DD285125B5

DD285125B5 - Electrode for gas-developing electrolytic processes

Info

Publication number: DD285125B5
Application number: DD32990189A
Authority: DD
Inventors: Hanno Wenske; Arnold Dipl-Ing Gallien; Wolfgang Dipl-Chem Dr Hanke; Wolfgang Dipl-Phys Lampe
Original assignee: Grimma Masch Anlagen Gmbh
Priority date: 1989-06-23
Filing date: 1989-06-23
Publication date: 1994-10-20
Also published as: JPH04507433A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Elektrode für gasentwickelnde elektrolytische Prozesse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, die insbesondere zur Anwendung in Wasser- und Chloralkalielektrolysezellen geeignet ist.The invention relates to an electrode for gas-producing electrolytic processes according to the preamble of claim 1, which is particularly suitable for use in water and Chloralkalielektrolysezellen.

Für die Produktion verschiedener, wichtiqer chemischer Grundstoffe, wie Natronlauge, Chlor, Wasserstoff oder Wasserstoffperoxid, sind gasentwickelnde elektrolytische Prozesse von herausragender Bedeutung. Die bei der Elektrolyse von alkalischen Lösungen, Wasser, Salz- bzw. Schwefelsäure zu verwendenden Elektroden müssen einer Vielzahl von zum Teil gegensätzlich wirkenden Geljrauchsparametern entsprechen. Ein sehr wesentliches Erfordernis besteht in der schnellen Abfuhr des entwickelten Gases aus dem Raum zwischen Anode und Kathode jenseits dieser Elektroden, um einen großen, den elektrischen Widerstand des Elektrolyten erhöhenden Gasanteil zu vermeiden. Dies steht aber dem Bestreben entgegen, die zur Verfügung stehende Konstruktionsfläche maximal für eine elektrochemisch wirkende Elektrodenfläche wirksam zu nutzen. Es wird weiterhin angestrebt, eine möglichst gleichmäßig und fein strukturierte Elek'rodenoberfläche zu realisieren, damit die Voraussetzungen für ein homogenes elektrisches Feld gegeben sind. Unstetigkeiten, wie z. B. Kanten, führen zu Feldstärkeerhöhungen und damit zu einer ungleichmäßigen Elektrodenbelastung, die nicht nur energetische Verluste, sondern auch einen vorzeitigen Verschleiß des Elektrodenmaterials bzw. der elektrokatalytischen Beschichtung (Coating) verursacht. Wesentlich für die Gewährleistung eines optimalen Prozesses ist auch die Realisierung eines gleichmäßigen, geringen Elektrodenabstandes, ohne bei Verwendung von Membranen diese mechanisch stark zu beanspruchen oder gar zu beschädigen. Es sollte auch vermieden werden, daß Elektrodenelemente mit großer Dicke einen hohen Berührungsdruck auf die Membran ausüben und somit den Elektrolytfluß bzw. den lonentransport durch das Porensystem der Membran merklich behindern. Zwei wichtige Grundtypen gasentwickelnder metallischer Elektroden sind bekannt: Zum einen verwendet man von Stromverteilern getragene, parallel angeordnete Profilstäbe, deren Querschnitt kreisförmig, elliptisch, tropfenförmig oder rechteckig ist (DE-OS 3008116, DE-OS 3325187, DE-PS 3519272, DE-OS 3519573). Aber auch U-förmige in Abständen aneinandergereihte Schienen sind gemäß der DE-AS 1271093 sowie der DE-OS 2445579, die Elektrodenelemente mit einem Abstand von ?.. B. 4mm aufweisen, bekannt.Gas-producing electrolytic processes are of paramount importance for the production of various, important chemical raw materials, such as caustic soda, chlorine, hydrogen or hydrogen peroxide. The electrodes to be used in the electrolysis of alkaline solutions, water, hydrochloric acid or sulfuric acid must correspond to a large number of partly opposing gel smoking parameters. A very important requirement is the rapid removal of the evolved gas from the space between the anode and cathode beyond these electrodes in order to avoid a large proportion of gas which increases the electrical resistance of the electrolyte. However, this is contrary to the endeavor to use the available construction surface for a maximum effective for an electrochemically acting electrode surface. It is further desired to realize a uniform and finely structured Elek'rodenoberfläche so that the conditions for a homogeneous electric field are given. Discontinuities, such. B. edges, lead to field strength increases and thus to a non-uniform electrode load, which causes not only energy losses, but also premature wear of the electrode material or the electro-catalytic coating (coating). Essential for ensuring an optimal process is also the realization of a uniform, small electrode gap, without the use of membranes this mechanically strong stress or even damage. It should also be avoided that electrode elements of large thickness exert a high contact pressure on the membrane and thus hinder the flow of electrolyte or the ion transport through the pore system of the membrane noticeably. Two important basic types of gas-generating metallic electrodes are known: On the one hand used by power distributors, parallel arranged profile bars whose cross-section is circular, elliptical, teardrop or rectangular (DE-OS 3008116, DE-OS 3325187, DE-PS 3519272, DE-OS 3519573). But also U-shaped rails lined up at intervals are known according to DE-AS 1271093 and DE-OS 2445579, the electrode elements with a distance of ? .. B. 4mm have known.

Zum anderen sind perforierte Bleche mit vertikal und horizontal verlaufendtm Schlitzen, mit bezüglich der Elektrodonebene abgewinkelten oder tiefgezogenen Segmenten, Lochblechelektroden und Gitterstrsckmetalleloktroden bekannt (DL)-PS 250026, DE-OS 3625506, DE-OS 2735238).On the other hand perforated sheets with vertical and horizontal verlaufmtm slots, with respect to the Elektrodonebene angled or deep-drawn segments, perforated metal electrodes and Gitterstrsckmetalleloktroden known (DL) -PS 250026, DE-OS 3625506, DE-OS 2735238).

Vertreter des erstgenannten Grundtyps verwenden parallel angeordnete Elemente, die mit Stromverteilerschienon fest verbunden sind und einen tropfenförmigen Querschnitt (DE OS 3325187) bzw. einen annähernd kreisförmigen Querschnitt (DE-OS 3008116) aufweisen. Der kreisförmige Querschnitt wurde durch Abtrennen von Segmenten, die in der Elektrodenebene liegen, modifiziert. Beide Elektroden sollen vorzugsweise für die Chloralkalielektrolyse in Amalgamzellen Anwendung finden. Nachteilig ist, daß die Elektroden keinen wesentlich verringerten Gasblasenbedeckungsgrad aufweisen. Der Abtransport des Gases erfolgt ausschließlich durch die Fluidströmung und den Auftrieb. Die besonderen Querschnittsgeometrion sind nicht geeignet, eine aktive Rolle beim Gastransport durch die Elektrode zu übernehmen. Zwar verhindern sie durch Vermeidung von Unstetigkeitsstellen eine Überbeanspruchung der katalytischen Beschichtung, jedoch geschieht dies durch Inkaufnahme der Nachteile infolge der radiusbedingten ungleichmäßigen Abstände der Eloktrodenflächd.Representatives of the former basic type use parallel elements that are firmly connected to Stromverteilerschienon and a teardrop-shaped cross section (DE OS 3325187) or an approximately circular cross-section (DE-OS 3008116). The circular cross section was modified by separating segments lying in the electrode plane. Both electrodes should preferably be used for the chloralkali electrolysis in amalgam cells. The disadvantage is that the electrodes have no significantly reduced Gasblasenbedeckungsgrad. The removal of the gas takes place exclusively by the fluid flow and the buoyancy. The particular cross-sectional geometry is not suitable for assuming an active role in gas transport through the electrode. Although they prevent overstressing of the catalytic coating by avoiding points of discontinuity, this is done by accepting the disadvantages due to the radius-related nonuniform distances of the electrode surface.

Die DE-OS 3 519272 offenbart eine Elektrodenstruktur, die eine Vielzahl parallel angeordneter Elemente mit rechteckigem Querschnitt verwendet. Ein plattenförmiger Träger mit beidseitigen Ausbuchtungen dient der Befestigung der Elektrodenelemente und als Stromverteiler. Der Querschnitt der rechteckigen Elektrodenelomonte soll ein Verhältnis von 1:5 aufweisen. Damit die Gasabzugsfahnen im Bereich des Spaltes nicht miteinander in Berührung kommen und verwirbeln, ist ein relativ großer Spalt zwischen benachbarten Elementen vorgesehen. Dies führt zu einor relativ geringen Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Konstruktionsflächa und zu einer ungleichmäßigen Elektrodenbelastung, insbesondere im Bereich der Kanten der rechteckigen Profile, wo mit einem erhöhten Verschleiß dor katalytischen Beschichtung zu rechnen ist. Die gewählte Form des Trägers der Elektrodenelemente, der gleichzeitig Stromverteiler ist, verhindert die Konzentration des Gases im Raum jenseits der reaktiven Elektrodenfläche. Infolgedessen kommt es zu einem hohen Gasanteil im Bereich der Reaktionsfläche, verbunden mit erhöhten elektrischen Verlusten.DE-OS 3,519,272 discloses an electrode structure using a plurality of parallel elements of rectangular cross-section. A plate-shaped support with bulges on both sides serves to fasten the electrode elements and as a current distributor. The cross-section of the rectangular electrode elomonte should have a ratio of 1: 5. Thus, the gas exhaust tabs in the region of the gap do not come into contact and swirl, a relatively large gap between adjacent elements is provided. This leads to a relatively low utilization of the available construction surface and to an uneven electrode load, in particular in the region of the edges of the rectangular profiles, where increased wear of the catalytic coating is to be expected. The selected shape of the carrier of the electrode elements, which is at the same time current distributor, prevents the concentration of the gas in the space beyond the reactive electrode surface. As a result, there is a high proportion of gas in the area of the reaction surface, associated with increased electrical losses.

Eine der voran beschriebenen Elektrodenstruktur sehr ähnliche ist die in der DE-OS 3 519573 offenbarte Elektrode. Sie besteht gleichfalls aus parallel auf einem Stromverteiler angeordneten Elementer rechteckigen Querschnitts, deren Abstand zueinander einige Millimeter beträgt. Außerdem weisen die der Membran zugewandten Stirnseiten der Elemente eine Vielzahl von Ausnehmungen auf. Die dazwischen befindlichen Stege sind nicht elektrokatalytisch beschichtet und liegen auf der Membran auf. Somit beträgt die zur Verfugung stehende reaktive Fläche nur noch etwa 10% der Membranfläche. Die Stege können, bedingt durch Relativbewegungen zwischen Elektrode und Membran, lokale Beschädigungen der Membran verursachen. Eil e Elektrodenanordnung mit einer Vielzahl dunner, blattartiger Elektrodenelemente, die eng benachbart zueinander angeordnet und an ihrer Rückseitezur Befestigung an Trag- und Stromführungselementen gefalzt sind, ist aus der GB-PS 128436 bekannt. Bei einer solchen Elektrode bereitet allerdings die hinreichende Gasabfuhr und ein erwünschter Elektrolytaustausch Schwierigkeiten.One of the electrode structure described above is very similar to the electrode disclosed in DE-OS 3,519,573. It also consists of parallel arranged on a power distributor elements rectangular cross section whose distance from each other is a few millimeters. In addition, the membrane facing the end faces of the elements on a plurality of recesses. The webs between them are not electrocatalytically coated and lie on the membrane. Thus, the available reactive surface is only about 10% of the membrane area. Due to relative movements between the electrode and the membrane, the webs can cause local damage to the membrane. Eel e electrode assembly having a plurality of thin, sheet-like electrode elements, which are arranged closely adjacent to each other and folded at its back for attachment to support and current-carrying elements, is known from GB-PS 128436. In such an electrode, however, prepares the sufficient gas removal and a desired electrolyte exchange difficulties.

Als Vertreter des zweiten Grundtyps gasentwickelnder metallischer Elektroden ist in der DE-OS 2735238 eine Elektrode mit vortikalen jalousieartigen Elementen, die durch Herauspressen aus einem Blech erzeugt werden, beschrieben. Diese Elektrodenstruktur verursacht erhebliche Feldstärkeunterschiede und damit stark unterschiedliche Belastungen der Elektrodenfläche. An den der Membran zugewandten Kanten der jalousieartigen Elemente ist ein erhöhter Verschleiß der elektrolytischen Schicht zu erwarten.As representative of the second basic type of gas-generating metallic electrodes, DE-OS 2735238 describes an electrode with vortical louver-like elements which are produced by pressing out of a metal sheet. This electrode structure causes considerable field strength differences and thus greatly different loads on the electrode surface. At the edges of the louver-like elements facing the membrane, increased wear of the electrolytic layer is to be expected.

Jalousieartige Elemente in überwiegend horizontaler Anordnung sind in DD-PS 250026 beschrieben worden. Das sehr scharfkantig ausgebildete Jalousieende verursacht eine starke Feldstärkeüberhöhung sowie eine erhebliche mechanische und thermische Belastung der Membran.Venetian blind elements in predominantly horizontal arrangement have been described in DD-PS 250026. The very sharp-edged jalousie end causes a strong field strength increase as well as a considerable mechanical and thermal load on the membrane.

Die DE-OS 3625506 offenbart eine Elektrode mit einer Anzahl im wesentlichen waagerechter, rechteckiger Öffnungen, denen Brücken- oder Fahnenteile zugeordnet sind. Auch diese Elektrode kann die Ausbildung eines relativ großen Gasblasenanteils im Raum zwischen der Elektrode und der Membran nicht verhindern.DE-OS 3625506 discloses an electrode having a number of substantially horizontal, rectangular openings, which bridge or flag parts are assigned. Also, this electrode can not prevent the formation of a relatively large gas bubble portion in the space between the electrode and the membrane.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Entwicklung einer Elektrode für gasentwickelnde elektrolytische Prozesse, die bei konstruktiv einfachem Aufbau eine hohe Effektivität dieser Prozesse gewährleistet.The object of the invention is the development of an electrode for gas-producing electrolytic processes, which ensures a high efficiency of these processes with a structurally simple construction.

Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, eine Elektrode für gasentwickelnde elektrolytische Prozesse zu schaffen, deren Struktur eine wesentliche Herabsetzung der ohmschen Leistungsverluste und dadurch eine Erhöhung der spezifischen elektrischen Belastung der Elektroden bewirkt; jedoch soll gleichzeitig der Grad der Gasanreicherung an den Elektrodenflächen trotz gesteigerter Gasproduktion erheblich vorringert werden.In particular, it is an object of the invention to provide an electrode for gas-developing electrolytic processes, the structure of which causes a substantial reduction of the ohmic power losses and thereby an increase in the specific electrical load on the electrodes; However, at the same time the degree of gas enrichment at the electrode surfaces should be significantly advanced despite increased gas production.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved according to the features of claim 1.

Vorzugsweise sind die Elektrodenelemente dünne Lamellen, Bänder oder Folien mit einer Dicke bis zum 3fachen eines mittleren Gasblasen-Ablösedurchmessers. Als Blasenablösedurchmesser gilt der Durchmesser einer sich von ihrem Bildungskeim entfernenden Blase unter den gegebenen realen Prozeßbedingungen an einer Elektrode der erfindungsgemäßen Bauart. Als eine sich von ihrem Bildungskeim entfernende Blase soll auch diejenige angesehen werden, die sich infolge der Adhäsion auf der Elektrodenoberflächo bewegt.Preferably, the electrode elements are thin lamellae, tapes or foils having a thickness of up to 3 times a mean gas bubble peel diameter. The bubble peel diameter is the diameter of a bubble removing from its formation nuclei under the given real process conditions on an electrode of the type according to the invention. As a bubble removing from its germ of education, the one moving on the surface of the electrode as a result of the adhesion should also be considered.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird gewährleistet, daß die Kapillarwirkung der Elektrode, ausgehend von dem Bereich zwischen den Elementen, auch die auf den (zumeist abgerundeten) Stirnflächen gebildeten Gasbiasen beeinflußt und selbst dann in den Kapillarspalt hinein saugt, wenn zwischen der Elektrode und der Membran ein Abstand belassen wurde. Die Breite der Elektrodenelemente ist vorzugsweise wesentlich größer als deren Dicke und beträgt bevorzugt mindestens das 10fache der Breite des Kapillarspaltes. Dadurch wird in der Elektrode ein zweidimensional wirkendes kapillares System geschaffen, das das Eintragen von Turbulenzen aus dem Entgasungsraum des Elektrolyten in den Reaktionsraum zwischen der Elektrode und der Membran verhindert. Eine Beeinflussung bzw. Störung des Blasenbildungsprozesses und des Blasentransportes in den Kapillarspalt ist damit ausgeschlossen, Der Gastransport durch die Elektrode erfolgt gerichtet, bevorzugt quer zur Elektrodenebene über die nur sehr geringe Strecke entsprechender Breite der Elektrodenelemente. Ursache hierfür ist die erhebliche relative Volumenvergrößerung im Reaktionsraum infolge des Blasenbiidungsprozesses. Dies führt dort zu einer Druckerhöhung und Verdrängungsreaktion. In gleichem Maße, wie das Gas aus dem Reaktionsraum und der Elektrode gedrängt wird, strömt Elektrolyt durch den Kapillarspalt turbulenzfrei zu den reaktiven Flächen der Elektrode nach. Der hohe Elektrolytaustausch verhindert die Verarmung des Elektrolyten auch in seiner Grenzschicht, da der Flüssigkeitstransport aufgrund der Kapillarkräfte unmittelbar auf der Elektrodenoberfläche erfolgt.The solution according to the invention ensures that the capillary action of the electrode, starting from the region between the elements, also influences the gas biases formed on the (mostly rounded) end faces and sucks into the capillary gap even if between the electrode and the membrane Distance was left. The width of the electrode elements is preferably substantially greater than their thickness and is preferably at least 10 times the width of the capillary gap. As a result, a two-dimensionally acting capillary system is created in the electrode, which prevents the introduction of turbulence from the degassing space of the electrolyte into the reaction space between the electrode and the membrane. An influence or disturbance of the bubble formation process and the bubble transport in the capillary gap is thus excluded, the gas transport through the electrode is directed, preferably transversely to the electrode plane over the only very short distance corresponding width of the electrode elements. The reason for this is the considerable relative increase in volume in the reaction space as a result of the bubble formation process. This leads there to an increase in pressure and displacement reaction. To the same extent as the gas is forced out of the reaction chamber and the electrode, electrolyte flows through the capillary gap without turbulence to the reactive surfaces of the electrode. The high electrolyte exchange prevents the depletion of the electrolyte even in its boundary layer, since the liquid transport takes place directly on the electrode surface due to the capillary forces.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind in den üorigen Unteransprüchen dargelegt. Nachfolgend wird der Gegenstand der Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles und der Figuren näher erläutert. Es stellen darFurther advantageous embodiments of the subject invention are set forth in the oorigen dependent claims. The object of the invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment and the figures. It represents

Fig. 1: zwei Kapillarspaltelektroden als Kathode und Anode mit zwischenliegendem Trennelement Fig. 2: eine maßstabgetreue Vergrößerung des Ausschnittes einer realen Kopillarspaltelektrode(M: ca. 10:1) Fig. 3: einen vergrößerten Ausschnitt A der Kapillarspaitolektrode.1: two capillary gap electrodes as cathode and anode with intermediate separating element FIG. 2: a scale-true enlargement of the section of a real copilar gap electrode (M: approx. 10: 1) FIG. 3: an enlarged section A of the capillary particle electrode.

Die Erfindung betrifft eine hydrodynamisch „aktiv" wirkende, gasontwickelnde Kapillarspaltelektrode. Sie ist aus zueinander parallel angeordneten Elementen 1 aufgebaut, deren Dicke 3 und Abstand 4 zueinander um ein bis zwei Größenordnungen geringer sind als bei bekannten Elektroden.The invention relates to a hydrodynamically "active" acting gas-entraining capillary gap electrode which is constructed of elements 1 arranged parallel to one another and whose thickness 3 and distance 4 are smaller by one to two orders of magnitude than in known electrodes.

Die Dicke 3 der Elemente 1, die Bänder, Folien, Lamellen oder dgl. sein können, beträgt höchstens das 3fache des mittleren Blasenablösedurchmessers. Zwischen den Elementen 1 ist ein den Kapillareffekt hervorrufender Spalt 4 belassen. Die Fixierung der Elemente 1 zueinander kann beispielsweise durch mehrere die Elemente 1 durchdringende Drähte erfolgen. Zwischen den Elementen 1 können auf den Drähten Abstandshalter zur Gewährleistung des Kapillarspaltes angeordnet sein. Diese Maßnahmen erlauben die einfache Bereitstellung einer in ihrer Breite festgelegten transportierbaren und montierbaren Kapillarspalteloktrode.The thickness 3 of the elements 1, which may be tapes, sheets, fins or the like, is at most 3 times the average bubble peel diameter. Between the elements 1, a capillary effect causing gap 4 is left. The fixation of the elements 1 to each other can be done for example by a plurality of elements 1 penetrating wires. Between the elements 1 spacers can be arranged on the wires to ensure the capillary gap. These measures allow the simple provision of a transportable and mountable Kapillarspalteloktro defined in their width.

Besonders wirtschaftlich ist die Herstellung von Elementen 1 uus giasmetallischen Folienbändern, die nach dem Schmeizspinnverfahren erzeugt wurden. Sie besitzen glatte Oberflächen und Kanten und weisen meistens eine Dicko 3 von 20μηι bis 100pm auf. Der bevorzugte Bereich der Elementendicke liegt um 40um; die Breite der Bänder beträgt ca. 5 mm. Bei Verwendung von ca. 40 Elementen 1 je Zentimeter stellt sich ein durchschnittlicher Kapillarspalt 4 von 0,2 mm Breite ein. Eine Elektrode aus einer Vielzahl an sich sehr flexibler Einzelelemente stellt in der beschriebenen dichten Packung ein mechanisch hochbelastbares und dennoch an eine ebene Fläche vollständig anschmiegbares Gebilde dar. An diese Flächen müssen keine hohen Anforderungen hinsichtlich Ebenheit, Verwerfung u.a. gestellt werden.The production of elements is particularly economical 1 giasmetallischen foil tapes, which were produced by the melt spinning process. They have smooth surfaces and edges and usually have a thickness 3 from 20μηι to 100pm. The preferred range of element thickness is around 40um; the width of the bands is about 5 mm. When using about 40 elements 1 per centimeter, an average capillary gap 4 of 0.2 mm width is established. An electrode of a plurality of very flexible individual elements is in the described dense packing a mechanically highly resilient and yet completely conformable to a flat surface structure. On these surfaces no high requirements in terms of flatness, warp u.a. be put.

Figur 1 zeigt zwei Kapillarspaltelektroden 8 als Kathode und Anode mit zwischenliegendem Trennelement 7 (z.B. Membran) im sogenannten Null-Abstand. Die erfindungsgemäße Elektrodenstruktur erlaubt großflächig einen konstanten und geringen Elektrodenabstand, welcher der Dicke des Trennelementes 7 entspricht. Die Anschmiegsamkeit der Kapillarspaltelektrode gewährleistet darüber hinaus eine gleichmäßige Druckverteilung über das Trennelement 7, was nicht nur dessen Beschädigung verhindert, sondern auch den lonenstrom bzw. den Elektrolytstrom nicht beeinträchtigt. Der Raum, der sich an die Elektrodenfläche anschließt, welche dem Trennelement 7 abgewandt ist, dient als Entgasungsraum für den Elektrolyten. Figur 2 und 3 zeigen vergrößerte, maßstäbliche Ausschnitte der Kapillarspaltelektrode. Die verwendeten Elemente 1 besitzen eine Dicke 3 von ca. 30μηι und eine Breite 5 von ca. 5mm. Der Spalt 4 zwischen den Elementen 1 entspricht etwa 200|im. Die hervorgehobenen Flächen 2 der Elemente 1 (siehe Fig. 3) stellen die Bereiche mit hoher elektrolytischer Reaktivität dar. Ihr flächenspezifischer Umsatz entspricht ungefähr dem auf den Stirnflächen der Elemente 1. Diese reaktionsstarken, am Umsatz wesentlich beteiligten Flächen 2 erstrecken sich quer zur Elektrodenebane auf eine Tiefe, die etwa der Breite des Spaltes 4 entspricht. Zur besseren Darstellbarkeit wurde die Breite des Spaltes 4 im Vergleich zur Dicke und Breite der Elemente 1 auf das 3fache gestreckt.Figure 1 shows two capillary gap electrodes 8 as cathode and anode with intermediate separator 7 (e.g., membrane) in the so-called zero distance. The electrode structure according to the invention allows a large and constant electrode spacing, which corresponds to the thickness of the separating element 7 over a large area. The conformability of the Kapillarspaltelektrode also ensures a uniform pressure distribution over the separator 7, which not only prevents its damage, but also does not affect the ion current or the electrolyte flow. The space, which adjoins the electrode surface, which faces away from the separating element 7, serves as a degassing space for the electrolyte. Figures 2 and 3 show enlarged, scaled sections of the capillary gap electrode. The elements 1 used have a thickness 3 of about 30μηι and a width 5 of about 5mm. The gap 4 between the elements 1 corresponds to about 200 | im. The highlighted areas 2 of the elements 1 (see FIG. 3) represent the regions with high electrolytic reactivity. Their area-specific conversion corresponds approximately to that on the end faces of the elements 1. These highly reactive surfaces 2, which have a substantial turnover, extend transversely to the electrode plane a depth that corresponds approximately to the width of the gap 4. For better illustration, the width of the gap 4 was stretched 3 times compared to the thickness and width of the elements 1.

Die Kapillarspaltelektrode wirkt wie folgt:The capillary gap electrode acts as follows:

Die hohe Anzahl der Elemente 1 der Elektrode 8 (ca. 40 bis 50 Elemente 1 je cm) stellt eine im Vergleich zum bekannten Stand der Technik hochgradige Vergleichmäßigung der Elektrodenoberfläche dar. Verbunden damit ist eine adäquate Vergleichmäßigung des elektrischen Feldes sowie der Stromdichtebelastung. Folglich wird eine Überlastung (und damit frühzeitiger Verschleiß) der elektrokatalytischen Beschichtung vermieden. Darüber hinaus ist es gelungen, die an der Reaktion beteiligte Fläche auf einen Wert größer der Konstruktionsfläche zu steigern. Unter günstigen Bedingungen kann das Verhältnis von aktiver Reaktionsfläche zu Konstruktionsfläche um den Wert 2 liegon.The high number of elements 1 of the electrode 8 (about 40 to 50 elements 1 per cm) represents a high degree of homogenization of the electrode surface compared to the known prior art. Associated with this is an adequate equalization of the electric field and the current density loading. Consequently, an overload (and thus premature wear) of the electrocatalytic coating is avoided. In addition, it has been possible to increase the area involved in the reaction to a value greater than the construction area. Under favorable conditions, the ratio of active reaction area to construction area can lie around the value 2.

Die an den Stirnflächen und den reaktiven Flächen 2 der Elemente 1 gebildeten Gasblasen befinden sich im Einflußbereich des Kapillarspaltes. Infolge der Gasblasenbildung kommt es im Raum, der vom Trennelement 7 (z. B. Membran) und der Elektrode 8 begrenzt wird, zu einem Druckaufbau, welcher die Ursache für den Gastransport bevorzugt quer zur Elektrodenebene darstellt. In Figur 3 wird der Weg einer Gasblase 6 durch die Kapillarspaltelektrode 8 gezeigt. Im gleichen Maße wird der Elektrolyt zwischen Entgasungsraum und Reaktionsraum ausgetauscht. Die Gasblasenbelastung im Reaktionsraum zwischen Elektrode und Trennelement 7 (bei Elektrodenabstand größer Null) ist äußerst gering. Es gibt praktisch kaum noch im Elektrolyten des Reaktionsraumes frei bewegliche Gasblasen. Sie werden überwiegend unter der Wirkung des Kapillareffektes auf der Elektrodenoberfläche bewogt und in den Kapillarspalt „gesaugt". Hierdurch konnte eine wesentliche Reduzierung des elektrischen Widerstandes des Elektrolyten erreicht werden.The gas bubbles formed on the end faces and the reactive surfaces 2 of the elements 1 are in the range of influence of the capillary gap. As a result of the gas bubble formation occurs in the space bounded by the separating element 7 (eg membrane) and the electrode 8, to a pressure build-up, which is the cause of the gas transport preferably transverse to the electrode plane. In FIG. 3, the path of a gas bubble 6 through the capillary gap electrode 8 is shown. To the same extent, the electrolyte is exchanged between the degassing space and the reaction space. The gas bubble load in the reaction space between electrode and separator 7 (at electrode gap greater than zero) is extremely low. There are hardly any free bubbles of gas in the electrolyte of the reaction space. They are predominantly acted upon by the capillary effect on the electrode surface and "sucked" into the capillary gap, which has led to a substantial reduction in the electrical resistance of the electrolyte.

Bei Verwendung der Kapillarspaltelektroden gemäß Figur 1 im sogenannten Null-Abstand, wobei also die Stirnflächen der Elemente 1 der Elektroden 8 direkt auf dem Trennelement 7 aufliegen, existiert kein über die gesamte Elektrodenfläche sich erstreckender Reaktionsraum. Er wird dann gebildet aus der Summe aller Teilräume der Kapillarspalten, in denen elektrochemische Reaktionen ablaufen.When using the Kapillarspaltelektroden according to Figure 1 in the so-called zero distance, so that the end faces of the elements 1 of the electrodes 8 rest directly on the separator 7, there is no over the entire electrode surface extending reaction space. It is then formed from the sum of all subspaces of the capillary gaps in which electrochemical reactions take place.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß die Breite 5 der Elemente 1 den Bedürfnissen bezüglich eines möglichst geringen ohmschen Spannungsabfalles im Elektrodenwerkstoff angepaßt werden kann. Die erfindungsgemäße Elektrodenstruktur ist hervorragend für den Einsatz in Gas-Lift-Zellen geeignetIt should be noted that the width 5 of the elements 1 can be adapted to the needs for the lowest possible ohmic voltage drop in the electrode material. The electrode structure according to the invention is outstandingly suitable for use in gas-lift cells

Vorteile der Kapillarspaltelektrode: Advantages of the capillary gap electrode:

- Sehr geringe Gasblasenbelastung des Elektrolyten im Reaktionsraum durch einen gerichteten Gasblasentransport innerhalb der Kapillarspaltelektrode,Very low gas bubble loading of the electrolyte in the reaction space due to a directed gas bubble transport within the capillary gap electrode,

- gleichmäßiger und feinstrukturierter Elektrodenaufbau,uniform and finely structured electrode structure,

- dadurch: gleichmäßige Strombelastung und Auslastung der zur Verfügung stehenden Reaktiorisfläche, keine lokale Erosion der Elektrodenoberfläche, insbesondere der elektrokatalytischen Beschichtung,- by: uniform current load and utilization of the available Reaioriorisfläche, no local erosion of the electrode surface, in particular the electrocatalytic coating,

- mechanisch belastbare, aber dennoch flexible und somit anschmiegsame Elektrodenstruktur.- mechanically loadable, but still flexible and thus conformable electrode structure.

Im einzelnen wird erreicht:In detail, it is achieved:

- Verringerung der Gasblasenbolastung des Elektrolyten zwischen den Elektroden und des Gasblasonbedeckunßsgrados auf den Reaktionsflächen der Elektroden,Reduction of the gas bubble density of the electrolyte between the electrodes and the gas bubble tone degree on the reaction surfaces of the electrodes,

- Gewährung eines gerichieten Gastransportes während des Prozessas durch die Elektrodenstruktur,Providing a gas transport during the process through the electrode structure,

- Verbesserung des Verhältnisses von aktivei Elektrodenfläche zu Konstruktionsflöche,Improvement of the ratio of active electrode surface area to construction surface,

- Herabsetzung lokaler Feldstärkeüberhöhung und Ausbildung eines annähernd homogenen elektrischen Feldes zur Vergleichmäßigung der Belastung der zur Reaktion zur Verfugung stehenden Elektrodenfläche.- Reduction of local field strength overshoot and formation of an approximately homogeneous electric field to equalize the load of standing for reaction electrode surface.

Claims

1. Electrode for gas-producing electrolytic processes, consisting of a plurality of mutually substantially parallel elements, characterized in that the electrode is a Kapillarspaltelektrode (8) whose elements (Dzueinandet leaving the capillary effect causing and gas transport through the electrode gestattenden capillary (4) are arranged.

2. An electrode according to claim 1, characterized in that the elements (1) are thin fins,

3. An electrode according to claim 1, characterized in that the elements (1) are thin bands.

4. An electrode according to claim 1, characterized in that the elements (1) are thin films.

5. Electrode according to at least one of the preceding claims 1 to 4, characterized in that the elements (1) have a thickness up to three times a mean Gasblassndurchmessers a gas bubble (6), which separates under the given electrolysis conditions of the Kapijlarspaltelektrode (8) or moving along the electrode surface.

6. Electrode according to at least one of the preceeding claims 1 to 5, characterized in that the thickness of the elements (1) in the order of the capillary gap (4) lies between them.

7. An electrode according to at least one of the preceding claims 1 to 6, characterized in that the thickness of the elements (1) is approximately 20 to 100 μm, preferably 40 μm.

8. An electrode according to at least one of the preceding claims 1 to 7, characterized in that the capillary gap (4) is about 150 to 20Gmm.

9. An electrode according to at least one of the preceding claims 1 to 8, characterized in that the elements (1) have a width (5) which is at least ten times the width of the capillary gap (4).

10. An electrode according to claim 9, characterized in that the elements (1) have a width (5) of about 5mm.

11. An electrode according to at least one of the preceding claims 1 to 10, characterized in that approximately 40 to 50 elements (1) are arranged on an electrode length of 1 cm.

12. An electrode according to at least one of the preceding claims 1 to 11, characterized in that the elements (1) each have a highly reactive edge region (2) with high electrolytic reactivity.

13. An electrode according to claim 12, characterized in that the width of the highly reactive edge region (2) corresponds substantially to the width of the capillary gap (4).

14. An electrode according to at least one of the preceding claims 1 to 13, characterized in that the capillary gap (4) between the elements (1) is ensured by spacers.