem mutatjuk. A 3 an ód-véglap egy központi 6 kimélyített résszel rendelkezik, amelynek felülete az 5 membrán felületéhez kötött 7 anód területének felel meg. A 3 anód-véglap acélból készült és oldala, amely az anolittal érintkezik, titán vagy más passziválható anyagból lehet bevonva, vagy pedig készíthető grafitból vagy grafit és kémiailag ellenálló gyanta-kötőanyag keverékéből. Az anód-kollektor előnyösen titánból, niobiumból vagy más fémből készült szítából, vagy egy 8 feszített lemezből áll, amely nem passziválható és amely az elektrolizálás szempontjából ellenálló képességű. Ilyenek például a nemesfémek és/vagy a platina-csoporthoz tartozó fémek oxidjai és oxidjainak keverékei. A szita vagy a 8 feszített lemez hegesztéssel vagy más, egyszerű ismert módon van a bordákon vagy a titánból vagy más szelephatású fémből készült, a cella véglapjának kimélyített 6 helyéhez hegesztett 9 kiemelkedéseken rögzítve oly módon, hogy a szita síkja párhuzamos és célszerűen egy síkba esik a véglap lezáró 4 felületének síkjával. A függőleges katód 10 véglap belső oldala a kerület 12 lezáró felületéhez képest központi 11 kimélyített résszel rendelkezik. Az említett 11 kimélyített rész lényegében sík, azaz bordamentes és párhuzamos a lezárósík-felülettel. A katód 10 véglap kimélyített részén összenyomható rugalmas, találmány szerinti áramvezető 13 kollektor helyezkedik el, amely előnyösen nikkel ötvözetből ál. A nem összenyomott rugámas 13 kollektor vastagsági mérete 10-60 százalékká nagyobb, mint a kimélyített központi 11 kimélyített rész mélysége. A cella összeszerelése folyamán a 13 kollektort eredeti vastagsági méretének 10-60 százalékára nyomjuk össze, miátá rugámas nyomóerőket hozunk benne létre. Ez az erő, amely a kiáakítandó felületre hat, előnyösen 80—600 gjcin2 nagyságú. A katód 10 véglap acélból vagy más,a marólúgnak és a hidrogénnek ellenálló anyagból készül. Az 5 membrán előnyösen folyadékzáró és kation szelektív ioncserélő membrán, amely például 0,3 mm vastag tetrafluoretilén és perfluorszulfoniloxiviniléter kopolimer vékonyréteg, amelynek ioncserélő csoportja szulfonsav. Az említett vastagsági méret miatt a membrán viszonylag hajlékony behajlásra hajlamos, lassú alakvátozásra képes vagy más módon meghajlik, hacsak nincs áátámasztva. flyen membránokat például az E.I. du Pont gyárt különböző kivitelben „Nafion” védjegy áatt. A membrán anód oldáa a 7 anódhoz van rögzítve. Ez 20—150 jum vastagságú villamos vezetőképességű és elektrokatalitikus anyagból készült porózus rétegből ál, amely előnyösen a platina-csoporthoz tartozó fémek legáább egyikének oxidjából, illetve oxidjából áll. A membrán katód oldáa 20-150 mikrométer vastag porózus rétegű villamos vezetőképességű részecskékből áló 14 katódhoz van kötve, amelyen kicsi a kis hidrogén túlfeszültség. Ez előnyösen grafit és platina korom keveréke, és súlyarányuk 1:1 — 5:1 közötti érték. Az ákámazott kötőanyag, amely az említett részecskéket a membrán felületéhez köti, előnyösen politetrafluoretilén. Az elektródákat politetrafluoretilén és villamos vezetőképességű katalitikus anyagrészecskéknek keverékéből áakítjuk ki szinterezés útján és ily módon hozzuk létre a porózus vékony rétegben azt a keveréket, amely megfelelő hőkezeléssel a kötést biztosítja. Az elektródréteg és a membrán szendvicsszerű összekötésével hozzuk létre az egységet, majd az így kapott szerelvényt összesajtoljuk, miátá az elektródrészecskéket a membránba ágyazzuk. Szokásosan a membránt vizes elektrolitban, például sóoldatban, savban vagy ákáli fém-hidroxid oldatban forráássá hidráják, minek következtében nagymértékben megnő a víztartáma, ami azt jelenti, hogy jelentős százáékban, 10—20 százalékban vagy még ennél is több súlyszázáékban vizet tartámaz, amely hidrát alakban vagy egyszerűen abszorbeát állapotban van jelen. Ebben az esetben gondot kell fordítani arra, hogy a rétegezési eljárás során vízveszteség ne történjen. Mivel ez a rétegezési eljárás részben hőkezelést, másrészt pedig nyomást jelent, a víz elpárolog és ezt a jelenséget minimális értékűvé kell tenni az áábbi intézkedések legalább egyikével: 1. A rétegezett szerkezetet vízzáó borításba kell helyezni, azaz például a préselést fémfóliák között kell végezni vagy a peremeket tömíteni kell, hogy ezátá a víz a rétegek közötti térben megmaradjon. 2. A formázó mintát különleges módon kell megtervezni, hogy az lehetővé tegye a víznek a rétegekbe váó gyors visszajutását. 3. A préselést gőzatmoszférában lehet elvégezni. A membrán felületéhez kötött elektródáknak olyan részszel kell rendelkezniük, hogy lényegében a két véglap központi kimélyített 6 és 11 részeinek feleljen meg. Az 5. ábra a 4. ábra szerinti cellát összeszerelt állapotban ábrázolja. Mindkét ábrán az azonos részeket azonos 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 8
