專利名稱：電化學(xué)半電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種特別用于電解堿金屬氯化物的水溶液的具有氣體擴(kuò)散電極的電化學(xué)半電池。
氣體擴(kuò)散電極在堿金屬氯化物電解中作為可消耗的氧陰極的應(yīng)用有利地包括氣體擴(kuò)散電極前面的氫氧化鈉溶液的與高度相關(guān)的壓力和氣體擴(kuò)散電極后面的氧的恒定壓力之間的壓力補(bǔ)償，這種應(yīng)用是氣袋的形式的，如EP-A-0 717 130中所示。在這種情況下，已經(jīng)驗(yàn)證了氣體以確保氣袋有效通風(fēng)的這種方式傳送是有利的，如US-A 6,165,332中所述。
通過(guò)氣袋進(jìn)行壓力補(bǔ)償?shù)牧硪环N改進(jìn)描述于EP-A-0 946 791中，并且涉及到可拆卸的氣袋。然而，技術(shù)試驗(yàn)卻揭示出了很多缺點(diǎn)，特別是涉及以下方面在后面通過(guò)將可彎軟管法蘭連接到氣袋后側(cè)的接頭上來(lái)進(jìn)行的氧源連接是非常費(fèi)力和困難的。操作包括將氧源連接到氣袋的遠(yuǎn)離氣體擴(kuò)散電極的后側(cè)上。而且，在氣袋上存在突出的接頭是麻煩的并且在某些情況下會(huì)導(dǎo)致機(jī)械損害，這些短管實(shí)際上超過(guò)兩米長(zhǎng)且大約30厘米寬。另一個(gè)缺點(diǎn)是由于設(shè)計(jì)原因需要備有兩種氣袋，即，氣體入口孔布置于氣袋右側(cè)而氣體出口孔布置于氣袋左側(cè)的氣袋，以及相反地，氣體入口孔布置于左側(cè)而氣體出口孔布置于右側(cè)的氣袋。以上述方式擰到氣袋上也被證明是費(fèi)力的并且需要改進(jìn)。
本發(fā)明的目的是提供一種更換起來(lái)簡(jiǎn)單的氣袋。
根據(jù)本發(fā)明，該目的通過(guò)權(quán)利要求1的特征實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明涉及一種電化學(xué)半電池，其中以一個(gè)氣體擴(kuò)散電極作為陰極或陽(yáng)極，通過(guò)氣袋作為壓力補(bǔ)償氣源，其方式是可拆卸的氣袋在所有的拆卸和安裝操作期間被設(shè)計(jì)成這樣，使得它們可以從氣體擴(kuò)散電極的一側(cè)進(jìn)行操作，并且氣袋與支承著氣袋的半殼框架狀支承結(jié)構(gòu)等的機(jī)械和電連接優(yōu)選地又通過(guò)可容易松脫的連接件來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，術(shù)語(yǔ)“半殼”應(yīng)被理解為指這樣的空間，該空間容納著以下結(jié)構(gòu)用于容納電解液的電極空間，用于容納氣體的由氣袋形成的氣體空間，以及分別將兩個(gè)氣袋相互連接的連接通道，并且該空間使得可與氣體擴(kuò)散電極進(jìn)行電接觸?？蚣軤钪С薪Y(jié)構(gòu)等設(shè)置在半殼中以便于連接氣袋。
根據(jù)本發(fā)明，電化學(xué)半電池具有一供氣連接件，該供氣連接件布置在氣袋和將兩個(gè)氣袋相互連接的氣體連接通道之間并且可以從氣體擴(kuò)散電極的一側(cè)拆下。為此，優(yōu)選的是，帶有螺紋頭和密封裝置的固定部分或分配板將在氣體連接通道處，特別是在氣體連接通道的前壁處被布置為供氣連接件的一個(gè)元件。固定部分可松脫地連接到配合件上，該配合件連接到氣袋上，特別是連接到氣袋的后壁上。配合件優(yōu)選地具有引向氣袋的氣體入口孔，并且氣體擴(kuò)散電極具有相對(duì)于氣袋氣密的開口。這就形成了從氣袋后壁延伸到氣體擴(kuò)散電極的通孔。固定部分和配合件以這種方式設(shè)計(jì)，使得一個(gè)或兩個(gè)部分的連接元件可從氣體擴(kuò)散電極一側(cè)進(jìn)行操縱，即從前方進(jìn)行操縱。通過(guò)簡(jiǎn)單地松脫連接件，這就使得氣袋可以更換和/或拆下。為此，可能還需要松脫氣袋的邊界部位中的連接元件，這些連接元件連接到半電池的支承結(jié)構(gòu)等上。
根據(jù)本發(fā)明的半電池的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于氣袋沒有任何的接頭。作為替代的是，氣袋是平的易于處理的單元。
氣源優(yōu)選地配裝在氣袋的一端上的中部。氣體出口孔設(shè)置在氣袋的另一端處，既位于底部又位于頂部。這樣做的優(yōu)點(diǎn)在于只需要構(gòu)造一種氣袋，這是因?yàn)楦鶕?jù)向氣袋中的氣體供應(yīng)是向右發(fā)生還是向左發(fā)生，位于頂部的氣體出口孔封閉，而位于底部的那些出口孔則打開或者配裝上。因此，氣袋的氣體出口總是位于底部的，而不管氣袋是怎樣配裝的。在這種情況下，氣體連接通道可以作為與氣袋無(wú)關(guān)的固定單元安裝在半殼中。
已經(jīng)驗(yàn)證了以下情況是有利的氣袋的后壁設(shè)置有在所有側(cè)邊上突出的突出部并且這個(gè)突出部將連接到支承結(jié)構(gòu)上，以便于氣袋安裝在半電池中，即氣袋將連接到支承結(jié)構(gòu)上，這在EP-A-0 946 791中是通過(guò)螺紋連接件或夾持帶來(lái)可松脫地實(shí)現(xiàn)的。氣袋在縱向側(cè)邊上的突出部?jī)?yōu)選地用于這種目的，而窄側(cè)邊上的突出部向上彎曲到半殼的密封表面的位置并且被推壓在密封件的下面。
如果已知的是使用了根據(jù)DE-A 100 27 339的尺寸穩(wěn)定的氣體擴(kuò)散電極，那么它們的沒有涂覆催化劑材料的剛性邊緣部位可以成Z形向下彎曲到氣袋后壁的位置并且在這個(gè)位置可以連接到氣袋的后壁。因此，在這種情況下，后壁的突出部可以連接到支承結(jié)構(gòu)上以便將氣袋固定在半電池中，其中氣體擴(kuò)散電極的剛性邊緣部位保持在該后壁的突出部上。
在所有情況下，氣袋都可以使用特殊的自定心螺紋件或使用張拉鉚釘連接到半殼的支承結(jié)構(gòu)上。在這種情況下，氣袋附近的突出部彼此重疊。在氣袋后面對(duì)電解液的密封可以通過(guò)引入都帶有配合孔的彈性密封件和預(yù)加應(yīng)力的金屬部分來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種密封是需要的以便避免旁路流出電解液間隙，流體通過(guò)該間隙被迫進(jìn)入后面的空間。這種預(yù)應(yīng)力使得可以與保持結(jié)構(gòu)進(jìn)行連續(xù)的線性電接觸。而且，在這里，通過(guò)涂覆有貴金屬例如銀或金的涂層的接觸部位可以使電阻損失減到最小。
另一種方案是，氣袋也可以通過(guò)熔焊或者釬焊而固定到半殼中。然而，優(yōu)選地選擇可松脫的連接，這種連接提供了直接在現(xiàn)場(chǎng)，即在氯制備廠中安裝和拆卸單個(gè)氣袋的選擇?？梢詥为?dú)進(jìn)行處理的氣袋的優(yōu)點(diǎn)例如在于，例如當(dāng)由于磨損或損壞或者因?yàn)閷?duì)通過(guò)氣體擴(kuò)散電極的任何不正確的氣體穿透進(jìn)行質(zhì)保檢查，所以氣體擴(kuò)散電極被更換時(shí)，配裝氣體擴(kuò)散電極是相當(dāng)容易的。
優(yōu)選地，選擇鎳作為用于構(gòu)造氣袋和氣體連接通道的材料。另一種方案是，還可以使用耐堿性的、不含洗出液的特種鋼化合物，例如哈司特鎳合金。氣體擴(kuò)散電極基本上是位于導(dǎo)電載體例如金屬網(wǎng)、無(wú)紡或紡織的織物上的電化學(xué)活性的涂層，該涂層包括催化金屬和/或形成催化劑的金屬的非金屬化合物例如氧化銀(I)，以及粘接劑例如聚合物，該聚合物例如為聚四氟乙烯(PTFE)。此外，該載體可以是碳網(wǎng)、碳的無(wú)紡織物或碳的紡織物或者由其他導(dǎo)電材料制成的相對(duì)應(yīng)的網(wǎng)等等，下面將根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例并且參考附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明，其中

圖1示出了通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的氣袋的示意性縱向截面圖；圖2示出了沿圖1中的線A-A’通過(guò)氣袋的示意性部分截面圖；圖3示出了通過(guò)氣袋的另一個(gè)實(shí)施例的示意性部分截面圖；圖4示出了圖2中所示的供氣連接件的放大圖；以及圖5示出了通過(guò)供氣連接件的另一個(gè)實(shí)施例的對(duì)應(yīng)于圖4的示意性截面圖。
下述根據(jù)本發(fā)明的氣袋在堿金屬氯化物的水溶液的電解期間用于陰極半電池中。在這種情況下，氣體擴(kuò)散電極作為耗氧陰極進(jìn)行操作。
氣袋2設(shè)置有可拆卸的供氣連接件3，該供氣連接件3在縱向側(cè)邊37、38之間對(duì)稱地或者居中地布置在氣袋的一側(cè)上(圖1)。對(duì)于出口孔30和30’來(lái)說(shuō)，只有那些位于底部的孔是打開的。因此，帶有位于左側(cè)的供氣連接件的氣袋的設(shè)計(jì)與那些帶有位于右側(cè)的供氣連接件的氣袋的設(shè)計(jì)相同。因此，只有一種基本形式的氣袋，這些氣袋布置于彼此之上，而供氣連接件交替地布置在左側(cè)或者右側(cè)。
供氣連接件3包括一個(gè)固定部分6(圖2和4)以及配合件7，該固定部分連接到氣體連接通道1的前壁4上，該配合件7是可拆卸的氣袋2的部分。氣體連接通道1用于連接位于彼此之上的兩個(gè)氣袋2。從下部氣袋排出的氣體流過(guò)氣體連接通道進(jìn)入上方的氣袋。對(duì)于氣源來(lái)說(shuō)，底部氣袋具有供氣接頭，并且另一個(gè)連接件被設(shè)置用于氣體排放，而氣體可以與電解液一起通過(guò)氣體排放接頭排放掉。氣袋2通過(guò)固定部分6和配合件7之間的螺紋連接而連接到氣體連接通道1，其中穿過(guò)配合件7中的通孔19經(jīng)一個(gè)固定銷例如螺紋銷15和螺母16與墊圈17來(lái)實(shí)現(xiàn)。通孔19從后壁5延伸到氣體擴(kuò)散電極22，因此可以從前面使用，即，可以從氣體擴(kuò)散電極22所布置的一側(cè)進(jìn)行操縱。簡(jiǎn)單地松開螺母16就可以使供氣連接件3松脫，并且在與支承結(jié)構(gòu)33的連接松脫之后可以拆下氣袋2，這種與支承結(jié)構(gòu)的連接在示例性實(shí)施例中被表示構(gòu)制為鉚釘連接34(圖2)。在這種情況下，氣體分別通過(guò)固定部分6和配合件7中的相配合的通路或氣體通道8和10傳送，而補(bǔ)償通道9用于在氣體通道8、10的對(duì)齊狀態(tài)較差例如偏移的情況下改善氣體傳送。在擰在一起的狀態(tài)下，位于相對(duì)應(yīng)的密封座11和12中的通孔外側(cè)和內(nèi)側(cè)的密封件13和14用于對(duì)電解液提供密封，因此用于避免發(fā)生不受控的氣體損失。
配裝在與氣袋2相關(guān)聯(lián)的配合件7的邊緣18上的擋板20，特別是金屬擋片，使進(jìn)入的氣體轉(zhuǎn)向?yàn)槠叫杏跉怏w擴(kuò)散電極22的流動(dòng)方向，因此避免了在氣體擴(kuò)散電極22的后側(cè)出現(xiàn)不可接受的高的氣體速度。
氣體擴(kuò)散電極22與邊緣18的連接可以通過(guò)合適的焊接方式(超聲波或激光焊接)或通過(guò)釬焊來(lái)進(jìn)行。另一種方案是，可以選擇帶有密封件25的螺紋連接件16’(圖5)，該螺紋連接件以這種方式設(shè)計(jì)，使得一方面的配合件7和固定部分6以及另一方面的氣體擴(kuò)散電極22和邊緣18固定地相互連接，即以氣密的方式相互連接。
氣袋2本身設(shè)置有邊沿21，其高度限定了后壁5和氣體擴(kuò)散電極22之間的距離。后壁5、邊沿21和氣體擴(kuò)散電極22優(yōu)選地通過(guò)超聲波或激光焊接而連接起來(lái)，使用設(shè)計(jì)為邊緣保護(hù)器的角板24來(lái)有利地進(jìn)行焊接。這就構(gòu)成了氣袋電極單元。
另一種方案是，氣袋也可以由尺寸穩(wěn)定的氣體擴(kuò)散電極36(圖3)形成，其部位35在邊緣部位中沒有涂覆催化劑材料，該部位35成Z形向下彎曲到氣袋后壁5的位置，并且在這個(gè)位置例如通過(guò)熔焊或釬焊而連接到氣袋2的后壁5上。如果Z形部的側(cè)面選擇為小于90°，那么在任何情況下位于底部的出口孔30都處于低于氣體擴(kuò)散電極的反應(yīng)區(qū)的底部邊緣的位置，因此確保良好地去除了冷凝物，而不會(huì)潤(rùn)濕反應(yīng)區(qū)。在兩種情況下，可松脫的供氣連接件3配裝在氣袋電極單元上的方式是相同的。
氣袋又通過(guò)螺紋連接件或鉚釘連接件34可松脫地固定到屬于陰極半電池(圖2)的固定軌道33上。為了在兩個(gè)部件之間實(shí)現(xiàn)特別好的電接觸并且同時(shí)避免氣袋的前側(cè)與后側(cè)之間出現(xiàn)電解液的泄流，預(yù)加應(yīng)力的異型金屬帶31及其下方的永久性彈性密封件32通過(guò)螺紋連接件/鉚釘連接件而被壓住，由此產(chǎn)生了氣袋電極單元的固定點(diǎn)之間的線接觸，其中該預(yù)加應(yīng)力的異型金屬帶31被穿孔以便與氣袋和固定軌道中的穿孔相匹配。
所有這些變型方案的優(yōu)點(diǎn)在于，氣袋電極單元可以使用已經(jīng)測(cè)試過(guò)密閉性的部件來(lái)更換，氣袋電極單元形成平的結(jié)構(gòu)而沒有突出的部分，因此它們是易于進(jìn)行處理的。如果氣袋電極單元的可松脫連接也選定了，它們可以在裝置中就地更換。
權(quán)利要求
1.一種特別用于電解堿金屬氯化物的水溶液的電化學(xué)半電池，其至少包括一用于容納電解液的電極空間，其具有一個(gè)電解液供給部分和一個(gè)電解液排放部分；一由多個(gè)氣袋(2)形成的用于容納氣體的氣體空間、每個(gè)氣袋具有一個(gè)后壁(5)和一個(gè)作為陰極或陽(yáng)極的氣體擴(kuò)散電極(22)，該電極將氣體空間與電極空間分開；一連接通道(1)，該連接通道將兩個(gè)氣袋相互連接起來(lái)，經(jīng)出口孔(30；30’)從下部氣袋(2)排出的氣體通過(guò)該連接通道，經(jīng)一個(gè)供氣連接件(3)流入上方的氣袋(2)，其特征在于供氣連接件(3)可以從氣體擴(kuò)散電極(22)的一側(cè)拆下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)半電池，其特征在于供氣連接件(3)具有一個(gè)固定部分(6)以及一個(gè)配合件(7)，該固定部分連接到連接通道(1)上，特別是連接到連接通道(1)的前壁(4)上，該配合件連接到氣袋(2)上，特別是連接到氣袋(2)的后壁(5)上，該固定部分(6)和配合件(7)可松脫地相互連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電化學(xué)半電池，其特征在于配合件(7)具有一從后壁(5)延伸到氣體擴(kuò)散電極(22)的通孔(19)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電化學(xué)半電池，其特征在于通孔(19)用于容納一個(gè)連接到固定部分上的固定銷(15)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2-4中任一項(xiàng)所述的電化學(xué)半電池，其特征在于固定部分(6)和配合件(7)具有相互連通的氣體通道(8、10)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電化學(xué)半電池，其特征在于固定部分(6)和/或配合件(7)具有一個(gè)補(bǔ)償通道(9)以補(bǔ)償氣體通道(8、10)之間的任何偏移。
7.根據(jù)權(quán)利要求2-6中任一項(xiàng)所述的電化學(xué)半電池，其特征在于一個(gè)擋板(20)布置在配合件(7)中設(shè)置的氣體通道(10)和氣體擴(kuò)散電極(22)之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的電化學(xué)半電池，其特征在于供氣連接件(3)居中布置在氣袋(2)的兩個(gè)縱向側(cè)邊(37、38)之間，而且可以根據(jù)布置打開或關(guān)閉的出口孔(30；30’)分別設(shè)置在縱向側(cè)邊(37、38)上。
全文摘要
一種電化學(xué)半電池包括氣體擴(kuò)散電極(22)，該電極用作陽(yáng)極或陰極并且將電極空間與氣袋(2)分開。另外，所設(shè)置的多個(gè)氣袋(2)由氣體擴(kuò)散電極(22)和后壁(5)形成。設(shè)置有將兩個(gè)氣袋相互連接的氣體連接通道(1)，通過(guò)該氣體連接通道(1)，氣體經(jīng)供氣連接件(3)流入位于上方的氣袋中。為了能夠容易地拆下該連接件，供氣連接件(3)可從氣體擴(kuò)散電極(22)的一側(cè)進(jìn)行操縱。
文檔編號(hào)C25B15/08GK1575355SQ02821196
公開日2005年2月2日 申請(qǐng)日期2002年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月23日
發(fā)明者H·-D·平特, A·布蘭, W·克萊斯珀, F·格斯特爾曼 申請(qǐng)人:拜爾材料科學(xué)股份公司