DE2262173C3 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine auseinandernehmbare, bipolare Elektrode mit räumlich voneinander getrennten und elektrisch miteinander verbundenen anodisch aktiven und kathodisch aktiven Teilen, wobei der anodisch aktive Teil aus Titan oder einem Metall oder einer Legierung mit analogen anodischen Eigenschaften besteht und mit einer leitenden, beständigen Schicht überzogen ist und der kathodisch aktive Teil aus einem kathodisch verwendbaren Metall besteht

Eine Elektrode dieser Gattung ist aus der DE-OS 19 58 423 bekannt In dieser Druckschrift ist eine bipolare Elektrodenanordnung für eine Mehrfach-EIektrolysezelle beschrieben, die aus mehreren, räumlich getrennten Kästen besteht zwischen denen jeweils eine bipolare Elektrode angeordnet ist Jeder Kasten wird durch die bipolare Elektrode derart abgedichtet daß sich im Innenraum der Elektrode Luft befindet Die Anodenplatten werden bei dieser Elektrode von einer biegsamen Platte derart gehauen, düö Wärmeausdehnungen der Kästen von dieser biegsamen Platte aufgenommen werden können. Der Strom wird den elektrolytisch aktiven Teilen über eine in den Zwischenraum zwischen den Kästen angeordnete Verteilerplatte aus Kupfer zugeführt. An der Verteilerplatte ist über Kupferstücke eine Stahlplatte befestigt, an der wiederum die Kathodenplatten festgeschweißt und die biegsame Platte und die Anodenplatten befestigt sind. Bei dieser bekannten bipolaren Elektrode sind die in den Stromzuführungswegen zu den aktiven Teilen enthaltenen Berührungsflächen relativ klein und zudem entsprechend mechanischen Belastungen der Elektrode Veränderungen ausgesetzt, wodurch insbesondere beim Arbeiten mit hohen Stromstärken niederohmige An-

Schlüsse nicht mehr gewährleistet sind.

Seit langem ist bekannt, daß Metalle mit speziellen anodischen Eigenschaften, wie beispielsweise Titan, Zirconium, Tantal, Niobium, Wolfram sowie deren Legierungen, wenn sie mit einer dünnen Edelmetallschicht versehen sind, für Elektrolysezwecke verwendet werden können. Erst aber seitdem Titan wegen seiner vielfachen Anwendung zu anderen Zwecken zum gebräuchlichsten Metall der geschilderten Gruppe wurde, sind zahlreiche Elektrolysevorrichtungen unter

h> Verwendung von Titan vorgeschlagen worden. Für die elektrolytisch aktiven, leitenden Schichten können außer den Metallen der Platinreihe auch die Oxide dieser Metalle oder Gemische aus verschiedenen

Oxiden verwendet werden. Außerdem werden zur Zeit einige Verbundmetalle bzw, Bimetalle als Halbfertigfabrikate angeboten, wie beispielsweise Stangen aus gut leitenden Metallen, beispielsweise Kupfer oder Aluminium, die metallische Beschichtungen aus beispielsweise Titan oder aus Legierungen mit analogen anodischen Eigenschaften aufweisen, und deren Verwendung eine beträchtliche Herabsetzung des Spannungsverlustes in verschiedenen Bauteilen metallischer Anoden ermöglicht

Bei Verwendung von Titan oder Metallen oder Legierungen ähnlicher anodischer Eigenschaften läßt sich mit hohen Stromdichten arbeiten, so daß die bei der Elektrolyse erzeugten Gase abgeführt werden müssen. Zu dieser Gasabfuhr werden beispielsweise durchbrochene Elektroden verwendet, Dies führt bei bipolaren Elektroden dazu, die anodisch und kathodisch aktiven Teile zu trennen. In diesem Zusammenhang sei auf die DE-OS 22 62 141 verwiesen, in der elektrolytisch aktive Teile, die eben oder in beliebiger anderer Form, beispielsweise wellenförmig, ausgebildet sind und von denen wenigstens einer durchbrochen ist, elektrisch und mechanisch über Verbundmetalle bzw. Bimetalle miteinander verbunden sind, die aus kathodisch verwendbarem unedlen Metall, beispielsweise aus Flußstahl, bestehen und mit Titan oder mit einem Metall oder einer Legierung analoger anodischer Eigenschaften beschichtet sind. Um Korrosionserscheinungen und ungewollte Leckströme zu vermeiden, sind die elektrolytisch aktiven Teile durch eine Trennwand voneinander getrennt.

Es sind weitere Ausführungsformen bipolarer Elektroden mit nicht ebenen, elektrolytisch aktiven Teilen bekannt, bei denen diese Teile beiderseits einer Trennwand, beispielsweise mit Schraubverbindungen, lösbar angebracht sind. Diese Elektroden sind zwar mechanisch zufriedenstellend, können aber elektrisch nicht befriedigen. Dies liegt an veränderlichen Stromwegen, die über aneinandergedrückte leitende Flächen und die Schraubverbindungsglieder führen. Die Widerstände dieser Kontaktstellen sind relativ groß und an den verschiedenen Kontaktstellen einer Elektrode unterschiedlich und ändern sich zusätzlich im Betrieb in unterschiedlicher Weise.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine in einer Elektrolysezelle mit mehreren hintereinander geschalteten bipolaren Elektroden verwendbare auseinandernehmbare bipolare Elektrode zu schaffen, die in ihrem Aufbau einfach ist und eine effektive Elektrolyse insbesondere von Alkalihalogenid-Lösungen ermöglicht

Diese Aufgabe wird bei einer Elektrode der eingangs beschriebenen Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens einer der aktiven Teile durchbrochen ist und daß die elektrische Verbindung zwischen den aktiven Teilen durch zwei Gruppen von Bauteilen hergestellt ist, von denen jede mechanisch und elektrisch mit einem der aktiven Teile fest verbunden ist, und daß die jeweils einander entsprechenden Bauteile jeder Gruppe derart gestaltet sind, daß aus ihnen zusammengefügte Aggregate einen abgedichteten Hohlraum bilden, in dem die elektrische Verbindung zwischen den Bauteilen jedes Aggregates erfolgt.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der elektrischen Verbindung in einem abgedichteten Hohlraum zwischen den Bauteilen jedes Aggregates wird erreicht, daß die elektrischen Verbindungsstellen unabhängig von der mechanischen Verbindung zwischen den elektrolytisch aktiven Teilen der Elektrode sind, Dadurch lassen sich ständig große Berührungsflächen aufrechterhalten, wodurch unabhängig von mechanischen Belastungen der Elektrode auch bei hohen Stromstärken ntederohmige Anschlösse gewährleistet sind. Außerdem können die Elemente, mit denen die elektrische Verbindung zwischen den Bauteilen erfolgt, vorteilhafterweise auf einfache Art auswechselbar ausgebildet werden. Die durchbrochene Ausbildung ίο wenigstens eines der aktiven Teile der erfindungsgemäßen Elektrode erhöht die Durchströmbarkeit und damit die Wirksamkeit der Elektrode beträchtlich.

Die elektrische Verbindung zwischen den Bauteilen jedes Aggregats kann beispielsweise durch eine im Hohlraum untergebrachte, elastische Baugruppe erfolgen. Diese elastische Baugruppe kann aus einer Hülse oder mehreren Federn bestehen, die sich an den elektrisch miteinander zu verbindenden Bauteilen abstützen. Die Federn können aus einer Vielzahl elastischer Lamellen zusammengesetzt sein oder als Schraubenfedern ausgebildet sein, dit in ihren Enden graphitierte Kontaktstücke aufweisen, welche untereinander mit biegsamen Leitern verbunden sind

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die elektrische Verbindung zwischen den Bauteilen jedes Aggregats mit einem Metall oder einer Legierung in flüssiger Phase hergestellt

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der ·;γΠπ-dungsgemäßen Elektrode sind in den Unteransprüchen jo gekennzeichnet

Die Innenflächen des Hohlraums, in denen die elektrischen Verbindungen hergestellt werden, können zur Verbesserung der Kontaktierung oberflächenbehandelt sein, beispielsweise durch Abbeizen, durch Vergrößern der Oberfläche, durch Niederschlagen verschiedener Metalle usw.

Die Abdichtung zwischen den Aggregaten läßt sich durch dichte Glieder aus gegen das jeweilige elektrolytische Medium beständigem Elastomer herbeiführen.
■to Die erfindungsgemäßen Elektroden eignen sich besonders zur Verwendung in Zellen der Filterpressenart z;.r Elektrolyse von Alkalilaugen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert Es stellen dar

F i g. 1 einen Schnitt durch ein Bauteileaggregat und durch einen Teil der an diesem stoffschlüssig befestigten Anoden- und Kathodenteile der bipolaren Elektrode,

F i g. 2 eine Seitenansicht einer vollständigen Elektrode,

F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie A-A in F i g. 2 und

F i g. 4 einen Schnitt durch eine bipolare Elektrode mit wellenförmig ausgebHdeten Anoden- und Kathodenteilfn.

Figuren 1, 2 und 3 zeigen eine erste Ausbildungsform nach der Erfindung. In F i g. 1 ist eine Einzelheit eines der Bauteileaggregate sowie eines Teiles der mit diesem stofi'schlüssig, beispielsweise durch Schweißen, verbundenen Anoden- und Kathodenteile der bipolaren bo Elektrode dargestelL Ein mit I bezeichnetes Bauteil des Aggregates besteht aus Titan, ein zweites Bauteil 2 aus Flußstahl. Beide Bauteile sind aneinander unter Zwischenschaltung eines Dichtgliedes 4 mit einer Schraube 3 befestigt. Die elektrische Verbindung i>> zwischen den beiden Bauteilen ist durch eine Hülse 5 hergestellt, die elastische Lamellen trägt, von denen jede sich gleichzeitig an den Innenflächen der beiden Bauteile 1 und 2 abstützt.

Der anodische Teil der bipolaren Elektrode ist durch eine gestreckte Titanplatte 6 gebildet, die mit dem Bauteil 1 stoffschlUssig, beispielsweise durch Schweißen, über ein stangenförmiges Zwischenglied 7 verbunden ist, das sich als Bimetallteil aus Kupfer und Titan über die ganze Höhe der Elektrode erstreckt. Am anderen Bauteil 2 des Aggregates ist eine Kathode 8 stoffschlüssig, beispielsweise durch Schweißen, befestigt. Diese ist beispielsweise als Geflecht oder Gitter aus Flußstahldraht ausgebildet und liegt auf einer to Zwischenplatte 9 aus Flußstahl, die sich ebenfalls über die gesamte Höhe der Elektrode erstreckt. Die Trennung zwischen Anolyt und Katholyt besorgt eine Trennwand 10 aus Polyester, die zwischen den beiden Bauteilen 1 und 2 befestigt ist. Die Abdichtung geschieht ι ·> durch Dichtglieder 11.

Figur 2 zeigt eine komplette Elektrode, deren Anoden- und Kathodenteile elektrisch durch zwei Bauteileaggregate verbunden sind, die in der in K ι g. J dargestellten Schnittansicht der Elektrode erkennbar sind. Ein aus Polyester hergestellter Rahmen 12 weist als Steg bzw. als Mittelteil die Trennwand 10 auf, die dazu dient, Anodenteil 6 und Kathodenteil 8 gegenüber jeder von sechs Einzelelektroden 13, die die komplette Elektrode bilden, abzutrennen. Die aus den Bauteilen 1 r> und 2 zusammengesetzten Bauteileaggregate sind an mit 14 bezeichneten Stellen angeordnet. Mit 7 sind die als stangenförmige Bimctallteile aus Kupfer -md Titan ausgebildeten Zwischenglieder bezeichnet, die als Bimetallteile zwischen den Anodenteilen 6 und den Jo Bauteilen 1 angeordnet sind. Es sind weiterhin die Zwischenplatten 9 aus Flußstahl zu erkennen, die als Zwischenglieder zwischen den Kathodenteilen 8 und den Bauteilen 2 eingesetzt sind. Die Dichtglieder und die Befestigungsschrauben sind in den F i g. 2 und 3 nicht eingezeichnet.

In Fig.4 ist eine weitere Ausbildungsform dargestellt, bei der die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung zur Kontaktherstellung in eine bipolare Elektrode eingebaut ist, deren Anoden und Kathodenteile wellenförmig ausgebildet sind, um eine Vergrößerung der Berührungsfläche zu erzielen. Mit 14 ist ein Bauteileaggregat bezeichnet, das mit den im Zusammenhang mit Fig. I bis 3 beschriebenen gleich ausgebildet ist. Die Dichtglieder und die Befestigungsmittel sind nicht eingezeichnet. Die Trennwand 10 ist schematisiert dargestellt.

Der Anodenteil ist eine gestreckte und wellenförmig ausgebildete Titanplatte 15, die mit Platin beschichtet ist und über ein Bimetallteil aus Kupfer und Titan, das als Zwischenglied 16 dient, mit dem entsprechenden Bauiui des Aggregates 14 stolfschiüssig, beispielsweise durch Schweißen, verbunden ist. Ein Kathodenteil 17, der beispielsweise von einem wellenförmigen Geflecht oder Gitter aus Flußstahl gebildet ist, ist über eine als Zwischenglied dienende Flußstahlplatte 18 mit dem entsprechenden Bauteil des Aggregates 14 stoffschlüssig, beispielsweise durch Schweißen, verbunden.

Durch die zueinander passende Anordnung der h^n-ortretenden Teile einer Elektrode und der zurücktretenden Teile der ihr unmittelbar benachbarten Elektrode ist es bei einer solchen Ausbildung möglich, bei Verwendung einer Vielzahl solcher Elektroden eine Zelle mit einer beträchtlich erhöhlen elcktolytisch aktiven Oberfläche zu schaffen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Auseinandernehmbare bipolare Elektrode mit räumlich voneinander getrennten und elektrisch miteinander verbundenen anodisch aktiven und kathodisch aktiven Teilen, wobei der anodisch aktive Teil aus Titan oder einem Metall oder einer Legierung mit analogen anodischen Eigenschaften besteht und mit einer leitenden, beständigen Schicht überzogen ist, und der kathodisch aktive Teil aus einem kathodisch verwendbaren Metall besteht, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der aktiven Teile (6,8; 15,17) durchbrochen ist und daß die elektrische Verbindung zwischen den aktiven Teilen (6,8; 15,17) durch zwei Gruppen von Bauteilen (1, 2) hergestellt ist, von denen jede mechanisch und elektrisch mit einem der aktiven Teile (6, 8; 15, 17) fest verbunden ist, und daß die jeweils einander entsprechenden Bauteile (1,2) jeder Gruppe derart gestaltet sind, daß aus ihnen zusammengefügte Aggregate (14) einen abgedichteten Hohlraum bilden, in dem die elektrische Verbindung zwischen den Bauteilen (1, 2) jedes Aggregates (14) erfolgt.

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Verbindung zwischen den Bauteilen (1,2) jedes Aggregates (14) durch eine im Hohlraum untergebrachte elastische Baugruppe (Hülse 5 mit elastischen Lamellen) erfolgt.

3. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Verbindung zwischen den Bauteiler; '1,2) jedes Aggregates (14) mit einem Metall oder einer Legierung- in flüssiger Phase hergestellt ist

4. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrolytisch aktiven Teile (6, 8; 15, 17) durch eine einzige Trennwand (10) voneinander getrennt sind.

5. Elektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (10) aus Metall besteht.

6. Elektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (10) isoliert und gegen Korrosion geschützt oder beständig ist

7. Elektrode nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (10) zwischen den Bauteilen (1, 2) befestigt ist, die die Aggregate (14) bilden, in deren Innerem die elektrische Verbindung zwischen den Bauteilen (1,2) erfolgt.

8. Elektrode nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (10) an den mit einem der elektrolytisch aktiven Teile (6, 8; 15,17) fest verbundenen Bauteilen (1,2) befestigt ist.

9. Elektrode nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (10) mit den Bauteilen eines der elektrolytisch aktiven Teile (6,8; 19, 17) stoffschlüssig, beispielsweise durch Schweißen, verbunden ist

10. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Aggregate (14) bildenden Bauteilegruppen (1, 2) jeweils und unmittelbar mit jedem der elektrolytisch aktiven Teile (6, 8; 15, 17) stoffschlüssig, beispielsweise durch Schweißen, verbunden sind.

11. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der die Aggregate (14) bildenden Bauteilegruppen (1,2) unter Verwendung von Zwischengliedern (7, 9; 16, 18) mit dem zugehörigen elektrolytisch aktiven Teil (6, 8) stoffschlüssig, beispielsweise durch Schweißen, verbunden ist

IZ Elektrode nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenglieder (7) des anodisch aktiven Teils (6) aus einem gut leitenden Metall ausgebildet sind, das mit Titan oder Metallen oder Legierungen mit analogen anodischen Eigenschaften beschichtet ist

13. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrolytisch aktiven Teile (6,8) eben ausgebildet sind.

14. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer (15) der elektrolytisch aktiven Teile (6, 8; 15, 17) eine aktive Räche aufweist die größer ist als die projizierte Fläche der ganzen Elektrode.