Una célula electrolítica que comprende al menos una estructura de electrodo renovable que comprende:

- al menos una pared de fondo provista de un elemento de soporte hecho de proyecciones delimitadas en el lado opuesto a la pared de fondo por una superficie terminal, estando dichas superficies terminales de dichas proyecciones en el mismo plano - al menos un electrodo en contacto con dichas superficies terminales de dichas proyecciones, definiendo de ese modo una superficie de contacto caracterizada porque una porción sustancial de dicha superficie de contacto está libre de ligaduras y el al menos un electrodo está fijado a cada una de dichas superficies terminales de dichas proyecciones solamente en al menos una región periférica de dichas superficies terminales

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención se dirige a células electrolíticas con estructuras de electrodo renovables y a un método para sustituir las mismas.

El uso de electrodos planos formados por un sustrato, en la mayoría de los casos foraminoso, revestido con uno o más materiales electrocatalíticos es muy conocido para aplicaciones electroquímicas. La siguiente descripción se referirá principalmente a estructuras de electrodo de este tipo, tanto anódicas como catódicas, usadas en células electrolíticas de membrana, ya que representan un caso particularmente significativo en el panorama presente de la electroquímica industrial; sin embargo, será evidente para el experto en el campo que la misma invención puede aplicarse a otros tipos de electrolizadores y células electroquímicas en general, equipados con elementos estructurales similares.

Un ejemplo de célula electrolítica de membrana que usa electrodos planos con un revestimiento electrocatalítico se ilustra en la patente de EE. UU. Nº 4.767.519. La estructura de electrodo descrita allí comprende un núcleo conductor provisto sobre ambas caras de una estructura de soporte proyectada, protegida contra la corrosión por medio de láminas prensadas en frío adaptadas a la misma y provistas de aletas de cierre periféricas; dichas láminas, en las áreas en correspondencia con las proyecciones de dicha estructura de soporte, cuyas superficies están sustancialmente en el mismo plano, están unidas a mallas electródicas provistas de un revestimiento electrocatalítico. La estructura de soporte proyectada puede obtenerse al prensar las láminas que forman el núcleo o, de acuerdo con una realización más convencional, fijar espaciadores electroconductores unidos al propio núcleo, por ejemplo mediante soldadura. Además, se sabe que el mismo tipo de construcción puede proporcionarse solo sobre un lado del núcleo de metal con proyecciones que soportan un único electrodo que tiene un revestimiento electrocatalítico. Este es el caso, por ejemplo, de electrolizadores provistos, en el lado opuesto, de electrodos de difusión de gas, como en la electrolisis de ácido clorhídrico despolarizada, por ejemplo de acuerdo con el procedimiento descrito en la solicitud de patente británica nº GB 2.010.908. Una construcción particularmente ventajosa en el caso de procesos electroquímicos de este tipo se describe en la solicitud de patente alemana nº DE 198 50 071: en este caso, los salientes están hechos de láminas onduladas dispuestas en orden para formar canales para la circulación ascendente y descendente alterna de los fluidos. La estructura descrita en DE 198 50 071 como una semicélula también puede aplicarse obviamente en el lado opuesto para formar una estructura de doble cara completa, que puede usarse en procesos electrolíticos que no comprenden electrodos de gas. Por supuesto, son posibles muchas alternativas de las realizaciones anteriores, de acuerdo con los diferentes usos a los que se dirigen las correspondientes células electroquímicas; sin embargo, en todos los casos, en referencia a una semicélula, esto es un solo compartimento electrolítico bien anódico o bien catódico, los elementos comunes son una pared de fondo, una estructura de soporte, hecha de elementos proyectados, de modo que al menos parte de la porción terminal de cada proyección esté en el mismo plano, y un electrodo, o una serie de electrodos, fijado a dichas superficies terminales que están en el mismo plano, por ejemplo mediante soldadura. Los electrodos están provistos habitualmente de aberturas o huecos, que consisten habitualmente en orificios; por ejemplo los electrodos pueden consistir en mallas, láminas onduladas, láminas expandidas o una superposición o combinación de dos o más de dichos elementos; alternativamente, sin embargo, los electrodos pueden estar hechos de láminas enteras, o tiras paralelas, por ejemplo dispuestas en un plano o inclinadas con respecto al plano común, no solapadas o parcialmente solapadas, como es el caso de la llamada configuración de "persiana" o "celosía veneciana". La presente invención es particularmente útil en caso de que dichos electrodos estén al menos parcialmente provistos de un revestimiento catalítico, por ejemplo un revestimiento electrocatalítico, como se ilustrará en la siguiente descripción; sin embargo, puede aplicarse a cualquier caso en el que haya una necesidad ocasional o periódica de sustituir al menos parte dichos electrodos.

En las soluciones de la técnica anterior citadas anteriormente, el problema de sustituir los electrodos es bastante crítico. Por ejemplo, en el caso de electrodos hechos de un sustrato no catalítico conductor provisto de un revestimiento electrocatalítico, dicho revestimiento puede estar sometido a desactivación con el tiempo, debido al consumo, la separación del sustrato, la pasivación del propio sustrato en el área que contacta con el revestimiento electrocatalítico, o por otras razones. Por ejemplo, en el caso de la electrolisis de cloruro sódico, ambos electrodos, cátodo y ánodo, están constituidos preferiblemente por metales conductores no nobles y no catalíticos, revestidos con una película electrocatalítica que contiene metales nobles. Por ejemplo, en el caso del ánodo, el sustrato puede estar hecho de un metal noble, por ejemplo titanio, y el revestimiento está hecho típicamente de una película electrocatalítica para el desprendimiento de cloro, por ejemplo metales nobles y óxidos de los mismos. La duración de tales revestimientos está habitualmente en el intervalo de unos pocos años, después de lo cual es necesario reemplazar el electrodo o reactivar el sustrato. Además, en este último caso, es necesaria la separación del electrodo de la estructura de la célula; de hecho, el procedimiento de reactivación prevé las etapas de una limpieza radical del sustrato, pulverización del precursor de catalizador y tratamiento térmico a alta temperatura, que no pueden llevarse a cabo in situ. En algunos casos, como ocurre con cátodos de níquel revestidos con óxido de níquel y rutenio, la reactivación puede llevarse a cabo por medio de un procedimiento galvánico; también en este caso, como es obvio, la separación del electrodo de la estructura de la célula es obligatoria. El procedimiento de separación puede llevarse a cabo de diferentes modos; por ejemplo, en el caso de electrodos en forma de una malla delgada, la última puede arrancarse de la estructura de soporte a la que estaba previamente soldada. Sin embargo, este tipo de solución es poco aconsejable ya que implica el riesgo de dañar gravemente las proyecciones de la estructura de soporte al retirar una porción de la misma o deformar su perfil. Por otra parte, es inevitable que parte del sustrato del electrodo o del material de soldadura permanezca adherido a las proyecciones cuando el electrodo se arranca, dando como resultado una pérdida de planaridad que provoca algunos problemas graves para la aplicación subsiguiente de una estructura adecuada, a no ser que se lleven a cabo operaciones costosas y poco prácticas para limpiar y restaurar la estructura de la célula.

Una técnica mucho más extendida, especialmente en el caso de estructuras pesadas, consiste en cortar el electrodo en correspondencia con las áreas adyacentes a cada proyección de la estructura de soporte. De este modo, porciones del electrodo desactivado, típicamente en la forma de tiras, permanecen soldadas o fijadas de otro modo a las proyecciones. La estructura de electrodo de sustitución se aplica subsiguientemente a dichas porciones residuales del electrodo, en vez de directamente sobre los salientes. De este modo, es evidente que en cada reactivación subsiguiente la distancia entre la superficie activa del electrodo y la pared de fondo se incrementa continuamente en un grosor correspondiente al grosor del electrodo. Como una consecuencia lógica, en cada reactivación subsiguiente es necesario proporcionar la sustitución de la respectiva junta de estanqueidad periférica: de hecho es evidente que a fin de asegurar el mejor comportamiento, el diseño de la célula requiere que el plano externo del electrodo esté a un nivel bien definido con respecto al plano de las juntas periféricas. La sustitución de las juntas implica varias desventajas, además del coste del material de por sí; de hecho es necesario tener moldes de diferentes grosores, teniendo cada uno un coste notable. Por otra parte, un grosor mayor de las juntas implica una mayor fluencia bajo compresión; esto es particularmente inoportuno, por ejemplo, en el caso de electrolizadores de membrana polímera ya que una fluencia incrementada provoca una mayor tensión sobre la... [Seguir leyendo]

1. Una célula electrolítica que comprende al menos una estructura de electrodo renovable que comprende:

- al menos una pared de fondo provista de un elemento de soporte hecho de proyecciones delimitadas en el lado opuesto a la pared de fondo por una superficie terminal, estando dichas superficies terminales de dichas proyecciones en el mismo plano

- al menos un electrodo en contacto con dichas superficies terminales de dichas proyecciones, definiendo de ese modo una superficie de contacto

caracterizada porque una porción sustancial de dicha superficie de contacto está libre de ligaduras y el al menos un electrodo está fijado a cada una de dichas superficies terminales de dichas proyecciones solamente en al menos una región periférica de dichas superficies terminales.

2. La célula de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque dicho al menos un electrodo está fijado a dichas superficies terminales de dichas proyecciones mediante soldadura.

3. La célula de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizada porque dicho al menos un electrodo está provisto de aberturas o huecos.

4. La célula de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizada porque dicho al menos un electrodo comprende una combinación o superposición de al menos un elemento seleccionado del grupo que comprende mallas, láminas expandidas y láminas perforadas.

5. La célula de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizada porque el dicho al menos un electrodo comprende una combinación de tiras generalmente paralelas.

6. La célula de acuerdo con las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque dicho al menos un electrodo está provisto de un revestimiento electrocatalítico.

7. La célula de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizada porque dicho al menos un electrodo es un ánodo.

8. La célula de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizada porque dicho ánodo comprende un sustrato de titanio revestido con una película que comprende metales nobles y sus óxidos.

9. La célula de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizada porque dicho al menos un electrodo es un cátodo.

10. La célula de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizada porque dicho cátodo comprende un sustrato de níquel.

11. La célula de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque dichas proyecciones son espaciadores mutuamente separados, fijados a la pared de fondo.

12. La célula de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizada porque dicha superficie terminal de dichos espaciadores está provista de orificios, canales o huecos de cualquier otro tipo.

13. La célula de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizada porque dichos espaciadores tienen un perfil generalmente formado como Z, C, T o H.

14. La célula de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque dicho elemento de soporte está hecho de una serie de proyecciones que comprenden al menos una pieza conformada y al menos un elemento de contacto plano fijado a la superficie de dicha pieza conformada opuesta a la pared de fondo.

15. La célula de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizada porque dicha pieza conformada es una lámina ondulada.

16. La célula de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizada porque dicha lámina ondulada forma una canalización para la circulación de fluidos.

17. La célula de acuerdo con las reivindicaciones 14, 15 o 16, caracterizada porque dicho elemento de contacto plano es un elemento perforado o ranurado o un elemento provisto de otro modo de aberturas o huecos.

18. La célula de acuerdo con la reivindicación 17, caracterizada porque dicho elemento de contacto plano se selecciona del grupo que comprende mallas, láminas expandidas y láminas perforadas.

19. La célula de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizada porque dicho elemento de contacto plano está fijado a la superficie de dicha pieza conformada mediante soldadura.

20. Un método para sustituir un electrodo de la célula de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 5 por un electrodo de sustitución, que comprende la retirada de dicho electrodo que ha de reemplazarse al cortar una porción de dicha superficie terminal de dichas proyecciones, caracterizado porque dicho corte provoca la retirada de dicha región periférica de dicha superficie terminal de dichas proyecciones fijadas a dicho electrodo, evitando la retirada de al menos una porción residual sustancial de dicha superficie terminal libre de ligaduras.

21. El método de acuerdo con la reivindicación 20, caracterizado porque dicho corte de dicha superficie terminal de dichas proyecciones se lleva a cabo al mismo tiempo que el corte del electrodo que ha de reemplazarse.

22. El método de acuerdo con la reivindicación 20 o 21, caracterizado porque dicho corte se lleva a cabo por medio de un rayo láser.

23. El método de acuerdo con las reivindicaciones 20 a 22, que comprende la aplicación, después de la retirada de dicho electrodo que ha de reemplazarse, de un electrodo de sustitución sobre dicha porción residual de dicha superficie terminal de dichas proyecciones.

24. El método de acuerdo con la reivindicación 23, caracterizado porque la distancia de dicho electrodo de sustitución a la pared de fondo es sustancialmente invariable con respecto a la distancia original de dicho electrodo retirado a dicha pared de fondo.

25. El método de acuerdo con la reivindicación 23 o 24, caracterizado porque dicha aplicación de dicho electrodo de sustitución se lleva a cabo al fijar dicho electrodo de sustitución a dicha superficie terminal residual de dicha al menos una proyección solamente en al menos una región periférica de dicha superficie terminal.

26. El método de acuerdo con la reivindicación 25, caracterizado porque dicha fijación de dicho electrodo de sustitución a dicha superficie terminal residual comprende una soldadura.

27. Un método para reemplazar un electrodo de la célula de acuerdo con la reivindicación 11 por un electrodo de sustitución, que comprende la retirada de dicho electrodo que ha de reemplazarse por medio del corte de una porción de dicha superficie terminal de dichos espaciadores, caracterizado porque dicho corte provoca la retirada de dicha región periférica de dicha superficie terminal de dichos espaciadores, evitando la retirada de al menos una porción residual sustancial de dicha parte de superficie terminal libre de ligaduras.

28. El método de acuerdo con la reivindicación 27, caracterizado porque dicho corte de parte de dicha superficie terminal de dichos espaciadores se lleva a cabo al mismo tiempo que el corte del electrodo que ha de reemplazarse.

29. El método de acuerdo con la reivindicación 27 o 28, caracterizado porque dicho corte se lleva a cabo por medio de un rayo láser.

30. El método de acuerdo con las reivindicaciones 27 a 29, que comprende la aplicación, después de dicha retirada de dicho electrodo que ha de reemplazarse, de un electrodo de sustitución sobre dicha porción residual de dicha superficie terminal de dichos espaciadores.

31. El método de acuerdo con la reivindicación 30, caracterizado porque la distancia de dicho electrodo de sustitución a la pared de fondo es sustancialmente invariable con respecto a la distancia original de dicho electrodo retirado a dicha pared de fondo.

32. El método de acuerdo con la reivindicación 30 o 31, caracterizado porque dicha aplicación de dicho electrodo de sustitución se lleva a cabo al fijar dicho electrodo de sustitución a dicha superficie terminal residual de dichas proyecciones solamente en al menos una región periférica de dicha porción residual.

33. El método de acuerdo con la reivindicación 32, caracterizado porque dicha fijación de dicho electrodo de sustitución a dicha superficie terminal residual comprende una soldadura.

34. Un método para reemplazar un electrodo de la célula de acuerdo con la reivindicación 15 por un electrodo de sustitución, que comprende la retirada de dicho electrodo al cortar una porción de dicho elemento de contacto plano, caracterizado porque dicho corte provoca la retirada de dicha porción de dicho elemento de contacto plano, evitando

la retirada de al menos una porción residual sustancial de dicha parte de elemento de contacto plano libre de ligaduras.

35. El método de acuerdo con la reivindicación 34, caracterizado porque dicho corte de parte de dicha superficie terminal de dichos espaciadores se lleva a cabo al mismo tiempo que el corte del electrodo que ha de reemplazarse.

5 36. El método de acuerdo con la reivindicación 34 o 35, caracterizado porque dicho corte se lleva a cabo por medio de un rayo láser.

37. El método de acuerdo con las reivindicaciones 34 a 36, que comprende la aplicación, después de dicha retirada de dicho electrodo que ha de reemplazarse, de un electrodo de sustitución sobre dicha porción residual de dicha superficie de contacto plana.

38. El método de acuerdo con la reivindicación 37, caracterizado porque la distancia de dicho electrodo de sustitución a la pared de fondo es sustancialmente invariable con respecto a la distancia original de dicho electrodo retirado a dicha pared de fondo.

39. El método de acuerdo con la reivindicación 37 o 38, caracterizado porque dicha aplicación de dicho electrodo de

sustitución se lleva a cabo al fijar dicho electrodo de sustitución a dicha porción residual de dicho elemento de 15 contacto plano solamente en al menos una región periférica de dicha porción residual.

40. El método de acuerdo con la reivindicación 39, caracterizado porque dicha fijación de dicho electrodo de sustitución a dicha porción residual de dicho elemento de contacto plano comprende una soldadura.