在一個(gè)和多個(gè)電化學(xué)電池中安裝耗氧電極的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及在電解裝置、特別是用于氯堿電解的電解裝置中安裝耗氧電極的方法變體，其中用含催化劑的薄膜覆蓋折痕區(qū)域和/或?qū)訁^(qū)域和/或重疊區(qū)域。
【專利說明】在一個(gè)和多個(gè)電化學(xué)電池中安裝耗氧電極的方法
[0001]本發(fā)明涉及在電解裝置中安裝耗氧電極的方法和特別用于氯堿電解的電解裝置，在該電解裝置中以特別的方式覆蓋了對(duì)其氣密性而言的關(guān)鍵區(qū)域。
[0002]本發(fā)明從本身已知的耗氧電極出發(fā)，該耗氧電極構(gòu)造為氣體擴(kuò)散電極并且通常包含導(dǎo)電載體和含有催化活性組分的氣體擴(kuò)散層。
[0003]原則上，在現(xiàn)有技術(shù)中各種用來操作在工業(yè)規(guī)模的電解池中的耗氧電極的提議是已知的。其中，基本的想法是用耗氧電極(陰極)替換電解作用(例如在氯堿電解中)的析氫陰極。可能的電池設(shè)計(jì)和解決方案的綜述可參見Moussallem等人的出版物"Chlor-AlkaliElectrolysis with Oxygen Depolarized Cathodes: History, Present Status andFuture Prospects' J.App1.Electrochem.38 (2008) 1177-1194。
[0004]耗氧電極，下文也簡(jiǎn)稱為SVE，必須符合一系列的要求才能用在工業(yè)電解裝置中。因此，所用催化劑和所有其它所使用的材料在通常80-90°C的溫度下必須對(duì)濃度約32重量％的氫氧化鈉溶液和對(duì)純氧是化學(xué)穩(wěn)定的。同樣需要高度機(jī)械穩(wěn)定性，從而在通常大于2平方米面積(工業(yè)規(guī)模)大小的電解裝置中安裝和操作該電極。其它性質(zhì)是:電催化劑的高電導(dǎo)率、低層厚度、高內(nèi)表面積和高電化學(xué)活性。合適的用于傳導(dǎo)氣體和電解質(zhì)的疏水和親水的孔和相應(yīng)的孔結(jié)構(gòu)如同氣密性一樣同樣是必需的，從而使氣體室和液體室保持彼此分開。長期穩(wěn)定性和低制造成本是對(duì)工業(yè)適用的耗氧電極的另外特別要求。
[0005]此外，SVE應(yīng)該可以容易地安裝在電解裝置中和進(jìn)行替換。關(guān)于安裝，描述了各種不同的方法。
[0006]在US 7，404, 878中描述了，將兩個(gè)SVE的對(duì)接邊緣與含有全氟羧酸、全氟磺酰氟或全氟羧酸烷基酯的層相連。該層必須然后通過熱處理與SVE相連。該方法難于應(yīng)用，因?yàn)樵跓崽幚頃r(shí)SVE可能被損壞。此外，其缺點(diǎn)在于，在產(chǎn)生的被覆蓋的和電化學(xué)非活性的邊界和重疊區(qū)域中所述SVE不工作，并由此使其余面積以更高的電流密度工作，這導(dǎo)致電壓升高和因此導(dǎo)致整體更高的能量消耗`。
[0007]在DE 4444114 Al中描述了，通過借助形成夾住接觸而接觸到電化學(xué)反應(yīng)設(shè)備的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)來安裝SVE。但是，在使用夾住接觸或者擠壓接觸時(shí)發(fā)現(xiàn)，其接觸電阻在設(shè)置工作的過程中經(jīng)常變差，由此產(chǎn)生不希望的電能消耗增加。此外不利的是，夾條(Klemmleisten)區(qū)域是電化學(xué)非活性的和因此減少了 SVE面積。
[0008]在電極和電化學(xué)反應(yīng)設(shè)備之間的長久通電連接可以借助焊接工藝實(shí)現(xiàn)，如在EP1041176 Al中描述的。在使用具有沒有打過孔的環(huán)狀的金屬邊緣的氣體擴(kuò)散電極時(shí)，與電極基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的焊接可以直接進(jìn)行。然而，在EP1041176 Al中提到的電極基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的連續(xù)邊緣需要打孔或開槽金屬片作為支撐結(jié)構(gòu)。因此，通常待集成的電極由金屬性傳導(dǎo)的跨整個(gè)區(qū)域開孔的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)組成，在其空室中嵌入了電化學(xué)活性的物料(下文中稱為涂層)。由于涂層物料在高的接合溫度時(shí)大多出現(xiàn)分解，直接焊接涂覆過的電極的嘗試失敗了。為了實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的無缺陷連接，在焊接區(qū)必須沒有涂層物料:因此，開孔的電極基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在這一區(qū)域不含有涂層物料，并在電化學(xué)反應(yīng)裝置中操作時(shí)在沒有采取實(shí)現(xiàn)密封作用的措施的情況下實(shí)現(xiàn)了位于電極兩側(cè)的介質(zhì)、電解質(zhì)和氣體的混合。[0009]為了避免介質(zhì)混合，使未涂覆的焊接區(qū)在施加的時(shí)刻配備有液態(tài)或者糊狀的在一段時(shí)間之后凝固的材料，該材料在該處密封了開孔結(jié)構(gòu)。密封材料的凝固例如可以通過以液體或者糊狀的形式施加的物質(zhì)的化學(xué)固化來進(jìn)行。由于在電化學(xué)反應(yīng)裝置中存在通?；瘜W(xué)腐蝕性非常強(qiáng)的條件，如此產(chǎn)生的密封層的穩(wěn)定時(shí)間被證明是非常短，大約在幾周或者幾個(gè)月的范圍，并因此不利于有效地長期使用該電化學(xué)反應(yīng)裝置。
[0010]此外，在文獻(xiàn)中(見EP 1029946 A2)描述了通過加熱變成塑料而冷卻時(shí)再次凝結(jié)的物料作為密封材料的應(yīng)用。其中，盡管可以使用化學(xué)惰性的物質(zhì)，例如PTFE，但是必須使用高溫來將該物質(zhì)耐久地與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)相連接-根據(jù)引用文獻(xiàn)的教導(dǎo)，實(shí)施該過程因此需要大規(guī)模的設(shè)備/機(jī)器。
[0011]DE 10152792 Al中描述了在電化學(xué)反應(yīng)裝置的氣體擴(kuò)散電極和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之間建立連接的方法，其中通過在電極邊緣和容納該邊緣的周向框架的金屬疊狀結(jié)構(gòu)和周向框架在電化學(xué)反應(yīng)裝置的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上的低歐姆電學(xué)連接之間建立低歐姆電學(xué)連接，可以確保位于電極正面和背面的介質(zhì)的分離。根據(jù)DE 10152792 Al的方法的特征在于，加工由型材形成的框架折疊部分，其中將該型材在邊角區(qū)域剪切成接口或者斜角接縫并通過激光和其它焊接方法或者釬焊方法相互連接起來?？偟膩碚f，該方法的缺點(diǎn)在于，安裝措施是非常消耗性的和花費(fèi)巨大的。替換SVE同樣是非常消耗性的，并且在沒有相應(yīng)的車間和工具的情況下不可能進(jìn)行。同樣對(duì)該實(shí)施不利的是，折疊區(qū)域/型材是電化學(xué)非活性的和因此減少了活性SVE面積。其結(jié)果在于，與反電極(陽極)相比在更高的電流密度下操作SVE，這導(dǎo)致電解電壓的升高和經(jīng)濟(jì)性變差。
[0012]EP 1029946 A2中描述了一種氣體擴(kuò)散電極,該電極由反應(yīng)性層和氣體擴(kuò)散層和集流板(例如銀網(wǎng))組成。該涂層沒有完全覆蓋住該集流板，而是留出了沒有涂覆的邊緣。將優(yōu)選由銀形成的薄的框狀的金屬板施加到氣體擴(kuò)散電極上，從而使金屬框架覆蓋住盡可能小的電化學(xué)活性涂層的面積并進(jìn)而實(shí)現(xiàn)密封作用。在SVE上突出出來的框架用來將SVE與電解裝置例如借助焊接連接起來。這種接觸是復(fù)雜的并且覆蓋了 SVE面積的一部分，由此使空余的SVE面積的局部電流密度升高并由于較高的電解電壓降低了電解裝置的表現(xiàn)性能。此外，復(fù)雜的安裝意味著電解裝置的高加工費(fèi)用或者替換SVE的高費(fèi)用。
[0013]DE 10330232 Al中描述了安裝SVE，其中在一個(gè)工作步驟中在SVE和電解裝置之間建立起電學(xué)接觸以及在氣體室和電解質(zhì)室之間進(jìn)行密封。其中，將金屬條施加到SVE的未涂覆邊緣上以及SVE含有催化劑的區(qū)域上，并借助激光焊接技術(shù)與電解裝置的支撐結(jié)構(gòu)相連接。該方法的缺點(diǎn)在于，金屬條區(qū)域和焊接區(qū)域都是電化學(xué)非活性的，且所選擇的的方法是非常消耗性的。
[0014]因?yàn)闆]有這樣大小的SVE使得每個(gè)電解裝置必須只安裝一個(gè)SVE，必須將多個(gè)SVE安裝到每個(gè)電解裝置中。其中可以通過SVE少的重疊或者通過安裝到接口來進(jìn)行安裝。即使每個(gè)電解裝置有一個(gè)SVE可用，也可能會(huì)存在由于安裝而引起SVE折痕的區(qū)域。
[0015]在現(xiàn)有技術(shù)中再?zèng)]有已知的特殊方法來密封在SVE中可能出現(xiàn)的由制備和使用導(dǎo)致的裂痕或者穿孔。
[0016]因此，本發(fā)明的目的在于提供新的方法來密封SVE上的對(duì)接邊緣或者重疊區(qū)域或者由于安裝而導(dǎo)致的折痕區(qū)域，以及提供方法來密封在SVE中由于制備或者使用而導(dǎo)致的可能出現(xiàn)的裂痕或者裂口。按照電解裝置的構(gòu)建結(jié)構(gòu)，必須使SVE部分地繞過邊角，由此對(duì)SVE產(chǎn)生了強(qiáng)的機(jī)械應(yīng)力作用并由此可能出現(xiàn)漏損。如上所述，漏損導(dǎo)致電解質(zhì)可能從電解質(zhì)室滲透到氣體室中或者氣體可能從氣體室中滲透到電解質(zhì)室中。
[0017]此外，SVE在氣體室與電解質(zhì)室分開的電解裝置中的安裝應(yīng)使得既不會(huì)出現(xiàn)氣體從氣體室滲透到電解質(zhì)室中，也不會(huì)出現(xiàn)電解質(zhì)從電解質(zhì)室滲透到氣體室中。當(dāng)氣體室和液體室之間的壓力差為l_170mbar時(shí)，SVE應(yīng)該是密閉的。其中密閉是指不能在電解質(zhì)室中觀察到可見的起泡的出現(xiàn)。液密性是指不多于10g/(h*cm2)的液體量穿過SVE (其中g(shù)表示液體的質(zhì)量，h表示小時(shí),cm2表示電極的幾何表面積)。但是如果太多的液體穿過SVE,則這只能在朝向氣體側(cè)面的那一側(cè)向下流出。其中，可能形成液體膜，該膜妨礙氣體進(jìn)入SVE和由此極其負(fù)面地影響了 SVE的功率(氧氣不充足供給)。如果太多的氣體出現(xiàn)在電解質(zhì)室中，則必須能夠?qū)馀輰?dǎo)出電解質(zhì)室。在這種情況下，氣泡模糊了電極和膜表面，這導(dǎo)致電流密度偏移，和因此在電池的恒電流操作中導(dǎo)致局部電流密度升高和在電池上導(dǎo)致不希望的電池電壓升高。
[0018]此外，通過安裝應(yīng)該只損失氣體擴(kuò)散電極的一個(gè)盡可能低的電化學(xué)活性面，并且工業(yè)上可以容易地實(shí)施安裝。
[0019]所述目的例如可以通過在安裝時(shí)用由聚合物組分和氧化銀組成的薄膜遮蓋SVE的重疊區(qū)/折痕邊緣或者對(duì)接邊緣而實(shí)現(xiàn)。
[0020]本發(fā)明的主題是在電化學(xué)半電池中氣密性地安裝一個(gè)或多個(gè)鄰接的耗氧電極的方法，其特征在于，將在所述半電池的氣體隔室的框架上安裝耗氧電極時(shí)出現(xiàn)的耗氧電極的折痕區(qū)域和/或裂痕區(qū)域和/或相鄰的耗氧電極的對(duì)接邊緣區(qū)域和/或重疊區(qū)域用另外的薄膜(下文也稱為密封薄膜)遮蓋住，該薄膜具有與耗氧電極相當(dāng)?shù)慕M成，且比耗氧電極
的層厚度更薄。
[0021]所述的新方法特別是可以應(yīng)用于含有銀和/或氧化銀作為催化活性組分的氣體擴(kuò)散電極。本發(fā)明優(yōu)選涉及將氣體擴(kuò)散電極安裝在氣體室與電解質(zhì)室分開的電解裝置中。其中，特別是使用基于銀的SVE，其制備例如在文獻(xiàn)DE 3710168 Al或EP 115 845 Al中描述過。同樣，可以使用基于在碳上載有銀的催化劑的SVE。
[0022]在優(yōu)選的方法中，密封薄膜具有與耗氧電極相同的催化活性材料。
[0023]所述密封薄膜和/或耗氧電極優(yōu)選彼此獨(dú)立地基于氟化的或者部分氟化的聚合物，特別是聚四氟乙烯(PTFE)，和含有銀的催化活性材料。
[0024]在該新方法的另一優(yōu)選的實(shí)施方式中，在密封薄膜和/或在耗氧電極中的催化活性組分彼此獨(dú)立地包含:銀、氧化銀(I)或者氧化銀(II)或者銀和氧化銀的混合物。
[0025]在密封薄膜中的催化活性組分的成分中特別優(yōu)選包含至少50重量％的氧化銀、特別優(yōu)選至少80重量％的氧化銀。
[0026]另一特別優(yōu)選的方法的特征在于，所述密封薄膜和/或耗氧電極具有混合物，該混合物彼此獨(dú)立地含有70-95重量％的氧化銀、0-15重量％的銀金屬粉末和3-15重量％的氟化聚合物，特別是PTFE，作為催化活性組分。
[0027]優(yōu)選在施加密封薄膜之后將密封薄膜和耗氧電極相互擠壓。
[0028]在該新方法的變化形式中，在施加密封薄膜之后將密封薄膜和耗氧電極在開始操作所述電池時(shí)在它們的接觸處相互連接。對(duì)于所述新方法的的實(shí)施方式，特別優(yōu)選的是重疊區(qū)域或/和對(duì)接區(qū)域和/或折痕區(qū)域在電解裝置中位于一定的位置，在該位置電解裝置在組裝之后對(duì)所述的密封薄膜施加有機(jī)械力。
[0029]對(duì)新方法合適的密封薄膜的優(yōu)選實(shí)施方式的描述:
用來制備密封薄膜所使用的是顆粒大小分布D50值為1-30 μ m的氧化銀,但也可以使用更粗糙的或者更精細(xì)的粉末。所使用的聚合物在SVE的使用條件下應(yīng)該是耐化學(xué)性的。例如，在氯堿電解時(shí)聚合物應(yīng)該對(duì)在90°C的32重量％的NaOH和純氧具有穩(wěn)定性。所使用的例如可以是氟化或者部分氟化的聚合物，例如聚四氟乙烯(PTFE)。此外，聚合物也應(yīng)該對(duì)氧化銀的氧化作用在很大程度上是穩(wěn)定的，特別是在制備條件下。 [0030]為了制備優(yōu)選的待使用的密封薄膜，聚合物組分的用量應(yīng)為使得仍可以制備可操作的和能夠耐機(jī)械應(yīng)力的薄膜。能夠耐機(jī)械應(yīng)力是指，可以將密封薄膜在沒有損害的情況下(即沒有在其中密封薄膜形成較大孔洞或者寬裂痕的折痕或者破裂)安裝到工業(yè)電解裝置中。
[0031 ] 為了提高耐機(jī)械應(yīng)力性可以在密封薄膜中裝配加固織物。該加固織物應(yīng)該對(duì)于氧化銀的氧化作用具有一定的穩(wěn)定性，即其應(yīng)該經(jīng)受住直到生成最終密封薄膜的制備過程，而無顯著的腐蝕或者機(jī)械性能損失。在使用條件下的加固織物的耐化學(xué)性不是必須要求的。因此，也可以使用例如對(duì)氫氧化鈉溶液不穩(wěn)定的材料，例如聚酯。所使用的例如可以是能夠?qū)щ姷妮d體，例如網(wǎng)狀物、織物、編織物、針織物、非織造物、或者泡沫，它們由金屬，特別是由鎳、銀或者鎳和銀的混合物或者鎳-銅合金形成。同樣可以使用非金屬的穩(wěn)定的例如基于聚丙烯的材料作為加固織物。
[0032]優(yōu)選選擇用于密封薄膜的在含有氧化銀的混合物中聚合物組分的含量，以便氧化銀的電化學(xué)還原在電解裝置中的SVE操作條件下仍可以在密封薄膜中進(jìn)行。因此，根據(jù)優(yōu)選的方法氧化銀含量為大于50重量％、特別優(yōu)選大于80重量％。作為用于密封薄膜的聚合物特別優(yōu)選使用聚四氟乙烯(PTFE )。
[0033]類似現(xiàn)有技術(shù)中原則上已知的SVE制備方法，可以由聚合物組分和氧化銀制備密封薄膜。這例如可以通過下列不同的方法進(jìn)行:
一種可能性是，將以粉末形式的氧化銀和聚合物組分?jǐn)D出成薄膜。
[0034]同樣，可以將氧化銀像填料一樣通過糊料擠出加入到聚合物組分中，在PTFE的情況下類似在EP 951500 Al中描述的SVE制備，并由此產(chǎn)生多孔的密封薄膜。
[0035]同樣，可以將氧化銀例如撒在多孔的PTFE薄膜上，并然后擠壓到其中。
[0036]此外，可以類似在DE 2941774 Al中描述的混合過程來加工所述聚合物，然后將其壓延或者擠壓成含有或者不含有加固織物的薄膜。
[0037]根據(jù)在EP 115845 A2中已知的SVE制備方法可以優(yōu)選將銀催化劑沉淀到PTFE上。其中，在用氫氧化鈉溶液沉淀硝酸銀時(shí)添加還原劑而將產(chǎn)生的氧化銀直接還原成銀。如果省略掉還原劑，則可以將氧化銀沉淀在PTFE上。將這些材料過濾、干燥和用根據(jù)DE2941774 Al的混合方法加工成粉末，其然后可以根據(jù)DE 3710168 Al或者EP 115 845 A2擠壓成薄膜。
[0038]上述出版物中描述的制備方法的具體內(nèi)容全部被納入本發(fā)明的公開內(nèi)容中。
[0039]密封薄膜特別優(yōu)選由60-99重量％的氧化銀和由1-40重量％的PTFE組成。任選也可以另外添加銀粉末。其應(yīng)該特別具有小于50 μ m的平均顆粒直徑。額外的銀粉末的量特別優(yōu)選為0-15重量％。[0040]在新方法中優(yōu)選的待使用的密封薄膜的厚度為10-800 μ m、優(yōu)選50-600 μ m。特別優(yōu)選將密封薄膜加工得特別薄，即厚度小于500 μ m。
[0041]耗氧電極的層厚度在沒有密封薄膜的情況下通常為0.1-0.9mm、優(yōu)選0.2-0.7mm。
[0042]本發(fā)明的另一主題是具有一個(gè)或多個(gè)彼此鄰接的耗氧電極(1、Ia)的電化學(xué)半電池，其特征在于，所述耗氧電極具有在所述電池的氣體隔室的框架上安裝時(shí)出現(xiàn)的耗氧電極的折痕區(qū)域和/或裂痕區(qū)域和/或相鄰的耗氧電極的對(duì)接邊緣區(qū)域和/或重疊區(qū)域，這些區(qū)域用另外的薄膜覆蓋，該薄膜具有與耗氧電極相當(dāng)?shù)慕M成，且比耗氧電極的層厚度更薄。
[0043]優(yōu)選的電化學(xué)電池的特征在于，其在耗氧電極的氣體擴(kuò)散層中含有氟化的聚合物、特別是聚四氟乙烯(PTFE)。
[0044]電化學(xué)電池的另一優(yōu)選實(shí)施方式具有導(dǎo)電的柔韌的特別是由金屬線、優(yōu)選由鎳或者由用銀涂覆的鎳形成的紡織形成物作為在所述耗氧電極和/或在所述薄膜中的額外載體元件。
[0045]如果使用加固織物，則其優(yōu)選由金屬織物，例如鎳網(wǎng)狀物、銀網(wǎng)狀物或者鍍銀的鎳網(wǎng)狀物組成，其中網(wǎng)眼寬度大于0.1mm,線厚度大于60 μ m。同樣可以使用其它材料。
[0046]密封薄膜應(yīng)該具有20-70%的計(jì)算出的孔隙率。計(jì)算出的孔隙率是由所使用材料的密度和在所制備的密封薄膜中存在的量以及所產(chǎn)生密封薄膜(在沒有加固織物的情況下)的密度的比例而得出的。
[0047]壓縮比例為2-5，其基于薄膜密度(在沒有加固織物的情況下)與粉末松密度的比例。
[0048]另外優(yōu)選的電化學(xué)電池變體通過根據(jù)上述新方法之一安裝耗氧電極而得到。
`[0049]下面借助附圖通過實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明，但這些并不是對(duì)本發(fā)明的任何限制。
[0050]附圖顯示:
圖1電化學(xué)半電池2的橫截面的圖示
圖2在半開放狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)室電池2、10的橫截面的圖示-對(duì)接區(qū)域7的描繪圖2a密封薄膜9與兩個(gè)耗氧電極I和Ia在區(qū)域7中重疊的圖示，以及密封薄膜9與裂痕6在耗氧電極Ia中的重疊，其中在區(qū)域7中耗氧電極I和Ia對(duì)接圖3實(shí)驗(yàn)室電池2、10的橫截面的圖示-重疊區(qū)域的描繪
圖3a密封薄膜9與兩個(gè)耗氧電極I和Ia在區(qū)域8中重疊的圖示，在該區(qū)域中耗氧電極I和Ia相互重疊。
[0051]在附圖中，相關(guān)標(biāo)記分別具有位于右側(cè)的意義:
1、Ia耗氧電極
2電化學(xué)半電池(2)
3框架(3)
4氣體隔室(4)
5折痕區(qū)域(5)
6裂痕區(qū)域(6)
7對(duì)接邊緣區(qū)域(7)8重疊區(qū)域(8)
9密封薄膜(9)
10具有陽極的陽極半電池 11離子交換膜 12隔離物 13支撐結(jié)構(gòu) 14密封型材 15陽極。
實(shí)施例
[0052]薄膜的制備:
將2kg由88重量％的氧化銀、5重量％的PTFE和7重量％的銀粉末組成的混合物在Eirich R02公司的混合器中劇烈混合5分鐘，然后將混合物冷卻到室溫和然后再次劇烈混合3分鐘。在冷卻到室溫之后，將`混合物撒在由鎳織物組成的加固織物上(線厚度0.14mm,網(wǎng)眼寬度0.5_)，而使在加固織物上形成Imm厚的粉末層。這個(gè)粉末層和加固織物借助壓延機(jī)進(jìn)行壓縮。壓縮比例為3.4。所產(chǎn)生的薄膜9的厚度為290 μ m,所計(jì)算的孔隙率為44%。
[0053]如此得到的薄膜9可以連續(xù)加工。其寬度受到壓延機(jī)的輥筒寬度的限制。薄膜9可以根據(jù)應(yīng)用技術(shù)而剪裁成相應(yīng)于密封區(qū)域/折痕區(qū)域和/或重疊區(qū)域的大小。
[0054]有效性測(cè)試:
薄膜9的密封作用在電解池中測(cè)試。在陰極半電池2中將電流通過支撐結(jié)構(gòu)13輸送到陰極l、la (見圖1和2)。為此，將兩個(gè)基于氧化銀的耗氧電極I和la (SVE)對(duì)接到一起，并且用密封型材14固定在框架3的型材邊緣中(見圖2)。將上述基于氧化銀的薄膜9放置在對(duì)接邊緣7上方并進(jìn)行擠壓，使得薄膜9在對(duì)接邊緣7的每一側(cè)上分別重疊約3mm。在圖2的側(cè)視圖中，圖2a更清晰地顯示了薄膜9和SVEl和Ia在對(duì)接邊緣區(qū)域7中的位置。陽極半電池10具有由鈦金屬板網(wǎng)形成的陽極15，該陽極用市售的基于貴金屬氧化物的Denora公司的DSA?涂料涂覆。電解質(zhì)以及氣體的流入和流出在附圖中沒有畫出，因?yàn)樗鼈兾挥谇忻嬷?。因?yàn)樗鲭娊獬厥亲鳛榻的る姵夭僮鞯模虼藢㈥帢O電解質(zhì)流入設(shè)置在半電池的上部，而流出位于隔離物12的下端。然后將電解池組裝起來并開始操作。SVE下邊緣的堿壓(Laugedruck)為20mbar。在氣室4中的氣壓(氧氣)為60mbar。氯化鈉含量為210g/L的氯化鈉溶液用作陽極電解質(zhì)，而30重量％的氫氧化鈉溶液用作陰極電解質(zhì)。電解質(zhì)的溫度為約85°C，電流密度為4kA/m2。不能觀察到電池電壓的升高。
[0055]隔離物12設(shè)置在對(duì)接邊緣7上，該隔離物將在膜11和基于銀的SVEl ；la之間的距離恒定保持在3mm。在開始操作之后，沒有能夠發(fā)現(xiàn)氣體或液體的穿過。與具有沒有對(duì)接邊緣7的滲透性耗氧陰極的電池相比，實(shí)驗(yàn)室電池的電池電壓沒有變化。
[0056]借助薄膜9也可以類似上述的方式將在半電池2的氣體隔室4的框架3上出現(xiàn)的耗氧電極l、la的折痕區(qū)域5 (見圖1)，或者相鄰耗氧電極I和Ia的重疊區(qū)域8 (見圖3和3a)也或者在裂痕區(qū)域6中的耗氧電極Ia的裂痕密封(見圖2a)。
【權(quán)利要求】
1.用于在電化學(xué)半電池(2)中氣密性和液密性地安裝一個(gè)或多個(gè)鄰接的耗氧電極(1、Ia)的方法，其特征在于，將在所述電池(2)的氣體隔室⑷的框架(3)上安裝耗氧電極(1、Ia)時(shí)出現(xiàn)的耗氧電極(l、la)的折痕區(qū)域(5)和/或裂痕區(qū)域(6)和/或相鄰的耗氧電極(I)和(Ia)的對(duì)接邊緣區(qū)域(7)和/或重疊區(qū)域(8)用另外的薄膜(9)覆蓋住，該薄膜具有與耗氧電極(l、la)相當(dāng)?shù)慕M成，且比耗氧電極(l、la)的層厚度更薄。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述薄膜(9)具有與所述耗氧電極(l、la)相同的催化活性材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，所述薄膜(9)和/或耗氧電極(1、Ia)彼此獨(dú)立地基于氟化的聚合物、特別是聚四氟乙烯(PTFE)和含有銀的催化活性材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一的方法，其特征在于，在所述薄膜(9)和/或在耗氧電極(Ula)中的催化活性組分包含銀、氧化銀(I)或者氧化銀(II)或者銀和氧化銀的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的方法，其特征在于，在所述薄膜(9)中的催化活性組分的成分中包含至少50重量％的氧化銀、特別優(yōu)選至少80重量％的氧化銀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一的方法，其特征在于，所述薄膜(9)和/或耗氧電極(l、la)具有混合物，該混合物彼此獨(dú)立地含有70-95重量％的氧化銀、0-15重量％的銀金屬粉末和3-15重量％的氟化的聚合物，特別是PTFE，作為催化活性組分。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一的方法，其特征在于，在施加所述薄膜(9)之后將薄膜(9)和耗氧電極(1、Ia)相互擠壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一的方法，其特征在于，在施加所述薄膜(9)之后將薄膜(9)和耗氧電極(l、la)在開始操作所述電池(2)時(shí)在它們的接觸處相互連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8之一的方法，其特征在于，所述薄膜(9)的層厚度為10-800μ m、優(yōu)選 50-600 μ m。`
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9之一的方法，其特征在于，所述耗氧電極(l、la)的層厚度為0.1-0.8mm、優(yōu)選 0.2-0.7mm。
11.具有一個(gè)或多個(gè)彼此鄰接的耗氧電極(l、la)的電化學(xué)電池(2)、特別是電解裝置(2’)，其特征在于，所述耗氧電極(l、la)具有在所述電池(2)的氣體隔室(4)的框架(3)上安裝時(shí)出現(xiàn)的耗氧電極(l、la)的折痕區(qū)域(5)和/或裂痕區(qū)域(6)和/或相鄰的耗氧電極(I)和(Ia)的對(duì)接邊緣區(qū)域(7)和/或重疊區(qū)域(8)，這些區(qū)域用另外的薄膜(9)覆蓋住，該薄膜具有與耗氧電極(l、la)相當(dāng)?shù)慕M成，且比耗氧電極(l、la)的層厚度更薄。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的電化學(xué)電池(2),其特征在于,其在耗氧電極(l、la)的氣體擴(kuò)散層中含有氟化的聚合物、特別是聚四氟乙烯(PTFE)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10或11的電化學(xué)電池(2)，其特征在于，其具有導(dǎo)電的柔韌的特別是由金屬線、優(yōu)選由鎳或者由用銀涂覆的鎳形成的紡織結(jié)構(gòu)體作為在所述耗氧電極(l、la)和/或在薄膜(9)中的額外載體元件。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至10之一的方法安裝有耗氧電極(l、la)的電化學(xué)電池(2)。
15.根據(jù)權(quán)利要求9至11之一的電化學(xué)電池(2)在氯堿電解、特別是NaCl電解中的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】H01M8/02GK103562439SQ201180067204
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2011年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2010年12月10日
【發(fā)明者】A.布蘭, M.格羅斯霍爾茨, R.基費(fèi)爾, P.沃爾特林 申請(qǐng)人:拜耳知識(shí)產(chǎn)權(quán)有限責(zé)任公司, 伍德迪諾拉股份有限公司