NO813552L

NO813552L - POWER DISTRIBUTION ELECTRICAL CELL WITH PERMION MEMBRANE

Info

Publication number: NO813552L
Application number: NO813552A
Authority: NO
Inventors: Donald Wayne Dubois; Preston Samuel White; Arthur Charles Ellsworth
Original assignee: Ppg Industries Inc
Priority date: 1980-11-17
Filing date: 1981-10-21
Publication date: 1982-05-18
Also published as: KR890000626B1; DE3145324C2; ES506560A0; AU529875B2; AU7637681A; ES506561A0; BE891133A; ES8206666A1; KR830007880A; SE8105932L; GB2087433B; FR2494305B1; NL8104559A; IT1144932B; FR2494305A1; DE3145324A1; ES8300145A1; SE443582B; GB2087433A; JPS57114674A

Description

Elektrolysecelle med permionisk membran, deriblant elektrolyseceller med nullgap-permionisk membran har en kation-selektiv permionisk membran. Den kation-selektive perioniske membran skiller anolyttkammeret som inneholder en anode, fra katolyttkammeret som omfatter en katode. I en elektrolysecelle med nullgap-permionisk membran står den anodiske elektrokatalysator og den katodiske elektrokatalysator i kontakt med den permioniske membranens respektive sider. I en elektrolysecelle med fast polymerelektrolytt er anode-elektrokatalysatoren og katode-elektrokatalysatoren forbundet med og innleiret i den permioniske membran. Electrolysis cell with permionic membrane, including electrolysis cells with zero-gap permionic membrane have a cation-selective permionic membrane. The cation-selective perionic membrane separates the anolyte chamber containing an anode from the catholyte chamber containing a cathode. In an electrolysis cell with a zero-gap permionic membrane, the anodic electrocatalyst and the cathodic electrocatalyst are in contact with the respective sides of the permionic membrane. In an electrolysis cell with a solid polymer electrolyte, the anode electrocatalyst and the cathode electrocatalyst are connected to and embedded in the permionic membrane.

Elektrolysecellen med nullgap-permionisk membranThe zero-gap permionic membrane electrolysis cell

gir fordelen med hurtig fjerning av elektrokatalysatoren.provides the advantage of rapid removal of the electrocatalyst.

Dvs. at anode- og katode-elektrokatalysatoren kan fjernesThat is that the anode and cathode electrocatalyst can be removed

fra kontakt med den permioniske membran uten at membranen ødelegges eller nedbrytes. En annen fordel ved elektrolyseceller med nullgap-permionisk membran i forhold til elektrolyseceller med fast polymerelektrolytt er den høyere strøm-effekt. Imidlertid oppnås den høyere strømeffekt på bekost-ning av høyere cellespenning. from contact with the permionic membrane without the membrane being destroyed or degraded. Another advantage of electrolysis cells with a zero-gap permionic membrane compared to electrolysis cells with a solid polymer electrolyte is the higher current output. However, the higher current output is achieved at the expense of a higher cell voltage.

I henhold til foreliggende oppfinnelse har man nå funnet at spenningen i elektrolyseceller med nullgap-permionisk membran kan reduseres hvis det på og i katodeoverflaten hos den permioniske membran finnes egnede strømfordel-ingsanordninger som øker den elektroniske ledning langs den permioniske membranens katodiske overflate. Således vil katoden stå i kontakt med den permioniske membran idet membranens katodiske overflate er forsynt med strømfordelende materiale, dvs. elektrisk ledende og i det vesentlige ikke-katalytisk materiale fordelt på den permioniske membranens katodeoverflate. Det ikke-katalytiske materiale kan være forbundet med og innleiret i permionemembranens katodeoverflate. According to the present invention, it has now been found that the voltage in electrolysis cells with a zero-gap permionic membrane can be reduced if there are suitable current distribution devices on and in the cathode surface of the permionic membrane which increase the electronic conduction along the cathodic surface of the permionic membrane. Thus, the cathode will be in contact with the permionic membrane as the membrane's cathodic surface is provided with current-distributing material, i.e. electrically conductive and essentially non-catalytic material distributed on the permionic membrane's cathode surface. The non-catalytic material may be connected to and embedded in the cathode surface of the permion membrane.

Det foreslås således en elektrolysecelle med et anolyttkammer inneholdende en anode, et katolyttkammer inneholdende en katode og en permionisk membran mellom kamrene hvor i det minste katoden står i kontakt med den permioniske membran. Den permioniske membran erkarakterisertat katodeoverflaten står i kontakt med elektrisk ledende og vesentlig ikke-elektrokatalytisk materiale som hefter til katodeoverflaten eller til den katodiske elektrokatalysator. Med vesentlig ikke-katalytisk materiale mener man at materialet tjener som en elektronisk strømfordeler som har metallisk elektrisk ledningsevne, men har en høy hydrogenutviklings-overspenning og minst ca. 0,1 volt høyere enn hydrogenutviklings-overspenningen til den katodiske elektrokatalysator som brukes i kombinasjonen. An electrolysis cell is thus proposed with an anolyte chamber containing an anode, a catholyte chamber containing a cathode and a permionic membrane between the chambers where at least the cathode is in contact with the permionic membrane. The permionic membrane is characterized in that the cathode surface is in contact with electrically conductive and substantially non-electrocatalytic material which adheres to the cathode surface or to the cathodic electrocatalyst. By substantially non-catalytic material is meant that the material serves as an electronic current distributor that has metallic electrical conductivity, but has a high hydrogen evolution overvoltage and at least approx. 0.1 volt higher than the hydrogen evolution overvoltage of the cathodic electrocatalyst used in the combination.

Fortrinnsvis velges det elektrisk ledende og vesentlig ikke-katalytiske materiale blant metaller i atom-tabellens gruppe IB og deres korrosjonsbestandige, elektrisk ledende, men vesentlig ikke-elektrokatalytiske forbindelser. Slike materialer er kopper, sølv og gull samt oksyder av Preferably, the electrically conductive and substantially non-catalytic material is selected from metals in group IB of the atomic table and their corrosion-resistant, electrically conductive, but substantially non-electrocatalytic compounds. Such materials are copper, silver and gold as well as their oxides

disse som er stabile i vandige alkalimetallhydroksyder. Det foretrekkes særlig på bakgrunn av pris, tilgjengelighet og lav elektrokatalytisk aktivitet, sølvoksyd, sølv og kopper. these which are stable in aqueous alkali metal hydroxides. Silver oxide, silver and copper are particularly preferred on the basis of price, availability and low electrocatalytic activity.

Nevnte elektrisk ledende og vesentlig ikke-elektrokatalytiske materialer kan være i partikkelform og f.eks. ha partikkelstørrelse på fra 0,1 mikron til -200 mesh, fortrinnsvis fra 0,5 mikron til -325 mesh. Det vesentlig ikke-elektrokatalytiske, elektrisk ledende materiale hefter fortrinnsvis til den permioniske membranen. Dvs. at materialet fortrinnsvis er sammenføyd med og innleiret i den perioniske membran og ikke kan fjernes fra membranen uten nedbrytning eller del-vis ødeleggelse av enten materialet eller den permioniske membran eller begge. Alternativt og særlig når det ikke-katalytiske materialet har finere gradering enn elektrokatalysatoren, kan materialet hefte til enten elektrokatalysatoren eller til underlaget som bærer elektrokatalysatoren, som når elektrokatalysatoren er en partikkelformet elektrokatalysator forbundet til et metallisk underlag hvor det ledende partikkelmaterialet er på underlaget og mellom og på elektro-kataly se-partiklene. Said electrically conductive and essentially non-electrocatalytic materials can be in particulate form and e.g. have particle sizes of from 0.1 micron to -200 mesh, preferably from 0.5 micron to -325 mesh. The substantially non-electrocatalytic, electrically conductive material preferentially adheres to the permionic membrane. That is that the material is preferably joined with and embedded in the perionic membrane and cannot be removed from the membrane without degradation or partial destruction of either the material or the perionic membrane or both. Alternatively and particularly when the non-catalytic material has a finer grade than the electrocatalyst, the material can adhere to either the electrocatalyst or to the substrate carrying the electrocatalyst, as when the electrocatalyst is a particulate electrocatalyst connected to a metallic substrate where the conductive particulate material is on the substrate and between and on the electro-catalyse particles.

Katode-elektrokatalysatoren i elektrolysecellen er typisk et overgangsmetall fra gruppe VIII, med lavere hydrogen utviklings-overspenning enn det elektrisk ledende, vesentlig ikke-elektrokatalytiske materialet. Typiske katodiske elek-trokatalysatorer er jern, kobolt, nikkel og metaller fra platinagruppen, særlig elektrokatalytiske former som Raney-nikkel, platinisert platina og platinasvart. The cathode electrocatalyst in the electrolysis cell is typically a transition metal from group VIII, with a lower hydrogen evolution overvoltage than the electrically conductive, substantially non-electrocatalytic material. Typical cathodic electrocatalysts are iron, cobalt, nickel and metals from the platinum group, particularly electrocatalytic forms such as Raney nickel, platinized platinum and platinum black.

I henhold til et alternativt eksempel på oppfinnelsen tilveiebringes en fremgangsmåte for elektrolyse av vandige alkalimetallklorider i en elektrolysecelle med et anolyttkammer inneholdende en anode, et katolyttkammer inneholdende en katode og en mellomliggende perionisk membran. Katoden ligger i kontakt med den permioniske membran, fortrinnsvis og fjernbar, dvs. at den på enkel måte kan fjernes uten nedbrytning eller ødeleggelse av hverken den katodiske elektrokatalysator eller den permioniske membran. Metoden består i å føre en elektrisk strøm fra anoden til katoden for utvikling av klor ved anoden og hydroksylioner ved katoden. Metoden karakteriseres ved at den permioniske membran på katodeflaten er forsynt med et elektrisk ledende, i det vesentlige ikke-elektrokatalytisk materiale som enten hefter til eller er i kontakt med den permioniske membran som tid-ligere nevnt. According to an alternative example of the invention, a method for the electrolysis of aqueous alkali metal chlorides is provided in an electrolysis cell with an anolyte chamber containing an anode, a catholyte chamber containing a cathode and an intermediate perionic membrane. The cathode is in contact with the permionic membrane, preferably removable, i.e. it can be easily removed without degradation or destruction of either the cathodic electrocatalyst or the permionic membrane. The method consists of passing an electric current from the anode to the cathode to develop chlorine at the anode and hydroxyl ions at the cathode. The method is characterized by the fact that the permionic membrane on the cathode surface is provided with an electrically conductive, essentially non-electrocatalytic material which either adheres to or is in contact with the permionic membrane as previously mentioned.

I henhold til et eksempel kan strømfordeleren være sammenføyd med katodeoverflaten på den permioniske membran alene, dvs. uten at elektrokatalysator finnes på denne. På denne måten kan elektrokatalysatoren lett fjernes fra overflaten og foreligger på en separat elektrodestruktur, f.eks. According to an example, the current distributor can be joined to the cathode surface of the permionic membrane alone, i.e. without an electrocatalyst being present thereon. In this way, the electrocatalyst can be easily removed from the surface and is present on a separate electrode structure, e.g.

en metallduk, -gitter, -plate eller lignende med et belegg av elektrokatalysator som beskrevet. a metal cloth, grid, plate or similar with a coating of electrocatalyst as described.

I henhold til en annen utførelse foreligger elektrokatalysatoren som et andre sjikt på toppen av laget av partikkelformet, elektrisk ledende, men vesentlig ikke-elektrokatalytisk ledende materiale som er sammenføyd med og innleiret i den permioniske membran. I henhold til dette eksempel blir det vesentlig ikke-elektrokatalytiske, men elektrisk ledende materialet påført først på den permioniske membran og derpå påføres elektrokatalysator både oppå og mellom partik-lene av ledende, ikke-elektrokatalytisk materiale. According to another embodiment, the electrocatalyst is present as a second layer on top of the layer of particulate, electrically conductive, but substantially non-electrocatalytically conductive material which is joined to and embedded in the permionic membrane. According to this example, the essentially non-electrocatalytic but electrically conductive material is applied first to the permionic membrane and then electrocatalyst is applied both on top of and between the particles of conductive, non-electrocatalytic material.

Ifølge en annen utgave av oppfinnelsens fremgangsmåte kan elektrokatalysatoren foreligge på overflaten av den permioniske membran i blanding med elektrisk ledende og vesentlig ikke-katalytisk materiale som også hefter til den permioniske membranens overflate. According to another version of the method of the invention, the electrocatalyst can be present on the surface of the permionic membrane in a mixture with electrically conductive and substantially non-catalytic material which also adheres to the surface of the permionic membrane.

I henhold til ennå et eksempel kan elektrokatalysatoren og det ikke-katalytiske materiale begge foreligge på og hefte til et elektrisk ledende underlag og kunne fjernes fra den permioniske membran. According to yet another example, the electrocatalyst and the non-catalytic material may both be present on and attached to an electrically conductive substrate and may be removed from the permionic membrane.

Vanligvis er belastningen på den elektronisk ledende strømfordeler fra ca. 1 mg/cm 2 til 100 mg/cm 2, mer spesielt på 2 - 20 mg/cm 2 . Lavere strømtetthet enn 1 mg/cm<2>Usually, the load on the electronically conductive current distributor is from approx. 1 mg/cm 2 to 100 mg/cm 2 , more particularly of 2 - 20 mg/cm 2 . Lower current density than 1 mg/cm<2>

gir ikke vesentlig strømfordeling mens strømtettheter på over 100 mg/cm 2 kan ha vesentlig innvirkning på den elektrokjem-iske prosess og danne en ugjennomtrengelig barriere eller film på den permioniske membranens katodeoverflate. does not provide significant current distribution, while current densities of over 100 mg/cm 2 can have a significant impact on the electrochemical process and form an impermeable barrier or film on the cathode surface of the permionic membrane.

Den permioniske membran innsatt mellom anolyttenThe permionic membrane inserted between the anolyte

og det porøse materialet er laget av en fluorkarbon-kopolymer med faststående, kationselektive ionevekslergrupper på halogenkarbon-kjeden. Membranen kan være fra 0,05 - 0,63 mm tykk, selv om tykkere eller tynnere permioniske membraner kan brukes. Den permioniske membran kan være et laminat av to eller flere membranark. Dessuten kan den være forsynt med forsterkende fibre. and the porous material is made of a fluorocarbon copolymer with fixed, cation-selective ion exchange groups on the halocarbon chain. The membrane can be from 0.05 - 0.63 mm thick, although thicker or thinner permionic membranes can be used. The permionic membrane can be a laminate of two or more membrane sheets. It can also be provided with reinforcing fibres.

Den permioniske membran kan være en kopolymer avThe permionic membrane can be a copolymer of

(I) en fluorvinylpolyeter med utstikkende ionevekslergrupper og med formel (I) CF2=CF-Oa-[(CX'X")c(CFX')d(CFj-O-(X<*>X") (CX"X' O- CF2)f]-A (I) a fluorovinyl polyether with protruding ion exchange groups and of formula (I) CF2=CF-Oa-[(CX'X")c(CFX')d(CFj-O-(X<*>X") (CX"X 'O-CF2)f]-A

hvor a er lik 0 eller 1, b er 0-6, c er 0-6, d er 0-6,where a is equal to 0 or 1, b is 0-6, c is 0-6, d is 0-6,

e er 0 - 6, f er 0 - 6, X, X' og X" betegner -H, -Cl, -F og -(CF2)gCF3, g betegner 1-5, [] betegner en vilkårlig ord-ning av gruppene og A betegner den utstikkende funksjonelle gruppe som skal beskrives i det følgende. Fortrinnsvis er A lik 1 og X, X<1>og X" betegner -F og (CF2)gCF3. e is 0 - 6, f is 0 - 6, X, X' and X" denote -H, -Cl, -F and -(CF2)gCF3, g denotes 1-5, [] denotes an arbitrary order of the groups and A denotes the protruding functional group to be described in the following. Preferably, A is equal to 1 and X, X<1> and X" denote -F and (CF2)gCF3.

Nevnte fluorvinylpolyeter kan være kopolymerisert med en fluorvinylforbindelse (II) Said fluorovinyl polyether can be copolymerized with a fluorovinyl compound (II)

og en perfluorert olefin (III) eller (I) kan være kopolymerisert med bare et perfluorert olefin (III) eller (I) kan være kopolymerisert med bare en perfluorvinylforbindelse (II). Den funksjonelle gruppe er en kationselektiv gruppe. Den kan være en sulfonsyregruppe, en fosforsyregruppe, en fosfonsyregruppe, en karboksylsyregruppe, forløper eller reaksjonsprodukt av denne som f.eks. en ester. Karboksyl-syregrupper, deres forløpere og reaksjonsprodukter foretrekkes. Følgelig foretrekkes A-grupper i form av hvor betegner en C^-C-^-alkylgruppe, R2og R2 betegner hydrogen eller C^-C^Q-alkylgrupper, M betegner en alkalime-tallgruppe eller en kvaternær ammoniumgruppe. Fortrinnsvis betegner A and a perfluorinated olefin (III) or (I) may be copolymerized with only a perfluorinated olefin (III) or (I) may be copolymerized with only a perfluorovinyl compound (II). The functional group is a cation selective group. It can be a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, a phosphonic acid group, a carboxylic acid group, precursor or reaction product of this such as e.g. an ester. Carboxylic acid groups, their precursors and reaction products are preferred. Consequently, A groups are preferred in the form of where denotes a C₁-C₁-alkyl group, R 2 and R 2 denote hydrogen or C₁-C₋₋ alkyl groups, M denotes an alkali metal group or a quaternary ammonium group. Preferably denotes A

hvor R1betegner C1-C5-alkyl. where R1 denotes C1-C5 alkyl.

Som nevnt er den permioniske membran fortrinnsvis en kopolymer som kan ha: As mentioned, the permionic membrane is preferably a copolymer which can have:

(I) fluorvinyletersyregrupper avledet fra(I) fluorovinyl ether acid groups derived from

som f.eks. (II) fluorvinylgrupper avledet fra CF2=CF-(0)a-(CFX-)d-A, som f.eks. (III) fluorerte olefingrupper avledet fra som f.eks. tetrafluoretylen, triklorfluoretylen, heksafluor-propylen, trifluoretylen, vinylidenfluorid o.l., og (IV) vinyletere avledet fra like for example. (II) fluorovinyl groups derived from CF2=CF-(0)a-(CFX-)d-A, such as e.g. (III) fluorinated olefin groups derived from such as e.g. tetrafluoroethylene, trichlorofluoroethylene, hexafluoropropylene, trifluoroethylene, vinylidene fluoride etc., and (IV) vinyl ethers derived from

Den permioniske membran har en ionevekslerkapasi-tet på fra 0,5-2 milliekvivalenter pr. g tørr polymer, fortrinnsvis fra 0,9 - 1,8 milliekvivalenter pr. g tørr polymer The permionic membrane has an ion exchange capacity of from 0.5-2 milliequivalents per g dry polymer, preferably from 0.9 - 1.8 milliequivalents per g dry polymer

og helst fra 1,0 - 1,6 milliekvivalenter pr. g 'tørr polymer.and preferably from 1.0 - 1.6 milliequivalents per g 'dry polymer.

Den permioniske membran har en volumetrisk gjennomstrømnings-grad på 100 mm^/sek. ved 150 - 300°C, fortrinnsvis mellom 160 og 250°C. Glassomvandlingstemperaturen for den permioniske membran-polymer er under 70°C og fortrinnsvis under ca. 50°C. The permionic membrane has a volumetric flow rate of 100 mm^/sec. at 150 - 300°C, preferably between 160 and 250°C. The glass transition temperature for the permionic membrane polymer is below 70°C and preferably below approx. 50°C.

Den permioniske membran kan fremstilles som beskrevet i U.S. patent 4.126.588, som det herved vises til. The permionic membrane can be prepared as described in U.S. Pat. patent 4,126,588, to which reference is hereby made.

Vanligvis vil ionevekslerharpiksen være i termoplastisk form, f.eks. en karboksylsyreester, eksempelvis en karboksylsyreester av en metyl-, etyl-, propyl-, isopropyl-eller butylalkohol eller et sulfonylhalogenid som sulfonyl-klorid eller sulfonylfluorid, ved fremstilling i henhold til oppfinnelsens fremgangsmåte og vil deretter hydrolyseres. Usually the ion exchange resin will be in thermoplastic form, e.g. a carboxylic acid ester, for example a carboxylic acid ester of a methyl, ethyl, propyl, isopropyl or butyl alcohol or a sulfonyl halide such as sulfonyl chloride or sulfonyl fluoride, when produced according to the method of the invention and will then be hydrolyzed.

I henhold til et eksempel på oppfinnelsen kan det sammensettes en elektrolysecelle med en anode i kontakt med den permioniske membranens anbdiske overflate og platina- According to an example of the invention, an electrolysis cell can be assembled with an anode in contact with the anbdic surface of the permionic membrane and platinum

svart og sølvoksyd, Aq^ O, sammenføyd med den permioniske membranens katodeside. I henhold til dette eksempel fikk man en perfluorkarbonpolymer med utstikkende karboksylsyreestergrupper, dvs. i termoplastisk form, belegges med et plastiseringsmiddel som f.eks. bis(2-etylheksyl)isoftalat, 1 del platinasvart og 4 deler sølvoksyd for påføring av et sjikt som inneholder ca. 12 mg sølvoksyd pr. cm 2 og 3 mg platinasvart pr. black and silver oxide, Aq^ O, joined to the cathode side of the permionic membrane. According to this example, a perfluorocarbon polymer with protruding carboxylic acid ester groups, i.e. in thermoplastic form, was coated with a plasticizer such as e.g. bis(2-ethylhexyl)isophthalate, 1 part platinum black and 4 parts silver oxide to apply a layer containing approx. 12 mg silver oxide per cm 2 and 3 mg platinum black per

cm 2. Den belagte permioniske membran kan derpå varmpresses, f.eks. ved 180 - 225°C og et trykk på 7 - 105 kg/cm<2>i 2 - 10 minutter, for fremstilling av en katodisk elektrolyttoverflate av fast polymer. Deretter kan det settes sammen en elektrolysecelle med en belagt titananode i kontakt med den permioniske membranens anodeoverflate og en nikkel-strømkollektor i kontakt med katodeoverflaten av den permioniske polymermembran. cm 2. The coated permionic membrane can then be hot-pressed, e.g. at 180 - 225°C and a pressure of 7 - 105 kg/cm<2> for 2 - 10 minutes, to produce a cathodic electrolyte surface of solid polymer. An electrolytic cell can then be assembled with a coated titanium anode in contact with the anode surface of the permionic membrane and a nickel current collector in contact with the cathode surface of the permionic polymer membrane.

Ifølge ennå en utgave av oppfinnelsen kan det fremstilles en elektrolysecelle med permionisk membran som har en anode i kontakt med den permioniske membranens anodeoverflate og et sammensatt sjikt av sølvoksyd og platinasvart av-satt på membranens katodiske overflate. Et ark av perfluorkarbonkopolymer med utstikkende karboksylsyreestergrupper kan belegges med et egnet plastiseringsmiddel, f.eks. dioktyl-ftalat, tilsatt sølvoksydpartikler med diameter 1 mikron. Derpå kan det påføres partikler av platinasvart med gradering -325 mesh og det dannede dobbeltsjikt presses ved en temperatur på 100 - 225°C og et trykk på 56 - 105 kg/cm<2>12-10 minutter for fremstilling av en katodeoverflate av fast polymer med sølvoksydpartikler i intim kontakt med den permioniske membran og utvendige partikler av platinasvart. According to yet another version of the invention, an electrolysis cell with a permionic membrane can be produced which has an anode in contact with the permionic membrane's anode surface and a composite layer of silver oxide and platinum black deposited on the membrane's cathodic surface. A sheet of perfluorocarbon copolymer with protruding carboxylic acid ester groups can be coated with a suitable plasticizer, e.g. dioctyl phthalate, with added silver oxide particles with a diameter of 1 micron. Then particles of platinum black with a grade of -325 mesh can be applied and the formed double layer pressed at a temperature of 100 - 225°C and a pressure of 56 - 105 kg/cm<2>12-10 minutes to produce a cathode surface of solid polymer with silver oxide particles in intimate contact with the permionic membrane and external platinum black particles.

I henhold til ennå et eksempel kan man belegge en 0,2 mm tykk permionisk membran av en perfluorkarbonkopolymer med utstikkende karboksylsyreestergrupper med didecylftalat og kopperpartikler med størrelse -325 mesh. Deretter kan den permioniske membran varmpresses ved 180 - 220°C og et trykk på 50 - 105 kg/cm 2 i 2 - 10 minutter. Katoden kan være en duk med 20 x 30 mesh (20 masker pr. tomme x 30 masker pr. tomme) og en tykkelse på ca. 0,13 mm forsynt med elektrolytisk belegg av platina. På denne måten fremstilles en 0-gap-elektrolysecelle med permionisk membran hvor membranen har kopperpartikler som strømfordelere på overflaten. According to yet another example, a 0.2 mm thick permionic membrane of a perfluorocarbon copolymer with protruding carboxylic acid ester groups can be coated with didecyl phthalate and -325 mesh copper particles. The permionic membrane can then be hot pressed at 180 - 220°C and a pressure of 50 - 105 kg/cm 2 for 2 - 10 minutes. The cathode can be a cloth with 20 x 30 mesh (20 meshes per inch x 30 meshes per inch) and a thickness of approx. 0.13 mm provided with platinum electrolytic coating. In this way, a 0-gap electrolysis cell with a permionic membrane is produced, where the membrane has copper particles as current distributors on the surface.

Bruken av plastiseringsmidler som f.eks. ftalater, fosfater og fettsyreestere er særlig fordelaktig i henhold til oppfinnelsens fremgangsmåte til forbedring av hefteevnen mellom elektronisk strømfordeler og permionisk membran, særlig ved nedsatt temperatur, trykk og tid form varmpressingen. The use of plasticizers such as e.g. phthalates, phosphates and fatty acid esters are particularly advantageous according to the invention's method for improving the adhesion between the electronic current distributor and the permionic membrane, especially at reduced temperature, pressure and time in the form of hot pressing.

Eksempel IExample I

Det sammensettes en elektrolysecelle med permionisk membran forsynt med rutheniumdioksyd-belagt anode i kontakt med membranens anodeside og platinasvart og sølvoksyd, Ag20, bundet til membranens katodeside. An electrolysis cell is assembled with a permionic membrane provided with a ruthenium dioxide-coated anode in contact with the membrane's anode side and platinum black and silver oxide, Ag20, bonded to the membrane's cathode side.

En permionisk membran med tykkelse 0,28 mm og flate 12,5 x 12,5 cm (Asahi Glass Co., Ltd., "Flemion HB") av perfluorkarbonkopolymer med utstikkende karboksylsyreestergrupper, ble belagt med bis(2-etylheksyl)isoftalat-plastiseringsmiddel tilsatt 0,2 g platinasvart, partikkelstørrelse -325 mesh og 0,8 g sølvoksyd, Ag^O, med partikkelstørrelse -325 mesh, hvil-ket ga 3,4 mg/cm 2 platina og 12,8 mg/cm 2 sølvoksyd. Den belagte permioniske membran ble varmpresset ved 200°C og 20 tonn A permionic membrane with a thickness of 0.28 mm and an area of 12.5 x 12.5 cm (Asahi Glass Co., Ltd., "Flemion HB") of perfluorocarbon copolymer with protruding carboxylic acid ester groups was coated with bis(2-ethylhexyl)isophthalate- plasticizer added 0.2 g platinum black, particle size -325 mesh and 0.8 g silver oxide, Ag^O, particle size -325 mesh, which gave 3.4 mg/cm 2 platinum and 12.8 mg/cm 2 silver oxide . The coated permionic membrane was hot pressed at 200°C and 20 tons

trykk i 5 minutter.press for 5 minutes.

Deretter ble elektrolysecellen sammensatt med en rutheniumdioksyd-belagt titananode i form av en 40 x 40 mesh duk med mål 7,5 x 7,5 cm presset mot den anodiske overflate Next, the electrolytic cell was assembled with a ruthenium dioxide-coated titanium anode in the form of a 40 x 40 mesh cloth measuring 7.5 x 7.5 cm pressed against the anodic surface

på den permioniske membran av en rutheniumdioksyd-belagt titanduk med maskevidde 2,5x5 mesh og størrelse 7,5 x 7,5 cm. Katodesidens strømkollektor var en nikkelduk med maskestør-relse 2,5 x 5 mesh og målene 7,5 x 7,5 cm. on the permionic membrane of a ruthenium dioxide-coated titanium cloth with mesh width 2.5x5 mesh and size 7.5 x 7.5 cm. The current collector on the cathode side was a nickel cloth with mesh size 2.5 x 5 mesh and dimensions 7.5 x 7.5 cm.

Etter 14 dagers elektrolyse var cellespenningenAfter 14 days of electrolysis, the cell voltage was

3,36 volt ved 43,2 A/dm<2>og 86% katodestrøm-effekt.3.36 volts at 43.2 A/dm<2> and 86% cathode current efficiency.

Eksempel IIExample II

Det ble satt sammen en elektrolysecelle med permionisk membran bestående av en titanduk belagt med rutheniumdioksyd i kontakt med anodesiden hos den permioniske membran og et dobbeltsjikt av sølvoksyd, Ag20, og platinasvart på membranens katodeside. An electrolytic cell with a permionic membrane was assembled consisting of a titanium cloth coated with ruthenium dioxide in contact with the anode side of the permionic membrane and a double layer of silver oxide, Ag20, and platinum black on the cathode side of the membrane.

En 0,28 mm tykk membran med yttermål 12,5 x 12,5 cm (Asahi Glass Co., Ltd., "Flemion HB") av perfluorkarbonkopolymer med utstikkende karboksylsyreestergrupper ble belagt med bis(2-etylheksyl)isoftalat som plastiseringsmiddel. Sølv-oksydpartikler, med diameter 1 mikron, ble fordelt på toppen av plastiseringsmidlet i en mengde på 12 mg sølvoksyd pr. A 0.28 mm thick membrane with outer dimensions 12.5 x 12.5 cm (Asahi Glass Co., Ltd., "Flemion HB") of perfluorocarbon copolymer with protruding carboxylic acid ester groups was coated with bis(2-ethylhexyl) isophthalate as a plasticizer. Silver oxide particles, with a diameter of 1 micron, were distributed on top of the plasticizer in an amount of 12 mg of silver oxide per

cm 2. På sølvoksydet påførte man platinasvart med kornstør-reise -325 mesh til en dekkevne på 3,4 g platina pr. cm 2. cm 2. Platinum black was applied to the silver oxide with grain sturgeon -325 mesh to a coverage of 3.4 g platinum per cm 2.

Den belagte permioniske membran ble varmpresset ved 200°C og :20 tonn trykk i 5 minutter. The coated permionic membrane was hot pressed at 200°C and :20 tons pressure for 5 minutes.

Deretter satte man sammen elektrolysecellen av en rutheniumdioksyd-belagt titananode med maskevidde 40 x 40 mesh og størrelse 7,5 x 7,5 cm presset mot den permioniske membranens anodeoverflate av en rutheniumdioksyd-belagt titanduk med maskevidde 2,5 x 5 mesh og yttermål 7,5 x 7,5 cm. The electrolytic cell was then assembled from a ruthenium dioxide-coated titanium anode with mesh size 40 x 40 mesh and size 7.5 x 7.5 cm pressed against the permionic membrane's anode surface by a ruthenium dioxide-coated titanium cloth with mesh size 2.5 x 5 mesh and outer dimensions 7 .5 x 7.5 cm.

Etter 31 dagers elektrolyse var cellespenningenAfter 31 days of electrolysis, the cell voltage was

3,56 volt ved 42,8 A/dm<2>og katodestrøm-effekten var 87£. 3.56 volts at 42.8 A/dm<2>and the cathode current effect was 87£.

Eksempel IIIExample III

Man satte sammen en elektrolysecelle med permionisk membran bestående av en rutheniumdioksyd-belagt titananode-duk i kontakt mot den permioniske membranens anodeside og en plati- nabelagt nikkelkat<p>de i kontakt mot den permioniske membranens katodeside som var belagt med sølvoksyd. An electrolytic cell with a permionic membrane consisting of a ruthenium dioxide-coated titanium anode cloth in contact with the anode side of the permionic membrane and a platinum-coated nickel cathode in contact with the cathode side of the permionic membrane which was coated with silver oxide was assembled.

En permionisk membran med tykkelse 0,28 mm og mål på 12,5 x 12,5 cm (Asahi Glass Co., Ltd. "Flemion type HB") A permionic membrane with a thickness of 0.28 mm and dimensions of 12.5 x 12.5 cm (Asahi Glass Co., Ltd. "Flemion type HB")

av perfluorkarbonkopolymer med hengende karboksylsyreestergrupper ble belagt med bis(2-etylheksyl)isoftalat-plastiseringsmiddel. Til membranen satte man 0,8 g 1 mikron sølvok-syd, Ag20. Membranen ble varmpressed ved 200°C og 20 tonn trykk i 5 minutter. of perfluorocarbon copolymer with pendant carboxylic acid ester groups was coated with bis(2-ethylhexyl)isophthalate plasticizer. 0.8 g of 1 micron silver oxide, Ag20, was added to the membrane. The membrane was hot-pressed at 200°C and 20 tons of pressure for 5 minutes.

Katoden ble laget ved elektrolytisk utfelling av platinasvart på en 0,127 mm tykk strekkduk av nikkel med maskevidde 40 x 40 mesh og størrelse 7,5 x 7,5 cm. Elektrolysecellen ble satt sammen med en rutheniumdioksyd-belagt titan-dukanode med maskevidde 40 x 40 mesh og størrelse 7,5 x 7,5 cm i kontakt mot den permioniske membranens anodeside, og med den platinabelagte nikkelduk i kontakt med den sølvoksyd-belagte katodesiden av den permioniske membranen. The cathode was made by electrolytic deposition of platinum black on a 0.127 mm thick stretched nickel cloth with mesh size 40 x 40 mesh and size 7.5 x 7.5 cm. The electrolysis cell was assembled with a ruthenium dioxide-coated titanium cloth anode with mesh width 40 x 40 mesh and size 7.5 x 7.5 cm in contact with the anode side of the permionic membrane, and with the platinum-coated nickel cloth in contact with the silver oxide-coated cathode side of the permionic membrane.

Etter 22 dagers elektrolyse var cellespenningen 3,41 volt ved strømtetthet 42,8A/dm<2>og katodestrøm-effekten var 83,7%. After 22 days of electrolysis, the cell voltage was 3.41 volts at a current density of 42.8A/dm<2> and the cathode current efficiency was 83.7%.

Eksempel IVExample IV

Det ble laget en elektrolysecelle med permionisk membran forsynt med rutheniumdioksyd-belagt titananode-duk i kontakt med anodesiden på den permioniske membran og en nik-keldukkatode i kontakt med den sølvoksyd-belagte katodesiden av den permioniske membran. An electrolysis cell with a permionic membrane was made, provided with a ruthenium dioxide-coated titanium anode cloth in contact with the anode side of the permionic membrane and a nickel-kel cloth cathode in contact with the silver oxide-coated cathode side of the permionic membrane.

En permionisk membran med tykkelse 0,28 mm og stør-relse 12,5 x 12,5 cm (Asahi Glass, Ltd, "Flemion type HB") A permionic membrane with a thickness of 0.28 mm and a size of 12.5 x 12.5 cm (Asahi Glass, Ltd, "Flemion type HB")

av perfluorkarbonkopolymer med hengende karboksylsyreestergrupper ble belagt med bis(2-etylheksyl)isoftalat-plastiseringsmiddel. Til membranen satte man 0,8 g sølvoksydpulver, Kq^ O, med partikkelstørrelse 1 mikron. Membranen ble varmpresset ved 200°C og 20 tonns trykk i 5 minutter. of perfluorocarbon copolymer with pendant carboxylic acid ester groups was coated with bis(2-ethylhexyl)isophthalate plasticizer. 0.8 g of silver oxide powder, Kq^O, with a particle size of 1 micron was added to the membrane. The membrane was hot pressed at 200°C and 20 tons of pressure for 5 minutes.

Katoden var en ubelagt nikkelduk med tykkelse 0,12 7 mm og maskevidde 20 x 30 mesh. Elektrolysecellen ble satt sammen med en rutheniumdioksyd-belagt titanduk-anode med maskevidde 40 x 40 mesh og størrelse 7,5 x 7,5 cm i kontakt med anodesiden hos den permioniske membran og nikkelkatoden presset mot den sølvoksydbelagte katodesiden av permionemembranen. The cathode was an uncoated nickel cloth with a thickness of 0.12 7 mm and a mesh size of 20 x 30 mesh. The electrolysis cell was assembled with a ruthenium dioxide-coated titanium cloth anode with mesh width 40 x 40 mesh and size 7.5 x 7.5 cm in contact with the anode side of the permionic membrane and the nickel cathode pressed against the silver oxide-coated cathode side of the permionic membrane.

Etter 29 dagers elektrolyse var cellespenningenAfter 29 days of electrolysis, the cell voltage was

3,31 volt ved 42,8 A/dm 2og katodestrøm-effekten var 87,1%. 3.31 volts at 42.8 A/dm 2 and the cathode current efficiency was 87.1%.

Eksempel VExample V

En elektrolysecelle med permionisk membran ble fremstilt ved å avsette katodisk elektrokatalysator på membranens katodeside ved å benytte et plastiseringsmiddel sam-med elektrokatalysator før varmpressing av elektrokatalysatoren inn i den permioniske membran. An electrolytic cell with a permionic membrane was produced by depositing cathodic electrocatalyst on the cathode side of the membrane by using a plasticizer together with the electrocatalyst before hot pressing the electrocatalyst into the permionic membrane.

En permionisk membran med tykkelse 0,28 mm og stør-relse 12,5 x 12,5 cm (Ashai Glass Co., Ltd., "Flemion type HB") av perfluorkarbonkopolymer med hengende karboksylsyreestergrupper ble belagt med bis(2-etylheksyl)isoftalat som plastiseringsmiddel. På membranens plastiseringsmiddel-belagte side fordelte man 0,8 g platinasvart med partikkelstørrelse -325 mesh. Platinasvart ble påført ved luftsprøytning. A permionic membrane with a thickness of 0.28 mm and a size of 12.5 x 12.5 cm (Ashai Glass Co., Ltd., "Flemion type HB") of perfluorocarbon copolymer with pendant carboxylic acid ester groups was coated with bis(2-ethylhexyl) isophthalate as a plasticizer. On the plasticizer-coated side of the membrane, 0.8 g of platinum black with a particle size of -325 mesh was distributed. Platinum black was applied by air spraying.

Deretter ble den permioniske membranen varmpresset ved 200°C og 20 tonn trykk i 5 minutter. Cellen ble satt sammen ved pressing av en rutheniumdioksyd-belagt titanduk med maskevidde 40 x 40 mesh og størrelse 7,5 x 7,5 cm presset mot membranens anodeside og en katodestrømkollektor med maskevidde 20 x 30 mesh og størrelse 7,5 x 7,5 cm i press mot den permioniske membranens katodeside belagt med platinasvart . Next, the permionic membrane was hot-pressed at 200°C and 20 tons of pressure for 5 minutes. The cell was assembled by pressing a ruthenium dioxide-coated titanium cloth with mesh size 40 x 40 mesh and size 7.5 x 7.5 cm pressed against the anode side of the membrane and a cathode current collector with mesh size 20 x 30 mesh and size 7.5 x 7.5 cm in pressure against the cathode side of the permionic membrane coated with platinum black.

3,86 volt ved strømtetthet 42,8 A/dm<2>og katodestrøm-effekten var 87,0%. 3.86 volts at a current density of 42.8 A/dm<2> and the cathode current efficiency was 87.0%.

Eksempel VIExample VI

Det ble laget en elektrolysecelle med permionisk membran ved avsetning av katode-elektrokatalysator på katodesiden av den permioniske membran ved hjelp av et plastiseringsmiddel sammen med finfordelt katode-elektrokatalysator. An electrolysis cell with a permionic membrane was made by depositing cathode electrocatalyst on the cathode side of the permionic membrane using a plasticizer together with finely divided cathode electrocatalyst.

En 0,127 mm tykk permionisk membran med størrelse 7,5 x 7,5 cm (Asahi Glass Co., Ltd., "Flemion type H") av perfluorkarbonkopolymer med hengende karboksylsyreestergrupper ble belagt med bis(2-etylheksyl)isoftalat som plastiserings middel. Til den plastiseringsmiddelbelagte siden av permionemembranen påsprøytet man 0,4 g platinasvart. Membranen ble varmpresset ved 200°C og 20 tonn trykk i 5 minutter for å forbinde katalysatoren med membranen. A 0.127 mm thick permionic membrane of size 7.5 x 7.5 cm (Asahi Glass Co., Ltd., "Flemion type H") of perfluorocarbon copolymer with pendant carboxylic acid ester groups was coated with bis(2-ethylhexyl) isophthalate as a plasticizer. 0.4 g of platinum black was sprayed onto the plasticizer-coated side of the permion membrane. The membrane was hot pressed at 200°C and 20 tons of pressure for 5 minutes to connect the catalyst to the membrane.

Derpå satte man sammen cellen ved å presse en ruthe-niumdioksydbelagt titanduk med maskevidde 40 x 40 mesh og størrelse 7,5 x 7,5 cm mot den permioniske membranens anodeside og en katodestrømkollektor med maskevidde 20 x 30 mesh og størrelse 7,5 x 7,5 cm i press mot membranens katodeside belagt med platinasvart. The cell was then assembled by pressing a ruthenium dioxide-coated titanium cloth with mesh size 40 x 40 mesh and size 7.5 x 7.5 cm against the anode side of the permionic membrane and a cathode current collector with mesh size 20 x 30 mesh and size 7.5 x 7 .5 cm in pressure against the membrane's cathode side coated with platinum black.

Etter 13 dagers elektrolyse var cellespenningen 3,79 volt ved 42,8 A/dm 2og katodestrøm-effekten var 75,2%. After 13 days of electrolysis, the cell voltage was 3.79 volts at 42.8 A/dm 2 and the cathode current efficiency was 75.2%.

Claims

1. Method for the electrolysis of an aqueous solution of an alkali metal chloride in an electrolysis cell which has an anolyte chamber with an anode, a catholyte chamber with a cathode and a permionic membrane between the chambers, which cathode is in contact with the permionic membrane in that a electric current is passed from the anode to the cathode during the evolution of chlorine at the anode and hydroxyl ions at the cathode, characterized in that the permionic membrane has an anode surface and a cathode surface where the cathode surface is in contact with electrically conductive, essentially non-electrocatalytic material.

2. Method as stated in claim 1, characterized in that the electrically conductive, substantially non-electrocatalytic material is selected from metals in the periodic table's group IB and their corrosion-resistant, electrically conductive compounds.

3. Method as stated in claim 2, characterized in that the electrically conductive, essentially non-electrocatalytic material is in particulate form.

4. Method as stated in claim 3, characterized in that the particle material is bound to and embedded in the permionic membrane.

5. Method as stated in claim 1, characterized in that the cathode comprises an electrocatalyst of a transition metal in group VIII, which has a lower hydrogen evolution overvoltage than said electrically conductive, substantially non-electrocatalytic material.

6. Method as stated in claim 5, characterized in that the electrically conductive, non-catalytic material and the electrocatalyst are bonded to the same substrate.

7. Electrolysis cell with an anolyte chamber containing an anode, a catholyte chamber with a cathode and an intermediate permionic membrane, which cathode is in contact with the permionic membrane, characterized in that the cathodic surface of the permionic membrane is in contact with an electrically conductive, substantially non-electrocatalytic material.

8. Electrolysis cell as specified in claim 7, characterized in that the electrically conductive, essentially non-electrocatalytic material is selected from among metals in the periodic table's group IB and corrosion-resistant, electrically conductive compounds thereof.

9. Electrolysis cell as specified in claim 8, characterized in that the electrically conductive, substantially non-electrocatalytic material is in particulate form.

10. Electrolysis cell as stated in claim 9, characterized in that the particulate material is bound to and embedded in the permionic membrane.

11. Electrolysis cell as stated in claim 7, characterized in that the cathode is of a transition metal from group VIII which has a lower hydrogen evolution overvoltage than the electrically conductive, substantially non-electrocatalytic material.

12. Electrolysis cell as stated in claim 11, characterized in that the electrically conductive, non-catalytic material and the electrocatalyst are bonded to the same substrate.