CH628687A5 - Electrolyseur. - Google Patents
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Description
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Claims (8)
1. Electrolyseur pour solution aqueuse alcaline comprenant une anode et une cathode, caractérisé par le fait qu'au moins la cathode est confectionnée en un alliage ternaire de nickel/béryllium/titane, les teneurs en béryllium et en titane étant respectivement de 1 à 3% et de 0,1% en poids.
2. Electrolyseur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit alliage ternaire titre environ 1,95% de béryllium et 0,5% de titane.
3. Electrolyseur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'anode est confectionnée en nickel.
4. Electrolyseur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'anode est confectionnée de même en ledit alliage ternaire.
5. Electrolyseur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que ladite solution aqueuse comporte 30 à 50% en poids de potasse.
6. Installation d'électrolyse, notamment de production d'hydrogène comportant au moins un électrolyseur selon l'une des revendications précédentes.
7. Procédé de mise en œuvre de l'électrolyseur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la solution aqueuse alcaline est portée à une température au moins égale à .110° C.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que la température de la solution aqueuse alcaline est de 130° C, l'alliage ternaire constitutif de la cathode titrant environ 1,95% en béryllium et 0,5 en titane.
La présente invention a pour objet un électrolyseur, et plus particulièrement un électrolyseur pour solutions aqueuses basiques.
On sait que, dans de tels électrolyseurs, aptes notamment à produire de l'hydrogène, par électrolyse d'une solution aqueuse de potasse concentrée, on utilise comme matériau d'électrodes le nickel sous forme de plaques ou de grilles.
Il est connu, en outre, que l'on peut abaisser la tension nécessaire à l'électrolyse par augmentation de la température de l'électrolyte.
Cependant, si une telle augmentation se révèle bénéfique jusqu'à 80 à 100° C environ, par contre, à des températures supérieures, un tel effet avantageux se révèle nettement moins marqué, surtout compte tenu des fortes densités de courant mises en œuvre dans les électrolyseurs industriels.
La présente invention se propose de remédier aux inconvénients schématisés dans ce qui précède.
L'invention a donc pour objet un électrolyseur pour solution aqueuse alcaline, caractérisé par le fait qu'au moins la cathode est confectionnée en un alliage ternaire de nickel/béryllium/titane, les teneurs en béryllium et en titane étant respectivement de 1 à 3% et de 0,1 à 1 % en poids. Pour la mise en œuvre de l'électrolyseur, ladite solution aqueuse alcaline est portée à une température au moins égale à 110°C.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description qui suit, donnée à titre d'exemple purement illustratif mais nullement limitatif, en référence aux dessins et diagrammes annexés dans lesquels:
la fig. 1 représente schématiquement un électrolyseur selon l'invention;
les diagrammes des fig. 2 à 4 permettant de mieux mettre en évidence les avantages de l'électrolyseur selon l'invention.
Selon la fig. 1, l'électrolyseur comporte un bac 1 renfermant un êlectrolyte 2 constitué, par exemple, d'une solution aqueuse de potasse en concentration de l'ordre de 30 à 50% en poids. Dans cet êlectrolyte sont immergées les électrodes, la cathode 3 et l'anode 4, un séparateur 5 en soi connu pouvant être disposé entre ces électrodes.
Au cours de l'électrolyse, de l'oxygène se dégage donc au niveau de l'anode 4, tandis que l'hydrogène se dégage au niveau de la cathode 3.
Conformément à l'invention, au moins la cathode 3 est réalisée en un alliage ternaire de nickel/béryllium/titane, titrant 1 à 3% de béryllium, 0,1 à 1 % de titane, et cela en poids.
A titre préférentiel, on utilise un alliage titrant 1,95% de béryllium et 0,5% de titane.
En ce qui concerne l'anode 4, celle-ci peut être réalisée soit en nickel, soit en l'alliage tel que décrit ci-dessus. De plus, la température de l'électrolyte est au moins égale à 110° C et, de préférence, 130°C.
On va maintenant mettre en lumière les avantages et autres caractéristiques de l'invention en référence aux diagrammes représentés aux fig. 2 à 4 et établis expérimentalement par la titulaire.
On a représenté en fig. 2 la tension d'électrolyse U en volts et en fonction du logarithme de la densité de courant Q exprimée en milliampère par centimètre carré, et pour deux températures, soit 80 et 150°C.
Les électrodes sont en nickel poli, et l'électrolyte est une solution aqueuse de potasse à 50% en poids.
Les 2 courbes représentées sur la figure montrent que, si l'augmentation de la température permet de diminuer de façon sensible la tension d'électrolyse, une telle diminution est cependant moins marquée pour de fortes densités de courant, de l'ordre de 200 mA/cm2 et au-delà, densités mises d'ailleurs en œuvre dans les électrolyseurs industriels.
Si l'on se réfère maintenant à la fig. 3, l'on a également représenté la tension d'électrolyse U en volts en fonction du logarithme de la densité de courant Q exprimé en milliampères par centimètre carré, et cela pour des températures de 60,80,110,130°C.
L'électrolyte est également, dans ce cas, une solution aqueuse de potasse à 50% en poids.
Mais, selon l'invention, les électrodes sont confectionnées en un alliage nickel/béryllium/titane tel que précédemment décrit.
L'examen de ces courbes montre que l'effet bénéfique de l'augmentation de la température se maintient, contrairement au cas précédent, pour des densités de courant élevées, pouvant même aller jusqu'à 600 mA/cm2.
Si l'on considère maintenant la fig. 4, on a de même représenté la tension d'électrolyse U en fonction de la température T, et cela pour divers matériaux d'électrodes.
On voit que, au-dessus d'une température de 110° C, la mise en œuvre d'une cathode selon l'invention (courbe en traits tiretés) permet d'obtenir une diminution de la tension d'électrolyse par rapport aux électrodes en nickel (courbe en traits pleins). Un tel avantage est d'ailleurs à nouveau accentué lorsque l'anode est également réalisée en l'alliage selon l'invention (courbe en traits pointillés).
Pour fixer les idées, à une température de 130°, la tension d'électrolyse est de 1,82 V, soit un gain de 0,1 V par rapport à des électrodes en nickel (toutes choses égales par ailleurs), et cela pour des densités de courant élevées.
Un tel avantage se maintient d'ailleurs dans le temps, puisque des essais conduits 450 h environ n'ont révélé aucune variation sensible des électrodes selon l'invention.
L'électrolyseur selon l'invention permet donc d'assurer, même sous des densités de courant élevées, un fonctionnement stable et une économie énergétique importante.
Il trouve des applications avantageuses dans les installations industrielles de production d'hydrogène électrolytique.
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais elle en couvre au contraire toutes les variantes.
Il est de toute évidence que les matériaux tels que revendiqués peuvent être mis en œuvre dans tous types d'électrolyseurs et notamment dans des électrolyseurs du type filtre-presse.
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