[发明专利]气体扩散电极

说明书

发明领域

本发明涉及一种适合作为电解池中的耗气阳极或阴极的气体扩散电极结构。

发明背景

气体扩散电极在若干电化学工艺中、尤其是在去极化电解工艺领域中（利用或者耗氢阳极或者耗氧阴极），以及在燃料电池应用中的用途是众所周知的。气体扩散电极通常由一个薄的多孔气体扩散层组成，该多孔气体扩散层配备有疏水路径用于气体穿过其厚度传输、任选地具有一种催化剂并且被嵌入或层压到电流收集构件上。电流收集构件还可以充当加固构件，取决于最后的应用。电流收集构件的实例是多孔金属网或金属织物、泡沫金属、编织或多股绞合碳布或金属布或毡、碳纸。气体扩散层可以由任选地催化的导电粉末（例如，金属粉、氧化物粉或碳粉）的多孔固体组合物结合一种粘合剂，通常一种能够形成合适的网状物（其中这些导电粉被捕获）的塑料材料组成。气体扩散层不是自立式构件，因此它们通常借助于不同的技术在电流收集构件上形成，这些技术例如，通过喷涂该部件的一种水性悬浮液、或通过凹印或刮涂一种含水浆料或糊料。气体扩散层还可以作为贴纸在一个隋性支持体上形成，它在与该电流收集构件层压后例如通过剥离或浸取移除；然而，气体扩散层的单独形成和后续的层压是一个非常精细的操作，气体扩散层通常是非常薄并且脆的并且难以处理。气体扩散电极可以具有一种结合在该气体扩散层内的催化剂，或可以通过在该气体扩散层的顶部上、通常在与该电流收集构件相反的那一侧上施用一个适合的催化剂层被催化。这种类型的构造导致薄的电极构件，这些电极构件具有差的尺寸限定和刚性并且必须由适合的隔离件和收集器来适当支撑，如本领域所熟知的。

气体扩散电极可以用于将电化学工艺去极化；例如，氯碱电解可以通过将氧气供给一个气体扩散阴极而不是通过在一个金属阴极上析气态氢来进行，其中相关的节能为约30%。然而，氯碱池中的一个耗氧气阴极必须在一侧上面对一个气体腔并且在另一侧上面对一个液体电解质腔，在这里产生了一种苛性碱溶液。已知的气体扩散电极不能承受工业尺寸（即，具有超过30cm总高度）电解器中的产物苛性碱溶液的液压头，这可以通过对该气体腔施加压力仅补偿到一定的程度。由该液体柱施加的压力事实上在底部比在顶部高，除非采取使电池设计复杂化的具体对策，例如在WO03035939的笨重的气囊设计中，非常昂贵并且不太可靠，或在渗滤器型电池中，如在WO03042430中所披露的。渗滤器构件可以有效地破坏液体腔中的液压头，另一方面是昂贵的并且添加了不希望的欧姆降到电池结构中。渗滤器事实上由具有某一最小厚度、填充有液体电解质的多孔本体组成，同时根据需要充当在气体扩散电极与隔膜分离器之间的隔离件以便补偿气体扩散电极的差的尺寸限定以及刚性，这使得它们不适合界定一个具有足够低厚度的有限间隙腔。

而且，电冶金的应用，例如金属电解提取，可能从与去极化工艺有关的节能获益，在这种情况下，在阳极侧：事实上金属电沉积是在适合的电解器的阴极侧上进行的，而氧气是在阳极上析出的。在一个适合的气体扩散阳极上通过氢气氧化而进行的析氧置换会导致非常高的节能，然而，由于已知的气体扩散电极的机械特性（使他们不适用于界定多个窄隙腔）使之变得困难，这限制了它们在未分开的电解池（是电冶金工艺的典型）中的应用。此外，还在这种情况下，已知的气体扩散电极将不能承受通常用于工业尺寸电解器中的电解溶液的液压头。

因此，所希望的将是提供一种气体扩散电极，这种电极具有改进的机械特性，适于作为一种自立式构件（具有低的结构允差和足够的刚度以便界定一个电解池的窄隙腔）来操作，能够提供一种静液压屏障（适用于承受是工业电解器的典型的例如20kPa或更高的液压头）。

发明概述

本发明的不同方面在所附的权利要求书中列出。