專利名稱：電極與制造電極的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電極，一種制造這樣的電極的方法，由根據(jù)本發(fā)明的電極構(gòu)成的電解槽，以及在電解中這樣的電極的使用。該電極是由一種電極結(jié)構(gòu)構(gòu)成的，這個(gè)電極結(jié)構(gòu)借助于電焊在結(jié)構(gòu)之間的接觸絲安裝到下墊基座結(jié)構(gòu)上。
目前，由于其良好的材料特性，鈦(Ti)在先進(jìn)的電化學(xué)應(yīng)用中是用于電解槽及電極的最普通的材料。然而，鈦是不良導(dǎo)體并且當(dāng)作為陽(yáng)極操作時(shí)是鈍化的。在工業(yè)電解槽中是通過鈦的適當(dāng)活化來(lái)克服這種鈍化的。在許多電化學(xué)過程中使用薄膜。薄膜很薄且脆。薄膜對(duì)電流密度的變化也是敏感的。此外，為了不損壞薄膜，具有干凈，平滑及均勻電極表面是很重要的。
電極的活性涂層通常是一種陶瓷材料，它實(shí)際上并不是用于焊接的，導(dǎo)致如在焊接點(diǎn)周圍及其內(nèi)部的軟化及變形。因此，當(dāng)焊接被涂覆的電極表面時(shí)，通常會(huì)損壞涂層。在電極表面上被損壞的涂層區(qū)域意味著電流在被損壞區(qū)域周圍取另外的路徑。因?yàn)槟壳半娊獠蹆?nèi)較高的電流密度與電流強(qiáng)度，所以由于這些被損壞區(qū)域，將會(huì)在電極表面上存在大的電流分布差。由于在電極表面上的大的電流分布差，將損壞薄且可變形的薄膜。
到目前為止薄膜質(zhì)量限制了電解槽中可能的電流密度。但是由于發(fā)展中的以及明天的薄膜將可以承受目前薄膜每單位面積電流的兩倍，對(duì)電解槽質(zhì)量，電極結(jié)構(gòu)的度量及電流分布變化的要求將會(huì)因此而增加。
在許多電解過程中，應(yīng)用的是由網(wǎng)(net)，多孔細(xì)網(wǎng)(expandedmesh)，金屬絲網(wǎng)(wire-gauze)，網(wǎng)格(grid)，細(xì)絲，棒等等形狀的電極表面構(gòu)成的電極，它的被焊到下墊結(jié)構(gòu)上。通常是使用點(diǎn)焊(一種電阻焊接方法)。在由電阻焊接及其它接觸焊接操作(電焊)所進(jìn)行的焊接操作中，電源可以是不同類型的交流電(A.C.)及直流電(D.C.)。焊接的質(zhì)量依賴于幾種條件，如電流強(qiáng)度及電流類型。焊接時(shí)間及電極的機(jī)械壓力也是重要參數(shù)。
焊接點(diǎn)的質(zhì)量依賴于被聯(lián)接表面間的電接觸。由于這個(gè)事實(shí)即電極總是由具有不良導(dǎo)電性的催化活性材料所覆蓋，焊接操作中的不良電接觸或多或少總是個(gè)問題。不良電接觸可引起導(dǎo)致表面損壞的電弧。弱接觸可能需要較長(zhǎng)焊接時(shí)間，由于增加的熱量，它將導(dǎo)致張力及變形。改善這種接觸的一個(gè)方法是增加電極上的機(jī)械壓力，即在電極上的施加于被焊接材料的壓力。然而，電極的增加的壓力引起在焊接點(diǎn)周圍材料表面上的損壞，當(dāng)焊接條件如上所述不正確時(shí)，將導(dǎo)致破壞薄膜的粗糙和不均勻表面(如由于焊接電火花)，并且也可導(dǎo)致電極表面涂層的破壞。
US-A-5,373,134披露了一種電極，其正面當(dāng)形成通路的細(xì)絲相配合。細(xì)絲通過沿每條細(xì)絲的多個(gè)無(wú)接觸焊接固定點(diǎn)被焊接到下墊結(jié)構(gòu)上。然而，用例如激光焊接將細(xì)絲焊接到基座結(jié)構(gòu)上是相當(dāng)復(fù)雜的，耗時(shí)的并且是操作困難的。
DE-B-2538000披露了一種雙極電極結(jié)構(gòu)，其構(gòu)成為一個(gè)基板和一個(gè)網(wǎng)格狀電極。用作電極的棒被連到下墊定位棒上以便形成具有可接受的機(jī)械強(qiáng)度的網(wǎng)絡(luò)并使網(wǎng)格保持在一起。在將網(wǎng)格焊接到基座結(jié)構(gòu)上之前作之種裝配。這種電極并不是用于薄膜電解槽的。
EP-B1-0044 035披露了一種電極，其構(gòu)成為一網(wǎng)型金屬片，它被焊接于一個(gè)多孔平面電極支座上。
EP-A1-0080288涉及一種電極，其構(gòu)成為一個(gè)片狀金屬帶有凸塊，其中所說凸塊用例如焊接連到一個(gè)有小孔的片上。
此外，熟悉本領(lǐng)域的人熟知大而粗糙的連接細(xì)節(jié)可用于將細(xì)絲連到下墊表面的接點(diǎn)。這樣的用于焊接點(diǎn)的大的和粗糙的連接細(xì)節(jié)不能用輪廓分明而于良好好的接觸。
根據(jù)本發(fā)明的方法提供了一種制造電極的方法，其中上述所有缺點(diǎn)都被減至最小。
使用本發(fā)明，以焊接順序建立一個(gè)最佳電接觸，它導(dǎo)致均勻的電流分布及高質(zhì)量的可靠連接點(diǎn)。焊接操作被簡(jiǎn)化，易于自動(dòng)化并且只需低功率輸入。
根據(jù)本發(fā)明，可選用各種電源以用于焊接的電流分布。焊接時(shí)間也可縮短。
根據(jù)權(quán)利要求，本發(fā)明涉及制造一種電極的方法，該電極由與下墊基座結(jié)構(gòu)相連的電極結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其中方法的構(gòu)成步驟是(a)在基座結(jié)構(gòu)上放置電極結(jié)構(gòu)并且在所說基座結(jié)構(gòu)與所說電極結(jié)構(gòu)之間放置接觸絲；(b)用電焊將所說基座結(jié)構(gòu)，電極結(jié)構(gòu)及接觸絲在接點(diǎn)連在一起。
接觸絲用于形成具有高機(jī)械強(qiáng)度的平滑且耐久的焊接點(diǎn)。
接觸絲一般可以任何次序來(lái)施加。或是先將接觸絲加到基座結(jié)構(gòu)上，或是先將接觸絲加到電極結(jié)構(gòu)上。最好是先將接觸絲施加到基座結(jié)構(gòu)上。
“絲”的另一個(gè)意義是接觸細(xì)絲股線，因?yàn)樗鼈冇米髟诤附拥揭黄鸬谋砻嬷g的輪廓分明的接觸。使用字“絲”意味著細(xì)或金屬絲，根據(jù)本發(fā)明，它們可以具有的厚度范圍在約0.05mm至約5mm的范圍，絲的厚度從約0.1mm至約2mm是合適的，較合適的是從0.1至約0.8mm，更適合的是從約0.2mm至多到約0.8mm，并且最合適的是從0.3mm至約0.6mm。如果接觸絲不是圓形的，則測(cè)量與電極的范圍平行的絲最寬部分的厚度。接觸絲可具有任何的延伸。
接觸電極的幾何橫截面不是嚴(yán)格的，它們可以是例如圓形，方形，橢圓的，長(zhǎng)方形或三角形，即使出于經(jīng)濟(jì)原因它也最好是大體的圓形。
如果絲是窄的并薄的則取得最佳機(jī)械穩(wěn)定性，但是只要能獲得足夠的穩(wěn)定性，接觸電極間的距離不是關(guān)鍵。然而，可施加的接觸絲的數(shù)目也是與電流以密度相關(guān)的。如果電流密度高，則接觸電極的數(shù)目可以增加。如果電流密度低，則接觸絲的數(shù)目可降低。
如果電極是帶有易于損壞的薄膜來(lái)使用，電極表面應(yīng)適當(dāng)?shù)仄交一旧显O(shè)有例如可由焊接電火花引起的尖銳部分。
根據(jù)本發(fā)明的方法，可以用于鈍化電極的復(fù)原，其中可將一新電極結(jié)構(gòu)焊接在老的，鈍化電極上，也可用于生產(chǎn)新電極。在用根據(jù)本發(fā)明的方法制造新電極的場(chǎng)合，接觸絲極的橫截面積可以甚至大于電極結(jié)構(gòu)的厚度。在用新電極結(jié)構(gòu)復(fù)原舊電極的場(chǎng)合，橫截面積最好等于或小于電極結(jié)構(gòu)的厚度。
根據(jù)本發(fā)明的方法可以適用于任何電化學(xué)過程的電極，特別是用于復(fù)原舊的，鈍化的和磨損電極。使用本發(fā)明，新的活化的電極表面可在電化學(xué)工廠處來(lái)焊接。當(dāng)這種工廠與電極制造廠的距離很遠(yuǎn)時(shí)，這尤為優(yōu)越。
電焊接意味著在焊接電極與要被焊接的零件之間發(fā)生有電接觸的焊接操作。因而，排除了無(wú)接觸焊接法如激光焊接及電子束焊接。最好使用電阻焊接。
通過使用接觸絲，由于小而尖的傳導(dǎo)區(qū)域，建立了輪廓分明并可靠的接觸表面。為了得到平滑的焊接接點(diǎn)，接觸表面必須是均勻而且最好也是針尖狀的。這種條件用于焊接操作的良好接觸。如果接觸是不良的或表面不是輪廓分明的，如果粗糙表面，則電流在區(qū)域周圍另取路徑。
電極結(jié)構(gòu)可以被做成縱向或橫向細(xì)絲，具有網(wǎng)，金屬絲網(wǎng)，細(xì)網(wǎng)，網(wǎng)格或類似的形狀。電極結(jié)構(gòu)也可以是打孔板或多孔金屬片(形成網(wǎng)).
下墊結(jié)構(gòu)，也稱作基座結(jié)構(gòu)，最好包括通孔以促進(jìn)電解液循環(huán)。
電極結(jié)構(gòu)可具有細(xì)絲形狀，細(xì)絲可直接加在接觸絲板上或者如一最佳實(shí)驗(yàn)例，可將細(xì)絲連到支持細(xì)絲上，以形成網(wǎng)狀，金屬網(wǎng)狀，細(xì)網(wǎng)狀，網(wǎng)格狀或類似的電極結(jié)構(gòu)，這個(gè)電極結(jié)構(gòu)被焊接于接觸絲上。細(xì)絲可以與接觸極的延伸相橫向或相平行。電極帶有基本平行的電導(dǎo)材料的細(xì)絲是合適的，細(xì)絲被連到下墊結(jié)構(gòu)和接觸絲并與之電接觸。在一個(gè)最佳實(shí)施例中，這些電細(xì)絲形成如US-A-5,290,410及US-A-5,373,134描述的通路，這里將它們合并在一起用于參考。因而，細(xì)絲變形成形成通路的細(xì)絲，導(dǎo)致了用于電解液的循環(huán)及有效去除所形成的任何氣體的大量的不間斷的通路。
在其上焊有電極結(jié)構(gòu)及接觸絲極的下墊基座結(jié)構(gòu)可以具有任何形狀和結(jié)構(gòu)。最好是下墊基座結(jié)構(gòu)是一個(gè)模壓(former)電極表面。作為可以修改的以前的工藝結(jié)構(gòu)和電極的例子，可以提到普通金屬片、打孔板電極，拉制金屬網(wǎng)電極，具有縱向或橫向棒、細(xì)絲或金屬絲的電極，或是包括從普通金屬片打孔而成的彎曲或垂直薄片的電極，這種薄片可豎直或水平延伸；例如隔柵(louver-type)電極。這些種電極對(duì)于那些本領(lǐng)域受過訓(xùn)練的人們是熟知的并且在例如上述EP415,896及GB1,324,427中已給予描述。一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的最佳實(shí)施例是隔柵型電極，在一個(gè)實(shí)施例中下墊基座結(jié)構(gòu)具有通孔。
一個(gè)完整電極，即不僅電極結(jié)構(gòu)，接觸絲而且下墊結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)赜梢环N同樣材料制成，例如Ti，V，Cr，Mn，F(xiàn)e，Co，Ni，Cu，Zr，Nb，Ag，Pt，Ta，Pb，Al或其合金。如果電極用作陽(yáng)極，就(Ti)或鈦金屬較好，而Fe，Ni或其合金在電極用作陰極時(shí)較好。電極結(jié)構(gòu)，接觸絲極和下墊基座結(jié)構(gòu)根據(jù)打算用作陽(yáng)極還是陰極用某種適當(dāng)?shù)?，催化活化材料?lái)活化也是較好的。也可使用只有電極結(jié)構(gòu)被活化的電極。有用的催化材料是元素周期表中8B族的金屬，金屬氧化物或其混合物即Fe，Co，Ni，Ru，Rh，Os，Ir，或Pt，其中Ir和Ru尤為好。
本發(fā)明涉及一種制造電極的方法，其中接觸絲極與電極結(jié)構(gòu)及下墊結(jié)構(gòu)通過沿每一個(gè)絲極的多個(gè)焊接固定點(diǎn)相連接。根據(jù)本發(fā)明的焊接操作條件，如果沒有另外的說明，可在本領(lǐng)域受過訓(xùn)練的人們熟知的普通條件中變化。
在操作上述最佳電焊方法中，結(jié)果是實(shí)際接觸點(diǎn)為一小的輪廓確定的接點(diǎn)，而其余的絲極基本不受影響，使得這個(gè)方法特別適用于非常薄的接觸絲極，厚度從約0.1到約2mm較好最好是從約0.1到0.8mm。在接觸絲極可機(jī)械拖出的同時(shí)，不損壞不墊結(jié)構(gòu)，電接觸良好。接下來(lái)，電極可再次帶有接觸絲極不需要任何進(jìn)一步加工，這簡(jiǎn)化了鈍化電極的復(fù)原。這種焊接方法可用于焊接通常用于制造電極的所有金屬，并已證明具有很高的優(yōu)勢(shì)，尤其是如果接觸絲極和/或下墊結(jié)構(gòu)是由鈦(Ti)或某種鈦(Ti)合金制造的。由于例如電阻焊接具有高能量，制造時(shí)間可縮短。
這種方法不僅可用于制造電極也可用于修改已有電極。在制造電極時(shí)，出于實(shí)際操作原因，用催化涂層的任何活化最好在使用電極結(jié)構(gòu)之前進(jìn)行。然而一個(gè)已存在的電極可以帶有在焊接期間不損壞活化涂層的電極結(jié)構(gòu)。也可以向非活化電極或在用了很長(zhǎng)時(shí)間后活性正衰退的電極提供活化電極結(jié)構(gòu)，有關(guān)最佳尺寸及材料可參考根據(jù)本發(fā)明的描述。
接觸絲極最好是彈性的并適當(dāng)?shù)木碓谒芰媳∧ど稀＝佑|絲極可以以這種方式很容易地作為卷盤而運(yùn)送。在塑料薄膜的一面可帶有膠水和漿糊。塑料薄膜也可用粘膠帶。因而，接觸絲極可以以在每個(gè)接觸絲極之間的預(yù)定距離被卷在塑料薄膜上并粘在粘帶或膠上。在將接觸絲極焊接在表面上時(shí)，可在焊接接觸絲極到表面的同時(shí)容易地為卷盤解開卷。
本發(fā)明也包括根據(jù)這個(gè)發(fā)明的方法可獲得的電極，它包含一個(gè)電極結(jié)構(gòu)及一個(gè)下墊基座結(jié)構(gòu)，其中接觸絲極通過電焊在接點(diǎn)上連到所說電極結(jié)構(gòu)和所說下墊基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之間。這種電極在薄膜電解槽中電解生產(chǎn)氯酸鹽或氯及堿金屬時(shí)具有特別優(yōu)勢(shì)，而且在從稀釋溶液中電化學(xué)再生金屬或再生氣體時(shí)也是很有用的。
此外，本發(fā)明涉及一個(gè)電解槽，它由至少一個(gè)與根據(jù)本發(fā)明的接觸絲極相配合的電極構(gòu)成。最好它的構(gòu)成也有一個(gè)放置于陽(yáng)極與一陰極之間的離子選擇薄膜以與本發(fā)明的電極結(jié)構(gòu)接合(engage)。此外，電解槽可根據(jù)本領(lǐng)域受訓(xùn)之人的所熟知的普通技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)。
最后，本發(fā)明涉及一種電解方法，至少電極之一是與根據(jù)本發(fā)明的接觸絲極相連的一個(gè)電極。由于這種方法對(duì)材料及涂層只有極小沖撞，導(dǎo)致面對(duì)薄膜的表面平滑及均勻，所以它可以特別適用于薄膜電解槽的電解，特別是堿金屬氯化物溶液的電解(例如用于生產(chǎn)氯及堿金屬的Na或K氯化物溶液)。
現(xiàn)在將參照附圖來(lái)更詳細(xì)地描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明并不限于被說明的實(shí)施例，在權(quán)利要求的范圍內(nèi)可以進(jìn)行許多其它變形。


圖1是一電極的示意頂視圖，電極中接觸絲極與下墊基座結(jié)構(gòu)相連并也示出了接觸絲極與電極結(jié)構(gòu)的各種橫截面。圖2是帶有接觸絲極和電極結(jié)構(gòu)的空心基座結(jié)構(gòu)之側(cè)視剖面圖。圖3是示出細(xì)絲電極結(jié)構(gòu)的示意頂視圖，而圖4示出了圖3中細(xì)絲電極的側(cè)視剖面圖。圖5-6示出了帶有用作電極結(jié)構(gòu)的細(xì)絲的最終電極的側(cè)視圖。
圖1中，接觸絲極2可以連到下墊結(jié)構(gòu)1上。也示出了不同種電極結(jié)構(gòu)。電極結(jié)構(gòu)可具有細(xì)網(wǎng)3a，網(wǎng)格3b(或形成通路細(xì)絲)或打孔金屬片3c(例如隔柵電極)。接觸絲極可具有不同的幾何剖面。剖面可以是方形2a，圓形2b，三角形2c或長(zhǎng)方形2d。
圖2A示出了一金屬片，帶有打孔的分段折片4(sectional flap)，它在片的表面形成一打開的，空心結(jié)構(gòu)。在折片4的上邊緣，焊有接觸絲極2。電極結(jié)構(gòu)3焊在接觸絲極2上。圖2B示出了折片5，它是金屬片打孔形成的，形成了一個(gè)被稱作隔柵電極的電極。接觸絲極2焊在折片5上而電極結(jié)構(gòu)3連到接觸絲極2上。在圖2C中接觸絲極2沿折片5的頂部放置，與結(jié)構(gòu)中的開口相平行。電極結(jié)構(gòu)3具有波形狀，其中波形跟隨隔柵結(jié)構(gòu)的凹部。圖2D中接觸絲極2與結(jié)構(gòu)中的狹長(zhǎng)縫隙相橫向放置。不僅接觸絲極而且電極結(jié)構(gòu)是波形的。
圖3和圖4示出了多個(gè)平行細(xì)絲14，形成通路16，與定位橫向細(xì)絲13相連，這里使用定位細(xì)絲13并且它與下墊接觸細(xì)絲12相垂直延伸，接觸電極12是加到下墊基座結(jié)構(gòu)11上。圖4中，通常從上面看不見的焊接點(diǎn)15的位置已標(biāo)出。
圖5-6示出了由細(xì)絲14即形成通路的細(xì)絲確定的通路構(gòu)成的電極，細(xì)絲通過焊接接觸點(diǎn)被連到定位、橫向的細(xì)絲13上。圖5中定位細(xì)絲13與接觸絲極12平行而延伸，由此也通過接觸絲極12來(lái)支持通路形成細(xì)絲14。通過這種設(shè)計(jì)，沿電極正面形成基本完全不間斷的通路。在圖6的實(shí)施例中定位細(xì)絲13與橫向接觸細(xì)絲12相連。
權(quán)利要求
1.一種制造電極的方法，該電極包括一個(gè)與一下墊基座結(jié)構(gòu)(1；11)相接觸的電極結(jié)構(gòu)(3；14)，其特征在于這種方法由如下步驟構(gòu)成(a)在基座結(jié)構(gòu)(1；11)上放置電極結(jié)構(gòu)(3；14)并在所說基座結(jié)構(gòu)及所說電極結(jié)構(gòu)之間放置接觸絲(2；12)；并且(b)通過電焊在接點(diǎn)(15)將所說基座結(jié)構(gòu)，電極結(jié)構(gòu)及接觸絲極連接在一起。
2.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于接觸絲具有從約0.1mm到約2mm的厚度。
3.如權(quán)利要求2的方法，其特征在于接觸絲及具有從約0.1mm到約0.8mm的厚度。
4.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于下墊基座結(jié)構(gòu)(1；11)是孔板，網(wǎng)形金屬，棒，細(xì)絲線或金屬絲或由普通金屬片沖孔而來(lái)的薄板狀的多孔結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于電極結(jié)構(gòu)是由網(wǎng)形金屬(3a)制做的。
6.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于電極結(jié)構(gòu)是縱向的或橫向細(xì)絲線(3b；16)制作的。
7.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于接觸絲具有圓形幾何橫截面。
8.由這種方法可獲得的電極，包含一個(gè)電極結(jié)構(gòu)(3；14)及一個(gè)下墊基座結(jié)構(gòu)(1；11)，其特征在于接觸絲(2；12)是在接點(diǎn)(15)由電焊連在所說電極結(jié)構(gòu)及所說下墊基座結(jié)構(gòu)之間的。
9.如權(quán)利要求8的電極，其特征在于接觸絲具有厚度從約0.1mm到約2mm。
10.如權(quán)利要求9的電極，其特征在于接觸絲及具有厚度從約0.1mm到約0.8mm。
11.電解槽，其特征在于它由至少一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求8-10的任何一項(xiàng)的帶有接觸絲(2；12)的電極構(gòu)成。
12.如權(quán)利要求11的電解槽，其特征在于它由一個(gè)陽(yáng)極，一個(gè)陰極及設(shè)置于所說陽(yáng)極及所說陰極之間的一個(gè)離子選擇薄膜構(gòu)成。
13.電解的方法，其特征在于利用根據(jù)權(quán)利要求8-10的任何一項(xiàng)的帶有接觸絲(2；12)的電極。
14.如權(quán)利要求13的方法，其特征在于使用薄膜電解槽。
15.如權(quán)利要求14的方法，其特征在于它包括電解堿金屬氯化物溶液成氯及堿金屬，陽(yáng)極是一根據(jù)權(quán)利要求8-10的帶有接觸絲的電極。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電極的制造方法,該電極由一連到下墊基座結(jié)構(gòu)(1;11)的電極結(jié)構(gòu)(3;14)構(gòu)成,其中該方法的構(gòu)成步驟有(a)在基座結(jié)構(gòu)(1;11)上提供電極結(jié)構(gòu)(3;14)并在所說基座結(jié)構(gòu)與所說電極結(jié)構(gòu)間提供接觸絲極(2;12);以及(b)用電焊將所說基座電極,電極結(jié)構(gòu)及接觸絲極在接點(diǎn)(15)連在一起。本發(fā)明也包括由這種方法制造的電極,由根據(jù)本發(fā)明的電極構(gòu)成的電解槽,及在電解中應(yīng)用這種電極。
文檔編號(hào)C25B11/00GK1184167SQ9712127
公開日1998年6月10日 申請(qǐng)日期1997年10月30日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月31日
發(fā)明者卡林·達(dá)爾奎斯特, 斯文－埃里克·伯林, 安德斯·烏爾曼 申請(qǐng)人:帕馬斯坎德公司