專利名稱：單極離子交換隔膜電解質(zhì)電池組合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及單極型離子交換隔膜電解質(zhì)電池組合裝置。
對(duì)于產(chǎn)生氯和堿金屬氫氧化物的電解電池已提出了各種類型，其中離子交換隔膜用作隔板。許多情況下使用壓濾器型電解電池組合裝置，其中安裝固定有多個(gè)矩形框架(隔室框架)。
通常，電解電池的類型根據(jù)其電連接方式不同可分為串聯(lián)型雙極電解電池和并聯(lián)型單極電解電池。與本發(fā)明相關(guān)的單極型電解電池，具有電流容量控制簡單，以及對(duì)水銀劑方法或石棉隔板方法的變換容易等優(yōu)點(diǎn)。因此在實(shí)踐中發(fā)展了眾多的單極型電解電池。
一般對(duì)離子交換隔膜電解電池的要求是具有這樣一種功能即提供足夠電力(電流)給陽極和陰極和提供必要數(shù)量的電解質(zhì)以確保電極的反應(yīng);同時(shí)，允許離子交換隔膜在完成本身功能情況下使得電解作用的功率損耗減至最小，且不會(huì)損壞該離子交換隔膜。因此，對(duì)于單極型電解電池的結(jié)構(gòu)而言，供電給電池的方法，確定電解區(qū)域的大小和電極間的距離，等等，變?yōu)橹匾脑O(shè)計(jì)因子。
關(guān)于供電方法和確定電解區(qū)域大小的關(guān)系，通常隨電解區(qū)域的增大，供電方法也更趨復(fù)雜。
如，在日本未經(jīng)實(shí)審的專利No.67879/1983或日本經(jīng)實(shí)審的專利No.39238/1987中所揭示的單板型單極電池有簡單的結(jié)構(gòu)，因?yàn)殡姌O板自身用作電力供給元件，而且沒有其它電力供給裝置。然而，這樣的結(jié)構(gòu)難于應(yīng)用到大尺寸的電解電池，這是因?yàn)殡姌O板電阻引起的損耗隨電解區(qū)域的增大而增加，對(duì)于使用加強(qiáng)筋類型的單極電池，其電極固定到筋和/或桿上，如日本經(jīng)實(shí)審專利No.10956/1982或日本未經(jīng)實(shí)審專利No.210980/1982中所示，這樣便可能通過適當(dāng)安排電力供給桿和/或電力供給筋來自由調(diào)節(jié)電解區(qū)的大小。然而在這種情況下必須采用電力供給桿和/或筋，其結(jié)構(gòu)是復(fù)雜的。而且通過這些桿和/或筋進(jìn)行電力供給時(shí)有可觀的電壓損失。
本發(fā)明的目的之一，是減小電極間的距離，這也是電池結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要因子。減小電極間距離的目的在于減低電解時(shí)的電壓。即，當(dāng)電極間的距離增加時(shí)，則從陽極到陰極的電流通路亦增長，電解時(shí)電流通路產(chǎn)生的電壓損失就會(huì)增加。而且在電極周圍通過電解作用會(huì)形成氣泡，這種氣泡增加了電解質(zhì)的基本電阻，從而進(jìn)一步增加了電壓損失。
這種氣泡的另一個(gè)有害效應(yīng)也是周知的，即氣泡附著到離子交換隔膜上以阻斷電流通路，由此，電池電壓會(huì)增加。
關(guān)于這種氣泡粘附到隔膜上的效應(yīng)，在日本經(jīng)實(shí)審的專利No.59185/1987中，已經(jīng)提出了一種解決問題的方法，即通過粘結(jié)親水性的無機(jī)粒子到隔膜的表面上來阻止氣泡的粘附效應(yīng)。
把陽極和陰極做成完全扁平的形狀并把它們和插入其間的隔膜裝在一起來縮短電極間的距離，從理論上看也是可能的。然而實(shí)際上，在制做電極時(shí)會(huì)不可避免地產(chǎn)生凹凸不平或是變形。
而對(duì)于具有小寬度電解區(qū)域(部分)的單板型單極電池，通過把具有高精度尺寸的扁平狀的陽極和陰極與插入其間的離子交換隔膜裝在一起并沿著電解區(qū)的四周放置一個(gè)薄墊圈將它們固緊，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了減小電極間的距離。這種情況如日本經(jīng)實(shí)審的專利No.37878/1985中所示。
另一方面，大尺寸的單極電池需要復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，其電極由筋來加強(qiáng)強(qiáng)度。如上所述，對(duì)于大尺寸的單極電池，要完成電極表面絕對(duì)地平是不可能的。如果把陽極表面和陰極表面簡單地放在一起，某部分電極通過隔膜將會(huì)相互靠的很近，而在另部分電極間的距離實(shí)際上增大了。有一種方法能通過隔膜使陽極和陰極相互緊密接觸以克服由制作精度的不足產(chǎn)生的尺寸誤差，如日本已經(jīng)實(shí)審的專利No.3236/1987中所示，它用一個(gè)可導(dǎo)電的彈簧件來支撐一個(gè)可變位的陰極或陽極并利用彈簧的回彈力使可變位的電極與另一電極緊密接觸。或如日本已實(shí)審專利No.9192/1987所示，通過交替排列的導(dǎo)電筋使可變位的陽極和陰極變形從而使它們相互接觸。
此外，如日本已實(shí)審專利No.53272/1988或日本未實(shí)審專利No.163101/1983中所揭示，有一種已知的方法是，把一個(gè)彈性線網(wǎng)放在離子交換隔膜和可變位陰極之間，使該陰極與陽極接觸，通過與線網(wǎng)的接觸確保電氣連接。再有如日本未實(shí)審專利No.55006/1983和No.55007/1983中所揭示，另一種已知的方法是，將一個(gè)電流分配部件分成兩部分，并把構(gòu)成一個(gè)電極的電極結(jié)構(gòu)朝外彎曲，使該電極能通過該電極結(jié)構(gòu)的恢復(fù)力與離子交換隔膜緊密接觸。
在這些方法中，除了第一個(gè)敘述的單板單極電池外，都需要某個(gè)彈性元件來迫使電極與隔膜相接觸，并且同時(shí)需要該彈性元件有導(dǎo)電功能，由此產(chǎn)生如下問題。該彈性元件通過某種方式如粘焊或接觸與電極構(gòu)成電氣連接，而且為了具有適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電功能需要彈性元件有一個(gè)大的電流通路的橫截面，或是需要一個(gè)壓力機(jī)構(gòu)，它與電力供給元件間有一個(gè)大的接觸面。因此，一個(gè)大的壓力將會(huì)施加給受壓的電極。
用作離子交換隔膜的隔板是一薄塑性膜片，當(dāng)如上所述受到來自電極如此強(qiáng)的作用力時(shí)很可能會(huì)損壞。
再從電解電池的制造觀點(diǎn)看，對(duì)于具有大電流容量和大電解區(qū)域的大尺寸的電解電池，需要一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)以完成均勻的電流供給，同時(shí)維持一個(gè)均勻的壓力。這種電解電池的制造是困難的。
本發(fā)明的目的在于克服大尺寸單極電池中的傳統(tǒng)陽極隔室裝置和陰極隔室裝置的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，進(jìn)而容易地減小電極間的距離使得陽極和陰極通過隔膜相互接近或接觸而不會(huì)損壞該隔膜。
本發(fā)明提供的單極離子交換隔膜電解電池組合裝置包含多個(gè)電氣上相互并聯(lián)連接的單元電解電池，每個(gè)電池由一個(gè)陽極隔室框架和一個(gè)陰極隔室框架并在其間插入一個(gè)離子交換隔膜夾緊后構(gòu)成，每一個(gè)陽極和陰極隔室框架都有饋入和排放電解質(zhì)的系統(tǒng)和對(duì)所產(chǎn)生氣體的排放系統(tǒng)，其中(a)陽極由安裝在陽極隔室框架上的多孔板構(gòu)成，以便它與離子交換隔膜接近或接觸，而電力則經(jīng)電力供給桿和/或電力供給筋從該電池的外部加給多孔板，(b)陰極由具有良導(dǎo)電性的可變位的多孔金屬板構(gòu)成，其電阻在20℃時(shí)不高于10μΩ·cm，故陰極自身具有電流收集功能，并且其一個(gè)外圍端從電池向外延伸以便將電力傳導(dǎo)到電池的外部，和(c)用一個(gè)彈性元件，把可變位多孔陰極板從離子交換隔膜的外側(cè)壓向面對(duì)陰極的一側(cè)，使可變位陰極板產(chǎn)生變形，使陰極與離子交換隔膜靠近或接觸。
現(xiàn)在，參照較佳實(shí)施例來詳細(xì)描述本發(fā)明。
附圖中

圖1表明作為本發(fā)明的典型實(shí)施例的電解電池結(jié)構(gòu)的視圖。
圖2是本發(fā)明相同實(shí)施例的電解電池在組裝之后的部分橫剖視圖。
圖3和圖4分別表明了用作本發(fā)明電解電池的彈性元件特定實(shí)例的簧片和線圈彈簧的形狀。
圖5是本發(fā)明另一實(shí)施例的電解電池在組裝之后的部分橫剖視圖。
附圖中，參考號(hào)1表示陰極板，標(biāo)號(hào)2表示陰極隔室框架，3表示陽離子交換隔膜，4表示陽極隔室框架，7表示電力供給桿，8表示電力供給筋，9表示陽極激活面積，14表示墊圈，15表示陰極激活面積，17表示陰極電流收集器，22表示陰極支撐元件，23表示墊圈，24表示墊圈，25表示簧片，26表示線圈彈簧。
本發(fā)明所用的陰極有一個(gè)由良導(dǎo)電性的多孔片形可變位的金屬板所構(gòu)成的電解面部分，利用扁平板的良導(dǎo)電功能就可以把電力從電池的外部電源直接加給電極反應(yīng)面，由此可免除在傳統(tǒng)的大容量單極電池中慣常使用的電力供給裝置如桿和/或筋。因此，用這樣的陰極板，雖然它的外周除電解面部分外會(huì)被固定安裝，但它的電解面部分可以取非固定結(jié)構(gòu)，并且最好是，從后面朝陽極的方向加壓，使可變位的陰極變形并在電解面處接近陽極。
此外，當(dāng)使用彈性元件來推壓陰極時(shí)，沒有必要要求電極板具有導(dǎo)電功能，盡管它可以用導(dǎo)電材料制作，而且又要推壓力能使電極板偏離，這種壓力是很小的，因此可選用不會(huì)損壞隔膜的推壓力來朝著陽極推壓該陰極。并且，通過適當(dāng)?shù)卦陉帢O電解處放置彈性元件，可以確保在整個(gè)電極的電解面上，即使電極面的平整度隨位置而變化，也會(huì)使陰極與隔膜相接觸或保持與隔膜的間距小于2.0mm。
本發(fā)明的發(fā)明人通過在隔膜和電極相互處于接近或接觸條件下導(dǎo)電電解一個(gè)長時(shí)間周期來研究壓力的影響，由此發(fā)現(xiàn)不損壞隔膜的壓力在顯露的電極表面積上為500g/cm2以下，最好不高于100g/cm2。作為彈簧元件提供這樣弱的壓力，簧片或線圈彈簧是合適的。
圖1顯示了本發(fā)明的典型例子，電解電池的電解區(qū)具有高度為0.5到2.0M(本例為1.5M)寬度為0.7到1.5M(本例為1.0M)在垂直方向有較長的形狀，且電流從一側(cè)加到另一側(cè)。電流從外部電源5-a經(jīng)陽極隔室框架、離子交換隔膜和陰極流入外部電源5-b。在陽極一側(cè)，電流從外部電源首先流向電流分配器6、然后經(jīng)與其連接在電力供給桿7加給電力供給筋8。然后，由電力供給筋均勻分流以后加到陽極激活面9。再然后，從陽極電解液經(jīng)離子交換隔膜，經(jīng)過陰極電解液流入具有電極激活作用的陰極激活面15。在陰極激活面上產(chǎn)生電解液反應(yīng)的同時(shí)，電極自身作為導(dǎo)體并在與陽極一側(cè)電源端相反的方向傳導(dǎo)電流。電流到達(dá)陰極激活面一側(cè)的端部，通過陰極板電流收集器17然后經(jīng)電流分配器18流入外部電源5-b。陽極激活面和陰極激活面相互面對(duì)放置，其間插入一個(gè)陽離子交換隔膜。兩個(gè)激活面的相互接近距離要小于4.0mm，最好是2.0mm，或相互接觸。
在陽極一側(cè)使用的電力供給桿最好由銅芯材料表面鍍鈦?zhàn)龀?。多根這樣的電力供給桿與電流分配器水平地相連，然后從那兒，它們通過陽極隔室框架4延伸到電解區(qū)的邊端部。
在電解區(qū)內(nèi)，電力供給桿穿越多根電力供給筋8，并且這些穿越交叉處被焊接以完成電氣連接。電力供給筋由具有厚度為2到6mm(本例取5mm)的鈦板材構(gòu)成。陽極9最好通過焊接連接到筋條上，如果需要也可具有變位性能。電力供給筋要求相互間隔開適當(dāng)?shù)木嚯x以提供兩個(gè)功能，即把電流均勻地加給陽極和牢固地支撐著陽極，該距離最好設(shè)置在10到20cm(本例為15cm)范圍內(nèi)。而且，為了確保由這些筋分隔的相鄰隔室之間的電解質(zhì)連通，在筋上開有多個(gè)最佳直徑在5到20mm(本例取10mm)的穿孔。具有電極激活能力的陽極最好是不易起化學(xué)作用的金屬，最好由主要用釕進(jìn)行涂復(fù)的閥用金屬基材(最好是鈦)組成。陽極的開孔網(wǎng)不限于圖示的多孔金屬網(wǎng)，帶有園形、三角形或正方形開孔的沖孔金屬、或百葉窗形狀也可采用。
放置陽極和電流供給裝置的陽極隔室框架4最好由橫截面為四方形的角形空心鈦管構(gòu)成，其每邊長為2至6cm(本例用4cm)。該框架4上設(shè)有進(jìn)口噴管11以便添加含水的堿金屬氧化物溶液，并設(shè)有出口噴管12以排放氯氣和稀釋鹽水。面對(duì)陽極隔室框的隔膜的部分是由角形管材形成的扁平表面13。最好由EPDM橡膠制成的墊圈14配置在扁平面13上使液體與隔膜密封。參考號(hào)3表示分隔陽極隔室和陰極隔室的含氟離子交換隔膜。對(duì)于隔膜的類型沒有特別的限制。然而，最好選擇能夠提供高電解性能的隔膜。在本例中采用經(jīng)氟化的碳聚合物作離子交換隔膜，它以羧酸群(groups)和/或磺酸群作為離子交換群(例如由Asahi玻璃有限公司制造的Flemion795)，可獲得高的電流效率，而且因?yàn)橛H水多孔層粘附在隔膜表面，所以能獲得低的電池電壓。
現(xiàn)在，來描述多孔可變位的陰極。陰極板1的中間部分沖有菱形孔并且涂復(fù)有陰極激活物質(zhì)。陰極板的四周是無孔的扁平框架部分16。在該扁平部分的兩側(cè)即前側(cè)和后側(cè)上，液體通過墊圈23和24得到密封。陰極板的開口不限于沖出的菱形，也可以是園形、三角形、正方形、六邊形、橢圓形等各種金屬孔。陰極激活部分15的開口比率也沒有特殊限制。然而，要求當(dāng)電流通過電極板時(shí)由電阻產(chǎn)生的損耗為最小，并且要求平穩(wěn)地釋放電極產(chǎn)生的氫氣到電極的后側(cè)。為了達(dá)到此目的，開孔比率最好在5%至60%的范圍內(nèi)(本例取30%)。對(duì)于本發(fā)明的陰極板，沒有必要采用附加電力供給裝置如通常所采用的電力供給桿或電力供給筋來供給陰極激活面電流，而陰極板自身就是電力供給裝置。因此，對(duì)于陰極材料，必須選擇一種由電阻造成的損失最小和在電解情況下有抗腐蝕能力的材料。于是，優(yōu)選的金屬應(yīng)具有良導(dǎo)電性，即在20℃時(shí)電阻(電阻率)不高于10μΩ·cm，較好地是不高于7μΩ·cm，更好地是不超過3μΩ·cm，這樣的金屬有軟鋼(低碳鋼)、鎳、銅、鋅、或黃銅、柏門得勒(Parmendur)或磷青銅等合金。它們當(dāng)中，銅是最佳的，因?yàn)樗碾娮杪蕛H為1.7μΩ·cm，本實(shí)施例中采用銅。如果適當(dāng)選定使用上述良導(dǎo)電性的金屬制成的極板的厚度，就可以沿電流流向取一段長通路來增大電解區(qū)域，并且使沿電流方向的最大長度增長到至少達(dá)70cm，最佳可達(dá)從70至150cm(本例為100cm)，這在傳統(tǒng)單極電解電池中是很難做到的。對(duì)極板厚度的最佳選擇通常要考慮其變位性能和由材料電阻產(chǎn)生的導(dǎo)電損耗。在用銅作陰極材料的情況中，厚度的較佳值在0.5到3mm(本例為2mm)范圍內(nèi)。這類高導(dǎo)電材料大都對(duì)于堿金屬氫氧化物缺乏足夠的電化穩(wěn)定性。因此，為了采用這類材料作陰極，在多數(shù)情況中最好或者必需考慮在基質(zhì)材料的表面進(jìn)行抗腐蝕層的涂復(fù)處理。較好的辦法是把鎳涂復(fù)在陰極激活表面上和其四周的與陰極電解液相接觸的密封部分16上，作為抗腐蝕保護(hù)層。對(duì)于鎳涂復(fù)，可采用電涂復(fù)或化學(xué)涂復(fù)。本實(shí)施例中采用氯化鎳鍍槽進(jìn)行電涂復(fù)。對(duì)于鍍層厚度，可選擇厚度為50至200μm(本例為100μm)以確保足夠的防腐能力。
陰極激活部分是在上面所述的設(shè)有鎳涂層的多孔基板上涂復(fù)陰極激活物質(zhì)而獲得的。主要由拉內(nèi)鎳(Raney nickel)組成的粉料可用作陰極激活物質(zhì)。在電解期間，鋁成份從拉內(nèi)鎳中洗提出來，由此形成多孔鎳以提供更高的陰極激活能力。也可以在拉內(nèi)鎳中加一種不易起化學(xué)反應(yīng)的金屬作為第三種成分，制做陰極激活材料。用于陰極激活的材料還不限于拉內(nèi)鎳，例如可采用主要包含鎳或鋁，并含有稀土元素鈦等的金屬粉料，它們有氫氣吸收功能。作為涂復(fù)方法，可以采和如日本未經(jīng)實(shí)審專利No.112785/1979的實(shí)施例1中所揭示的擴(kuò)散電鍍法。陰極激活物質(zhì)和它的涂復(fù)方法都不限于上述的特定實(shí)例。傳統(tǒng)的技術(shù)如鎳或鉻涂復(fù)方法，按照日本未經(jīng)實(shí)審的專利No.100279/1984中所揭示的火焰噴涂，或日本未經(jīng)實(shí)審的專利No.207183/1982中所揭示方法都是可采用的。
陰極隔室框架2是一個(gè)矩形框架，它設(shè)有供給陰極電解液的進(jìn)口噴管19和放出氫氣和所產(chǎn)生的堿金屬氫氧化物溶液的出口噴管20。作為它的材料，可使用能耐高溫度、高濃縮堿金屬氫氧化物的金屬或樹脂物。本實(shí)施例中使用鎳，但可用材料不局限于鎳。就金屬而言，鎳、具有高鎳含量的不銹鋼、敷有鎳涂層的軟鋼或不銹鋼都可使用。對(duì)樹脂物而言，可使用EPDM橡膠、硬橡膠、氟橡膠、聚丙烯或耐熱聚乙稀氯化物，它們可單獨(dú)使用或用纖維如玻璃纖維或碳素纖維加強(qiáng)后使用。用EPDM橡膠、環(huán)氧樹脂、或氟樹脂涂復(fù)在由如鐵或鐵合金做成的芯材上所制成的材料也是可采用的。陰極隔室框架的周邊部分21做成扁平形并且實(shí)質(zhì)上有與陰極板的密封部分相同的尺寸。沿周邊21設(shè)有EPDM墊圈以在陰極隔室框架和陰極板之間建立液體密封。
在較好的情況中，在陰極激活部分的后側(cè)上至少設(shè)有一個(gè)電極支撐元件22，四個(gè)彈性元件簧片25連在其上。彈性元件的一部分或整個(gè)可以由非導(dǎo)電材料做成。彈性元件與陰極接觸的部分最好用非導(dǎo)電材料如樹脂、橡膠等制做。
設(shè)置的簧片用以減小陽極和陰極之間的距離，它從陰極激活面的后面推壓陰極以便陰極激活面變形或朝著陽極面偏移。結(jié)果，如圖2中所示，實(shí)現(xiàn)這樣一種狀態(tài)，即陽極和陰極通過插在其中的離子交換隔膜相互接觸。
簧片有如圖3所示的形狀。彈性系數(shù)最好在50至50000g/mm之間(本例取1000g/mm)。推壓陰極板的彈性元件不局限于簧片。如，具有上述彈性系數(shù)的如圖4所示的線圈彈簧也可采用。對(duì)于彈簧的數(shù)目，當(dāng)數(shù)目增加時(shí)就能完成更均勻的壓力。然而，其裝置也同時(shí)趨于復(fù)雜。因此，彈簧數(shù)目最好從2到100個(gè)(本例為8個(gè))。
如圖5所示，在陰極板和隔膜之間至少可插入一個(gè)(最好是3-15個(gè))分隔器27以控制電極間的距離到某種均勻的水平上。這樣的分隔器的較好厚度應(yīng)低于2.0mm，最好是0.5-1.5mm，某形狀為網(wǎng)狀、索狀等。分隔器最好由比離子交換隔膜有更高剛度的非導(dǎo)電材料組成。作為這種材料的例子有含氟聚合物、聚丙烯、EPPM等。
氯化鈉的水溶液在上述的電解電池中進(jìn)行電解，電池中使用了四個(gè)離子交換隔膜，每個(gè)隔膜基本上與陽極和陰極相接觸。電池中的陽極和陰極隔室框架交替排列并且利用設(shè)在兩端的底板與拉桿夾緊。
當(dāng)把濃度為300g/l的氯化鈉水溶液加入陽極隔室并把去離子的水加入陰極隔室時(shí)，則在90℃、30A/dm2的情況下進(jìn)行電解。陰極隔室的液壓保持比陽極隔室的液壓高50至1500mm水柱。由此產(chǎn)生的氫氧化鈉水溶液具有30wt%的濃度，電流效率為95.7%，且電池電為3.00V。工作連續(xù)達(dá)300天，在此期間操作停止6次，電解性能基本上仍與工作起始階段相同。此后，停止工作并將電解電池拆開檢查，沒有看到如陰極板基材的腐蝕或涂復(fù)材料的剝落等異常情況。而且，在陽離子交換隔膜中也沒有看到如紋暈和變色等異常情況。
另一實(shí)施例采用與上面第一實(shí)施例中所用的相同陽極隔室裝置和隔膜，但陰極裝置沒有使用彈簧，且該陰極被固定到陰極支撐元件上，陽極和陰極之間的平均距離約為3mm。
用該電池進(jìn)行電解，電解條件采用與上面實(shí)施例相同的條件，結(jié)果，電流效率為95.5%，且電池電壓為3.15V。
再一個(gè)例子除了使用十六個(gè)彈性系數(shù)為500g/mm的簧片和棒狀分隔器由PTFE構(gòu)成、具有1.0mm直徑和1.3M長度、每六根為一組如圖5所示插入陰極板和隔膜之間外，其陽極隔室裝置、離子交換隔膜和陰極隔室裝置均與第一實(shí)施例中所使用的相同。陽極和陰極之間的平均距離約為1.0mm。
用這種電池進(jìn)行電解，對(duì)于電解條件，取與上面實(shí)施例的相同，結(jié)果是，電流效率為95.5%，且電池電壓為3.04V。
工作150天后，打開電池檢查，沒有觀察到異?，F(xiàn)象。
權(quán)利要求
1.一種單極離子交換隔膜電解電池組合裝置包含多個(gè)電氣上相互并聯(lián)連接的單元電解電池，每個(gè)電池通過夾緊一個(gè)陽極隔室框架和一個(gè)陰極隔室框架并在其間插入一個(gè)離子交換隔膜而構(gòu)成，每個(gè)陽極和陰極隔室框架都有饋入和釋放電解質(zhì)的系統(tǒng)和所產(chǎn)生氣體的釋放系統(tǒng)，其特征在于(a)陽極由安裝在陽極隔室框架上的多孔板構(gòu)成，以便它與離子交換隔膜接近或接觸，并且電力經(jīng)電力供給桿和/或電力供給筋從該電池的外部加給多孔板，(b)陰極由具有良導(dǎo)電性的可變位的多孔金屬板構(gòu)成，其電阻在20℃時(shí)不高于10μΩ·cm，以致陰極自身有電流收集功能，并且其一個(gè)外圍端從電池向外延伸以便將電力傳導(dǎo)到電池的外部，和(c)可變位多孔陰極板最好用彈性元件從一側(cè)朝面對(duì)離子交換隔膜的另一側(cè)加壓力，由此使可變位陰極板產(chǎn)生偏移使陰極與離子交換隔膜相接近或相接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的電池組合裝置，其特征在于，陽極隔室框架和陰極隔室框架中至少有一個(gè)由帶有電解質(zhì)的輸入輸出口和所生成氣體的輸出口的具有四方形橫截面的空心管構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電池組合裝置，其特征在于，可變位多孔陰極板的周邊被弄平以形成無孔扁平周邊部分，并且所述扁平周邊部分被插入離子交換隔膜和陰極隔室框架之間夾緊，使陰極電解液及產(chǎn)生的氣體被密封隔離。
4.如權(quán)利要求3所述的電池組合裝置，其特征在于，陰極是通過具有防腐蝕層表面的銅的金屬基質(zhì)在其表面上再涂復(fù)一層陰極激活物質(zhì)而獲得。
5.如權(quán)利要求4所述的電池組合裝置，其特征在于，陽極是通過在閥用金屬基質(zhì)的表面上涂復(fù)一種陽極激活物質(zhì)而獲得的。
6.如權(quán)利要求5所述的電池組合裝置，其特征在于，電解電池組合裝置的電解區(qū)沿電流方向的最大長度至少為70cm。
7.如權(quán)利要求6所述電池組合裝置，其特征在于，彈性元件推壓可變位多孔陰極板的壓強(qiáng)在陰極表面積上不高于500g/cm2。
8.如權(quán)利要求7所述電池組合裝置，其特征在于，彈性元件沒有導(dǎo)電功能。
9.如權(quán)利要求8所述電池組合裝置，其特征在于，彈性元件是簧片或線圈彈簧。
10.如權(quán)利要求9所述電池組合裝置，其特征在于，至少一個(gè)分隔器插入陰極板和離子交換隔膜之間。
11.如權(quán)利要求10所述電池組合裝置，其特征在于，分隔器的厚度應(yīng)小于2.0mm。
12.如權(quán)利要求11所述電池組合裝置，其特征在于，離子交換隔膜至少在其一邊有一層沒有有電激活能力的親水性多孔層。
13.如權(quán)利要求12所述電池組合裝置，其特征在于，通過電解堿金屬氯化物的水溶液，將產(chǎn)生堿金屬氫氧化物和氯氣。
全文摘要
一種單極離子交換隔膜電解電池組合裝置，包含多個(gè)電氣上相互關(guān)聯(lián)連接的單元電解電池，其特征在于每個(gè)單元電解電池的陽極由安裝在陽極隔室框架上的多孔板構(gòu)成，電力經(jīng)電力供給桿和/或電力供給筋加給多孔板，陰極由具有良導(dǎo)電性的可變位的多孔金屬板構(gòu)成，其自身有電流收集作用，利用彈性元件使陽極板、隔膜和陰極板相互接觸。這種電池組合裝置具有95.7％的電流效率，電池電壓3.00V。連續(xù)工作達(dá)300天后，拆開裝置檢查，無任何異常情況。
文檔編號(hào)C25B9/20GK1054803SQ91101030
公開日1991年9月25日 申請(qǐng)日期1991年2月13日 優(yōu)先權(quán)日1990年2月15日
發(fā)明者中尾真, 柴田英則, 相川武男, 內(nèi)堀貴弘, 矢野寬樹 申請(qǐng)人:旭硝子株式會(huì)社