[发明专利]电池

说明书

本发明涉及在电解过程中有气体产生的电池，这种电池包括由一层离子选择隔板（membrane）分开的独立的阳极和阴极部分。本发明还涉及根据本发明制造电池方法，以及在电解过程中电池的使用。

许多电解过程，例如氯和碱的生产过程，经常在具有由一层或多层离子选择隔板分开的独立的阳极和阴极部分的电池中进行。由于机械应力和过高的电流密度（这些取决于电解液中很大的浓度变化率，有可能局部出现），隔板的寿命将大大缩短。为使隔板能有满意的性能，它还必须与液体保持永久的接触，不过这在电解过程中很难做到，因为气体产生，特别是电极的间隔很小，电极间隔做得很小的目的是为了最大限度地减小电流的消耗。

氯一碱电解经常产生于具有垂直电极的双腔电池，其中隔板被阴极部分中的正压力压向阳极。通常，电极在每个腔中尽量延伸至电池的上界面，并且在电解过程中产生的富含气体的液体通过一个出口离开电池，气体在出口被分离出去。气泡会粘在电极中的一个、特别是阳极和隔板之间的一个，这增加了电池的电阻，从而降低了电流效率。另一个问题是氢氧离子经过隔板进入阳极部分，除非迅速地将其清除，否则会产生所不希望的副反应。

为了提高电极和隔板之间电解液的流动速度，也为了改善气泡的清除，在EP-A415896和EP-A533237中描述了已经设计出来的电极，它们在其表面具有不同类型的通道。

专利文献也公开了带内部循环的电解电池，例如见于专利US3，647，672，DE-A13323803和EP-A2383243。然而，这些公开的专利都没有涉及延长离子选择隔板寿命和提高电池效率的问题，在这些电池中，离子选择隔板被压向两个电极中的一个。

带内部循环的电解电池在EP-A99693、EP-A311575和美国专利5，130008中也有描述。

本发明旨在解决上述问题，在考虑电池隔板寿命的同时，提供一种在电解过程中有气体产生的有效的隔板电池（membrane  cell）。本发明还通过简单的修改，提高了现有隔板电池的效率。

根据本发明，已经发现如果电解液在电极表面高速流动，那么既提高电池效率又延长隔板寿命。还发现如果在与电极上边缘相邻的区域将气体分开，则可能阻止隔板直接和气体接触。

本发明涉及在电解过程中有气体产生的电池，这种电池包括由至少一层最好基本垂直的离子选择隔板分开的独立的阳极和阴极部分。电池阳极和阴极部分中的至少一个被设计用于有气体产生的电解过程，并包括至少一个基本垂直的电极，其前侧面对隔板，以及包括至少一隔层，以便形成至少两个基本垂直的通道和位于该隔层上方的具有较大截面积的空间，其中，用于向上传送富含气体的电解液的第一通道由所述隔层和电极限定，而用于向下传送缺乏气体的电解液的第二通道，如从电极看过去那样，则位于所述第一通道的后面，所述隔层是这样排列的，以至于所述的第一通道中向上传送的富含气体的电解液承受喷管效应（venturi  effect），使得在与电极的上边缘相邻的区域，气体的主要部分被分离出去，并且电解液的主要分经所述的第二通道向下再循环。适当排列隔层，以至于施加到电池腔中的大约50%至大约98%、最好久70%至95%的电解液被再循环。

总的来说，隔层应这样来放置，以便在尽可能高的位置从电解液中分离气体。在电解过程中产生的气体产生向上的抽吸力P_液体，由此使得富含气体的电解液向上传送，该抽吸力取决于通道的高度以及气体和液体之间的密度差，这一差值部分取决于流速。该抽吸力必须超过通道中的流体阻力P_通道，它取决于通道的液体传送部分直径、材料的摩擦系数以及流速。分离程度由根据下式算出的静压力差决定：

P_压力＝P_液体-P_通道

静压力差正比于一个高度，该高度是抽吸力传送液体所能达到的高度，并且在这一高度分离以起泡的形式开始。最好起泡区基本上延伸到电极的上边缘，在大多数电池中这是电池的上边界。从以上可以清楚地看出，隔层的最优位置取决于几个参数，因此必须在具体情况下通过改变隔层的纵向和横向位置、从而改变通道的高度和截面而预选出适当的位置，于是在尽可能高的位置产生分离，并得到所希望的再循环。