專利名稱：高電流負(fù)載的雙極多用途電解電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多用途電解電池，它為雙極連接并且對(duì)于每個(gè)單獨(dú)雙極電池在1至10KA/m2之間的高電流負(fù)載來(lái)說(shuō)是適宜的高效結(jié)構(gòu)形式。如果電極和其他的電池元件的材料適合于所考慮的材料系統(tǒng)，那么它不但可以應(yīng)用于環(huán)境技術(shù)中來(lái)進(jìn)行無(wú)機(jī)和有機(jī)污染物的電化學(xué)降解，而且可以應(yīng)用于化學(xué)和藥物工業(yè)中來(lái)生產(chǎn)無(wú)機(jī)和有機(jī)物。它的一種特殊的應(yīng)用涉及過(guò)氧化二硫酸鹽和高氯酸鹽的生產(chǎn)。
背景技術(shù)：
壓濾設(shè)計(jì)的雙極電解電池包括一個(gè)夾緊框架、具有電源導(dǎo)線和所需的任何數(shù)量的雙極電極板的兩個(gè)電極邊緣板，以及用于容納和排放電解液的外圍設(shè)備和冷卻或者溫控介質(zhì)，這種電池已知具有很多種形式并且具有廣泛的用途。它們可以是完整的形狀，或者憑借離子交換膜或者微孔隔膜分割成兩室或多室電池。所需的電極或電解液空間可以設(shè)計(jì)成分開的裝置或者可以集成在電極邊緣板中或者集成在雙極電極板中。
與類似設(shè)計(jì)的單極電極電池相比，壓濾形式的雙極電解電池的相當(dāng)多的優(yōu)點(diǎn)在于來(lái)自外部的電流只是被迫進(jìn)入到兩個(gè)邊緣板上，而在單獨(dú)的雙極電池中電流傳輸只是通常在內(nèi)部從電極板的一端輸送到另一端。在很大程度上，陽(yáng)極和陰極端由相同電極材料組成的單一的雙極電極板是不夠的。在多種情況下，特別是對(duì)于多用途電解電池，就需要提供由不同材料組成優(yōu)選地由金屬薄層組成的陽(yáng)極和陰極。這樣它們就通過(guò)接觸體以導(dǎo)電的方式直接或間接地相互連接在一起。
在DE 44 38 124中描述了此種類型的雙極多用途電解電池的一種可能的實(shí)施例，這種電池具有在此需要的較高的高寬比，以便得到電解液循環(huán)的“氣升效果”，電解液循環(huán)是氣升電解和反應(yīng)系統(tǒng)的一部分，而這種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是多種多樣的并且可以具有廣泛的用途。該文獻(xiàn)描述了一種最優(yōu)化的電解電池結(jié)構(gòu)，目的在于利用釋放出的氣體的升力，氣體升起的全部高度為1.5至2.5m。雙極電極板包括由摻雜石墨或塑料做成的電極基體、電極和電解液空間，在基體中具有供應(yīng)和排放電解液和冷卻介質(zhì)的經(jīng)機(jī)械加工的管線，電極和電解液空間被提供在兩端或者在石墨基體的情況下結(jié)合在一起。
在這種配置中，在基體為石墨的情況下這兩個(gè)電極通過(guò)石墨基體以導(dǎo)電的方式連接在一起，而在塑料基體的情況下它們由嵌入的接觸元件以導(dǎo)電的方式連接在一起。這樣的接觸元件被布置在密封表面中，而密封表面被彈性材料做成的電解液框架覆蓋。接觸是裝配過(guò)程中的壓力所造成的結(jié)果。
配置在密封框架區(qū)域中的塑料基體內(nèi)部的這類接觸元件具有缺陷，特別是具有要傳輸?shù)碾娏髅芏忍貏e高這樣的危險(xiǎn)。例如，存在單獨(dú)接觸元件過(guò)熱因而導(dǎo)致整個(gè)的雙極單元失效這樣的危險(xiǎn)。優(yōu)選地由熱塑性塑料做成的電極基體在過(guò)熱點(diǎn)時(shí)開始變軟，在接觸上的壓力下降，不可避免的結(jié)果就是其他接觸元件上的負(fù)荷過(guò)多。另一結(jié)果可能就是基板發(fā)生熔化，電火花出現(xiàn)，電解液不受控制地排放出以及可能由于電解液氣體混和而造成的爆炸。無(wú)論如何，由這種自然的不可避免的接觸損害造成的雙極單元的失效意味著整個(gè)的壓濾電池失去作用。這種失效的危險(xiǎn)性隨著單獨(dú)接觸元件的電流負(fù)載的升高、使用的塑料基體的軟化點(diǎn)的下降以及所需的電解液溫度的升高而增加。
這種類型的內(nèi)接觸的另一缺陷在于當(dāng)密封系統(tǒng)出現(xiàn)泄漏時(shí)，電解液進(jìn)入到壓力接觸中，此處就導(dǎo)致了不能控制的腐蝕現(xiàn)象。這種腐蝕同樣導(dǎo)致了電解電池失效或者被損害。
因此，具有塑料基體的這種雙極電解電池迄今只在100至1000A這樣的低至中等電流負(fù)載以及低的工作溫度下獲得了認(rèn)可。
通過(guò)廢除使用這種類型的塑料基體來(lái)解決這些困難也是可能的。然而，與具有塑料基體的設(shè)計(jì)相比，轉(zhuǎn)變成一種已知全金屬設(shè)計(jì)的雙極電解電池，例如具有兩種金屬電極薄層或者是被螺栓連接以導(dǎo)電的方式連接起來(lái)以形成相應(yīng)的雙極單元的陰極和陽(yáng)極的半電池也呈現(xiàn)出許多缺陷。例如，將處于不同電壓級(jí)別并且被電解液管線連接在一起的單獨(dú)電池之間的電流損失降至最小會(huì)需要特殊的測(cè)量，這是由于電解液的連接管線的電阻要比使用電絕緣塑料基體時(shí)的電阻顯著降低，塑料基體具有經(jīng)機(jī)械加工的電解液流入和排出管線。
在至今已經(jīng)描述的多種電解電池中，通常使用的電極不能夠用作金屬電極薄層，這些電極薄層應(yīng)當(dāng)制作簡(jiǎn)單因而作為多用途電極的部件就易于替換。在冷卻溝道或者是使用穿孔的電極時(shí)，就需要電解液背面空間，對(duì)于雙極單元的兩個(gè)半電池來(lái)說(shuō)焊接設(shè)計(jì)通常是不可避免的，這兩個(gè)半電池經(jīng)常由不同的電極材料或材料復(fù)合體組成。特別是在高質(zhì)量的電極材料和/或難以加工的電極材料的情況下，所涉及到的設(shè)備的費(fèi)用就相對(duì)較高。由于雙極電池的兩個(gè)半電池之間的電接觸通常受多個(gè)螺栓連接的影響，因此裝配起來(lái)就要比通過(guò)夾緊在一起而可以自動(dòng)產(chǎn)生這種接觸的電池設(shè)計(jì)復(fù)雜得多。而且，不同的電極材料的轉(zhuǎn)換通常需要一個(gè)經(jīng)修改的能適應(yīng)材料性能的設(shè)計(jì)方案。
在DE 39 38 160中描述了一種其為單極設(shè)計(jì)的高電流負(fù)載的電解電池。
單極設(shè)計(jì)具有的基本缺陷就是大量的單個(gè)電池需要串聯(lián)連接在一起以達(dá)到電流進(jìn)行變換所需的有利的電壓范圍(例如200V)。
電解液側(cè)和電流側(cè)的連接導(dǎo)致了這種設(shè)計(jì)的成本會(huì)比較高。
所描述的這種電池的另一缺陷為這種設(shè)計(jì)使用中空的殼體。
陽(yáng)極活性涂層的磨損意味著不得不重新再次制作整個(gè)陽(yáng)極。陰極也同樣如此。
電極中空殼體的壓力導(dǎo)致殼體發(fā)生變形，并且由于它們沒(méi)有內(nèi)部支撐(這在制作技術(shù)領(lǐng)域中是非常難以實(shí)現(xiàn)的)，因而就導(dǎo)致了電極之間的平面平行是不完全的。在極端的情況下，這會(huì)導(dǎo)致短路因此導(dǎo)致電池破損和爆炸。
這些問(wèn)題隨著電池尺寸的增加而變得越來(lái)越顯著，并且意味著只能夠生產(chǎn)出相對(duì)較小的實(shí)施例，這就導(dǎo)致了較高的工程和操作費(fèi)用以及已經(jīng)列出的缺陷。
因而在此基礎(chǔ)上幾乎不能夠得到所需的高電流負(fù)載的多用途電解電池。

發(fā)明內(nèi)容
基于這個(gè)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種雙極多用途電解電池，它是根據(jù)壓濾原理構(gòu)造出的，并且具有由塑料做成的電極基體，其中即使在高電流負(fù)載的情況下也能保證金屬電極薄層之間具有良好的操作上的可靠接觸，同時(shí)避免了已知技術(shù)方案所列出的缺陷。
根據(jù)本發(fā)明，由描述在本發(fā)明權(quán)利要求書中的發(fā)明以下述的方式解決了這個(gè)問(wèn)題使用電源導(dǎo)線板和高寬比例為30∶1至1.5∶1優(yōu)選10∶1至1.5∶1的雙極電極板，其中金屬電極薄層和電解液密封框架橫向突出超過(guò)由塑料做成的電極基體并且不僅被連接到豎直的接觸圍欄上，而且在電解液密封框架區(qū)域中，它們被連接到電極基體上，以形成可以作為獨(dú)立元件安裝的機(jī)械穩(wěn)定的雙極電極板，接觸圍欄以距電極基體1至50mm優(yōu)選5至50mm的距離排列在兩端，電解液密封框架引起電極板和接觸圍欄之間的電接觸以及兩個(gè)相鄰的雙極單元之間的電絕緣，同時(shí)憑借夾緊框架夾緊電極板時(shí)由于壓力的作用電解液空間也被密封住了。為了維持可以單獨(dú)處理的電池元件，憑借鉆孔裝埋的頭螺栓，雙極元件的陰極和陽(yáng)極薄層方便地固定到一端或兩端上的相應(yīng)的接觸圍欄上。這種螺栓連接只起到改進(jìn)操作的作用，然而，它對(duì)電流只負(fù)很小的責(zé)任，因?yàn)殡娏髯畛跤山佑|的壓力優(yōu)化了。
因此，由于電流接觸被來(lái)自帶有電解液的電池框架的空氣間隙所隔離，因此在密封系統(tǒng)中的泄漏不會(huì)導(dǎo)致電源導(dǎo)線在介質(zhì)中失效，并且由于任何溢出的電解液都被排放出，因此可以檢測(cè)到這種類型的泄漏并且能夠進(jìn)行及時(shí)地挽救。
在陽(yáng)極薄層的情況下，金屬電極薄層由電子管金屬(valve metal)組成，優(yōu)選為鈦，這些電極薄層在電化學(xué)活性區(qū)域中以已知的方式涂覆上貴金屬、貴金屬氧化物、貴金屬和其他金屬的混和氧化物以及其他金屬氧化物例如二氧化鉛的活性層。另一選擇是，其他的電子管金屬例如鉭、鎳或鋯也可以認(rèn)為是這類活性層的載體。然而，對(duì)于特殊的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，鍍鉛、鍍鎳、鍍銅的鋼或者鎳基合金也是合適的。
在一個(gè)特殊的優(yōu)選實(shí)施例中，陽(yáng)極薄層使用了固態(tài)的貴金屬鉑，并且是通過(guò)鉑箔和鈦板的均勻熱壓得到的。
使用的陰極材料優(yōu)選為不銹鋼、鎳、鈦、鋼或鉛。在本發(fā)明的上下文中，優(yōu)選使用由No.1.4539材料的高合金不銹鋼做成的陰極，活性電極表面設(shè)計(jì)為網(wǎng)形鐵(expanded metal)，并且正好放置在作為載體的穿孔陰極框架部件的背面。
穿孔的金屬電極薄層這個(gè)術(shù)語(yǔ)要理解成由網(wǎng)形鐵做成的特殊的金屬電極薄層。然而，以一些其他的方式穿孔的金屬板或者用板條做的電極也是合適的。
使用的接觸圍欄優(yōu)選為由銅做成的接觸圍欄，在接觸表面上可以是鍍錫的或鍍銀的或者涂覆上貴金屬。電極的電流接觸表面優(yōu)選具有良好導(dǎo)電性的涂層，例如通過(guò)電沉積鍍上的鉑、金、銀或銅層。接觸圍欄和電極接觸優(yōu)選為鍍金和鍍鉑的，并且由于壓力接觸的原因電流被傳輸，而壓力接觸是由于電極裝置的夾緊所造成的結(jié)果。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)方案具有排列在塑料基體外部但仍然處于夾緊框架內(nèi)部的接觸圍欄，然而，本設(shè)計(jì)方案可以理想地被高電流負(fù)載的電解電池應(yīng)用，并且在使用昂貴的和/或?qū)щ娦阅懿缓玫碾姌O材料時(shí)，唯一的條件就是使用根據(jù)本發(fā)明的高而且窄的結(jié)構(gòu)形式，它優(yōu)選具有高度為1.5至3m以及高/寬比為10∶1至1.5∶1的電極板。對(duì)于氣升電池盡管已經(jīng)再三地提議了相似的電池尺寸，但是在這些情況下它只是想優(yōu)化釋放出的氣體的升力以便得到最大的氣升效果。
在本發(fā)明的情況中，結(jié)合本發(fā)明的接觸，即使在沒(méi)有放出氣體的情況下利用電極也能產(chǎn)生下列的優(yōu)點(diǎn)首先，對(duì)于接觸圍欄的同一寬度，與電池高度成正比的可用的接觸區(qū)域增加，結(jié)果是較低的熱負(fù)載施加在接觸上。然而，從接觸表面穿過(guò)金屬電極薄層的電流傳輸也提高了，因此，對(duì)于相同的活性電極區(qū)域，相同的電極薄層的厚度以及相同的電流負(fù)載，對(duì)于電流傳輸來(lái)說(shuō)是決定因素的橫截面，隨著電極板的高度而增加，同時(shí)電流傳輸?shù)木嚯x隨著高度的增加而減小。在這些邊界條件下，電阻下降因而電極薄層中的電壓降以電池高度的平方減小。因此，在所允許的相同電壓降條件下，由于具有根據(jù)本發(fā)明要被使用的窄而且高的電極板，因此使用薄得多的或者導(dǎo)電性差的電極薄層或者使用顯著較高的電流負(fù)載都是可能的。這是非常重要的，特別是在穿孔的電極薄層的情況下尤其如此，其中為了電流傳輸不得不接受橫截面的減小。而且，在安裝具有薄層電極的電池組件時(shí)，在加壓過(guò)后薄層中的任何波動(dòng)都補(bǔ)償了，因此電極是平面平行的。
由于焊接在接觸圍欄外部上的銅管的作用，憑借冷卻水即使在高電流負(fù)載的情況下接觸也可以保持在室溫或者低于室溫。這樣，電池框架、密封系統(tǒng)的發(fā)熱以及電流接觸的發(fā)熱和相關(guān)問(wèn)題例如變形和過(guò)熱都可以完全避免。
相互之間為平面平行的電極代表了高電流產(chǎn)出量和均勻電極腐蝕的先決條件。
安裝電極板使得它們可以在描述的電池裝置中的密封框架中自由移動(dòng)(浮動(dòng))，這個(gè)事實(shí)意味著夾緊和熱膨脹不會(huì)導(dǎo)致電極的變形和彎曲，因此得到了極好的平行，并且由于在下述的一個(gè)特殊的實(shí)施例中減小的壓力施加到陽(yáng)極背面，這個(gè)平行可以進(jìn)一步穩(wěn)定。
最后，電池的高度在冷卻高負(fù)載接觸圍欄中也起作用。
這是由于，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在頂部和底部開口的間隙中，特別是在高的電解溫度時(shí)，在塑料基體和接觸圍欄之間會(huì)形成空氣的流動(dòng)，這就冷卻了接觸和橫向突出超過(guò)塑料基體的金屬電極薄層。這種冷卻效果作為“煙囪效應(yīng)”以及作為增長(zhǎng)的“冷卻區(qū)域”的結(jié)果同樣隨著電池的高度而顯著地增加。
因此，能夠得到這樣一種效果，即根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的雙極電池中的接觸所采用的溫度顯著低于具有內(nèi)接觸元件的電解電池的溫度，特別是在相對(duì)較高的電解溫度時(shí)更是如此，其中在可比條件下，在接觸元件上測(cè)得的溫度顯著高于電池內(nèi)部的溫度。已經(jīng)提及過(guò)的在電池框架和接觸網(wǎng)之間的距離所具有的另一顯著優(yōu)點(diǎn)為能夠排出逸出的任何小數(shù)量的電解液。這是由于如果電解液滲入到接觸間隙中，就會(huì)形成鹽，并且該接觸在非常短的時(shí)間內(nèi)就會(huì)損壞。
通過(guò)冷卻介質(zhì)能夠得到陽(yáng)極穩(wěn)定性的另外一個(gè)顯著的效果。
呈露出的冷卻介質(zhì)在低于入口高度的水平被截?cái)?。結(jié)果，形成一個(gè)減小的壓力，憑借水平差可以對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且這個(gè)壓力將陽(yáng)極薄層吸引到塑料基體上，因此同時(shí)提高了平面平行性并在電池中的壓力出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)阻止了陽(yáng)極的初始彎曲。這種措施使得能夠得到2至4mm這樣非常小的電極之間的距離，因此能夠得到低的電解電阻和高的流速。
高流速結(jié)合低的質(zhì)量吞吐量導(dǎo)致了到陽(yáng)極表面的高的質(zhì)量傳遞，導(dǎo)致了陽(yáng)極產(chǎn)物的高產(chǎn)出量。


圖1a至3c根據(jù)實(shí)例概略地描述出了分離的雙極多用途電解電池的三個(gè)實(shí)施例，在通過(guò)電化學(xué)活性區(qū)域的截面圖中，上面的圖表示側(cè)視圖，下面的圖表示平面圖。
根據(jù)圖1a和1b在第一實(shí)施例中示出的雙極多用途電解電池是一種電解器件(未示出)的一部分，在這兩個(gè)圖中電池的參考號(hào)為10。該雙極多用途電極電池10包括一個(gè)由塑料做成的電極基體12，在它的兩端排列著金屬電極薄層或者電極板，并且在該實(shí)施例中一個(gè)電極薄層14為實(shí)心的而另一個(gè)電極薄層16在電化學(xué)活性區(qū)域中則是穿孔的。電極基體12在垂直和水平方向上的橫截面都是雙T形的，由此溝道18，20形成在電極基體12和各自的電池板14、16之間。另外，由彈性材料做成的電解液密封框架22布置在實(shí)心的電極薄層14上，并且排列在實(shí)心的電極薄層14的外部，如電極基體12一側(cè)看上去的，形成另一溝道24。由實(shí)心的電極薄層14和電解液密封框架22形成的溝道24以及形成在電極基體12和穿孔的電極薄層16之間的溝道20，該溝道在下面稱作電極背面空間，這兩個(gè)溝道用來(lái)容納進(jìn)行電解的電解液。形成在電極基體12和實(shí)心電極薄層14之間的溝道18被用來(lái)容納冷卻液以冷卻實(shí)心電極薄層14，并且如果合適的話來(lái)冷卻電極基體12，溝道18在下面也稱作冷卻空間。
電解液的流入和排出管線被機(jī)械加工到電極基體12中，流入管線26和28被布置到電極基體12的下部的中心區(qū)域中，而相關(guān)的排出管線30和32被布置到電極基體12的上部的中心區(qū)域中。流入和排出管線被連接到電解液溝道24和20上，進(jìn)行電解的電解液經(jīng)過(guò)各自的進(jìn)口34、36和出口38、40流過(guò)這些溝道，溝道24的進(jìn)口和出口34和38形成在實(shí)心的電極薄層14上并通過(guò)實(shí)心電極薄層14。
如已經(jīng)提及的，進(jìn)入冷卻空間18中或者從其中穿過(guò)的冷卻介質(zhì)，在這種情況下為冷卻水，可以經(jīng)由流入管線42和排出管線44以及相應(yīng)的連接溝道46和48通過(guò)或者被抽吸出，流入線42和排出線44被分別布置在電極基體12的下部或者上部中心區(qū)域中，而冷卻空間18被提供在電極基體12和實(shí)心的電極薄層14之間，以便冷卻電極薄層14。這樣，當(dāng)然也能夠利用一種“升力效應(yīng)”，盡管也將會(huì)考慮到發(fā)生相反效應(yīng)的冷卻介質(zhì)。穿孔的金屬電極薄層不需要額外的冷卻，這是由于它被電解液足夠冷卻了，而且它只在邊緣區(qū)域中處于基體上，因此避免了熱量的增加。
一種離子交換膜50放置在穿孔的金屬電極薄層16上，通過(guò)合適的方式交換膜附著在穿孔的電極薄層16上。
最后，圖1b給出的平面圖示出了接觸圍欄52接觸橫向延伸的金屬電極薄層14和16以及間隙54，該間隙的界限在橫向上由金屬電極薄層劃定，并且它形成在各自的接觸圍欄和基體12的邊緣之間。
圖2a和2b示出了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。這兩個(gè)圖示出了一種多用途的電解電池，該電池以110表示；和圖1a和1b示出的第一實(shí)施例中的那些元件相對(duì)應(yīng)的元件具有相同的參考號(hào)，但是每一個(gè)都增加了100。下文只涉及它們之間的差異，因此可以參照示出的第一實(shí)施例的描述。
在第一實(shí)施例中使用一個(gè)實(shí)心的電極薄層14和一個(gè)穿孔的電極薄層16，而在第二實(shí)施例中使用兩個(gè)實(shí)心的電極薄層114，在這兩個(gè)板上面都有電解密封框架122。在該實(shí)施例中，形成在實(shí)心電極薄層114上的溝道128的進(jìn)口134、136和出口138、140通過(guò)這兩個(gè)電極薄層114。
冷卻空間118提供在基體112的兩側(cè)，處于基體112和電極薄層之間，以便冷卻實(shí)心的電極薄層114。冷卻空間裝有冷卻液，該冷卻液依次經(jīng)由流入管線142和排出管線144以及相應(yīng)的連接溝道146和148。
當(dāng)使用具有兩個(gè)實(shí)心的電極薄層114的多用途電解電池時(shí)，在夾緊狀態(tài)下，即在根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)多用途電解電池被夾緊框架固定在一起時(shí)，空間柵格(space grid)就被引入到膜和陰極或陽(yáng)極表面中間，然后出現(xiàn)在兩個(gè)密封框架之間的中心，這個(gè)柵格就阻止了膜依靠在任一個(gè)電極表面上，因而保證了電解液的有序流動(dòng)。為了電解目的，可以多種形式得到這種類型的空間。
圖3a和3b示出了根據(jù)本發(fā)明的另一種多用途電解電池，該電池總體以210表示，和圖1a和1b示出的第一實(shí)施例中的那些元件相對(duì)應(yīng)的元件具有相同的參考號(hào)，但是每一個(gè)都增加了200。下文只涉及它們之間的差異。
在第一實(shí)施例中使用了一個(gè)實(shí)心的電極薄層14和一個(gè)穿孔的電極薄層16，而在該實(shí)施例中使用兩個(gè)穿孔的電極薄層216，一個(gè)薄的密封框架256被另外布置在一個(gè)電極薄層上以便對(duì)這些板進(jìn)行電絕緣，離子交換膜250以合適的方式附著在密封框架256上。然而，離子交換膜250也可以直接布置在電極薄層上，在這種情況下一個(gè)薄的密封框架被附著在膜上或者自由電極薄層上。在該實(shí)施例中，使用穿孔的電極薄層只是意味著不再需要冷卻空間。
圖4示出了電池中的電流的傳輸，這個(gè)電池由三個(gè)雙極電極板、兩個(gè)邊緣電極板和塑料基體組成，這三個(gè)電極板是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的，邊緣電極板在其兩側(cè)具有供電導(dǎo)體(supply conductor)，塑料基體一直擴(kuò)展到橫向接觸圍欄上。
所利用的基本原理是圖1a示出的設(shè)計(jì)變體，每一個(gè)雙極電極薄層具有一個(gè)穿孔的金屬電極薄層和一個(gè)實(shí)心的金屬電極薄層。用號(hào)碼標(biāo)出的元件與圖1中標(biāo)明的相同。
本發(fā)明并不局限于圖1至4示出的設(shè)計(jì)實(shí)施例。例如，利用本發(fā)明的原則構(gòu)造出不分離的電池或者多室電池也是可能的。也可以使用微孔隔膜代替離子交換膜。電解液的流入和排出管線也可以布置得和在此示出的有所不同，例如它們可以從塑料基體的上部和下部的端面引出，或者可以借助雙極電極板內(nèi)部的多根集流線(manifold lines)引至邊緣板上。
權(quán)利要求
1.一種高電流負(fù)載的雙極多用途電解電池，包括一個(gè)夾緊框架，具有金屬電極薄層和供電導(dǎo)體的兩個(gè)電極邊緣板，以及雙極電極板，后者包括在所有情況下，由塑料做成的一個(gè)電極基體(12)，經(jīng)機(jī)械加工的用于電解液和冷卻介質(zhì)(42、44)的流入和排出管線(26、28、30、32)，電極基體具有經(jīng)機(jī)械加工到一側(cè)或兩側(cè)中的冷卻空間(18)和/或電極背面空間(20)，金屬電極薄層(14、16)，它們被提供到基體(12)的兩側(cè)，并且在電化學(xué)活性區(qū)域中是實(shí)心的和/或穿孔的，電解質(zhì)密封框架(22)，它處于實(shí)心的金屬電極薄層(14、16)上并由彈性塑料做成，離子交換膜(50)，它處于穿孔的金屬電極薄層(14、16)上和/或電解質(zhì)密封框架(22)上，用來(lái)隔離電極空間，其特征在于電極板具有30∶1至1.5∶1的高寬比，金屬電極薄層(14、16)和電解質(zhì)密封框架(22)橫向突出超過(guò)電極基體(12)并且連接于垂直的接觸圍欄(52)，而在電解質(zhì)密封框架(22)的區(qū)域中，它們連接于電極基體(12)，以形成可以作為單獨(dú)單元安裝的機(jī)械穩(wěn)定的雙極電極板，接觸圍欄以距電極基體(12)1至50mm的距離布置在兩側(cè)，兩個(gè)相鄰的雙極單元相互之間的電絕緣由電解質(zhì)密封框架(22)形成，在壓力的作用下憑借夾緊框架而將電極板夾緊時(shí)，也同時(shí)密封了電解質(zhì)空間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的雙極多用途電解電池，其特征在于陽(yáng)極薄層由電子管金屬構(gòu)成，優(yōu)選為鈦，并具有貴金屬活性層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的雙極多用途電解電池，其特征在于陽(yáng)極薄層應(yīng)用固態(tài)鉑的貴金屬，它是通過(guò)鉑箔和鈦薄層的均衡熱壓而得到的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的雙極多用途電解電池，其特征在于陰極薄層材料為鎳、鈦、鋼、不銹鋼或鉛。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的雙極電解電池，其特征在于陰極薄層包括高合金不銹鋼，例如No.1.4539材料，并且活性電極表面設(shè)計(jì)為網(wǎng)形鐵，并且在背側(cè)直接放置在作為載體的穿孔陰極框架部件上。
6.根據(jù)先前任何一項(xiàng)權(quán)利要求的雙極電解電池，其特征在于電極的電流接觸表面具有鉑、金、銀的涂層或者具有良好導(dǎo)電性的銅層。
7.根據(jù)先前任何一項(xiàng)權(quán)利要求的雙極電解電池，其特征在于接觸圍欄包含鍍錫、鍍銀或涂有貴金屬的銅。
8.根據(jù)先前任何一項(xiàng)權(quán)利要求的雙極電解電池，其特征在于接觸圍欄和電極接觸為鍍金或鍍鉑的，并且由于壓力接觸的原因電流被傳輸，而壓力接觸是夾緊電極組裝件造成的結(jié)果。
9.根據(jù)先前任何一項(xiàng)權(quán)利要求的雙極電解電池，其特征在于在電池框架和垂直的接觸圍欄之間存在幾個(gè)毫米大小的空氣間隙，這個(gè)間隙允許微量電解質(zhì)泄漏時(shí)將其排出，并且防止了電流接觸的滲透。
10.根據(jù)先前任何一項(xiàng)權(quán)利要求的雙極電解電池，其特征在于電極板的高度為從1.5m至3m，并且它們的高/寬比為從10∶1至1.5∶1。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明用于高電流負(fù)載的一種雙極電解電池，包括一個(gè)夾緊框架，具有金屬電極薄層和供電導(dǎo)體的兩個(gè)電極邊緣板，以及雙極電極板，后者包括塑料的電極基體(12)，用于電解液和冷卻介質(zhì)的流入(26，28，42)和排出(30，32，44)管線，電極基體具有結(jié)合到一側(cè)或兩側(cè)中的冷卻空間(18)和/或電極背面空間(20，24)，金屬電極薄層(14，16)，它們被提供到基體的兩側(cè)，并且在電化學(xué)活性區(qū)域是實(shí)心的和/或穿孔的，電解密封框架，它位于實(shí)心的金屬電極薄層之上并由彈性塑料做成，離子交換膜(50)，它位于穿孔的金屬電極薄層之上和/或電解密封框架之上，用來(lái)隔離電極空間。
文檔編號(hào)C25B9/20GK1427900SQ01809202
公開日2003年7月2日 申請(qǐng)日期2001年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月9日
發(fā)明者邁克爾·格恩, 沃爾夫?qū)と? 革德·海恩茲 申請(qǐng)人:佩羅希德－化學(xué)有限公司及兩合公司