CH672142A5

CH672142A5 -

Info

Publication number: CH672142A5
Application number: CH3093/85A
Authority: CH
Inventors: Giancarlo Sioli
Original assignee: Metkon Sa
Priority date: 1985-07-17
Filing date: 1985-07-17
Publication date: 1989-10-31
Also published as: IN167546B; EP0212240B1; EP0212240A1; DE3682722D1; US4758322A; ATE70093T1; JPS62161974A

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione concerne una cella elettrolitica per l'elettrolisi di soluzioni, comprendente almeno una coppia di elettrodi ed un elemento bipolare, ed associabile ad una sorgente di corrente continua, un'alimentaztione di elettrolita ed uno o più raccoglitori dei prodotti di elettrolisi.

Il trovato concerne anche l'utilizzazione di dette celle in apparecchi per l'elettrolisi, come pure gli apparecchi ottenuti da questa utilizzazione.

Stato dell'arte

Una convenzionale cella di elettrolisi C, così come rappresentata nella sezione trasversale schematica di fig. 1A, si compone essenzialmente di due elettrodi metallici indicati con 101 e 102, di superficie generalmente estesa, immersi in un fluido conduttore (elettrolita) 103 e polarizzati in modo che si instauri fra di essi un campo elettrico di verso costante. In virtù di tale campo gli ioni presenti nell'elettrolita migrano ciascuno verso l'elettrodo polarizzato con segno opposto a quello dello ione considerato, fino ad interagire con la superficie dell'elettrodo in parola, dando luogo ad una trasformazione di materia di tipo elettrochimico. Il sistema è poi racchiuso in un contenitore 104 ed è munito, a volte, di un separatore 105, nel caso in cui la trasformazione elettrochimica dia origine, in corrispondenza delle superfici elettrodiche, alla formazione di gas che si vogliano raccogliere separatamente l'uno dall'altro. Il separatore 105 deve essere ovviamente permeabile al trasferimento delle specie ioniche in seno all'elettrolita.

Le quantità di materia trasformate nell'unità di tempo vengono a dipendere dal flusso di corrente elettrica continua che viene mantenuto fra gli elettrodi e quindi dall'estensione delle superfici elettrodiche. Per questa ragione, quando si vogliano aumentare tali quantità e si renda praticamente difficile estendere oltre certi limiti la superficie degli elettrodi, la tecnica nota ricorre all'accoppiamento in serie o parallelo di più celle. La posizione in serie, tecnicamente preferita perchè, a parità di risultato produttivo, mette in gioco correnti elettriche di intensità assai minore, porta alla classica configurazione degli elettrolizzatori bipolari, schematizzabili come nella vista in pianta di

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fig. 1B. In questi le celle Co, Ci,... Q ... Cn sono separate da elementi conduttori Ei, E2, ... E,... E„ aventi polarità opposta sulle due facce, ad es. Fi, F2 a contatto con due celle consecutive, detti pertanto piatti bipolari. La fig. 1B mostra il caso particolare di un elettrolizzatore composto da celle Co . . . Cn munite ciascuna di un separatore Si dei comparti elettrodici. Elettrolizzatori rispondenti a questo tipo generale sono impiegati in processi industriali assai diffusi, fra cui la produzione di cloro-soda e l'elettrolisi dell'acqua.

Con particolare riferimento al problema energetico. la quantità di lavoro elettrico che occorre praticamente spendere per condurre il processo elettrochimico è superiore a quella teoricamente calcolabile su basi termodinamiche a causa di dispersioni di energia imputabili a fenomeni di tipo irreversibile; la dispersione di corrente elettrica attraverso le tubazioni di adduzione e di scarico dell'elettrolita, talora anche causa di corrosioni localizzate dell'apparato di elettrolisi, la caduta di tensione attraverso l'elettrolita ed il separatore, la presenza di bolle di gas fra gli elettrodi, le cadute resistive dovute al passaggio della corrente nella struttura delle celle stesse sono altrettante importanti fonti di disperdimento energetico, dipendenti essenzialmente dalla configurazione delle celle. Altre dispersioni sono invece indipendenti da tale configurazione geometrica, essendo legate alla natura delle superfici elettrodiche in relazione al particolare processo elettrochimico condotto: la loro entità è tradotta dalle cosiddette sovratensioni di elettrodo. Fattore molto importante sul loro abbassamento è la possibilità, per le celle di elettrolisi, di funzionare a temperature relativamente elevate. Allo stato attuale le celle commerciali sono limitate, nella temperatura di funzionamento, dalla presenza in esse di parti in materiali inadatti a resistere in condizioni di temperatura più elevate. L'operatività a temperatura elevata è poi spesso legata alla possibilità di agire a pressione superiore a quella atmosferica, con lo scopo di evitare l'ebollizione di elettroliti liquidi, o almeno per limitarne l'evaporazione. Anche nei riguardi della capacità di operare sotto pressione le celle commerciali offrono possibilità quasi del tutto inesistenti. Il disperdimento di corrente attraverso le connessioni liquide con i circuiti esterni sarebbe riducibile minimizzando la sezione dei condotti di distribuzione dei liquidi, il che richiede aumenti di perdite di carico intollerabili per tutti quegli apparecchi in cui la circolazione dell'elettrolita avviene per gravità. La riduzione della sezione dei condotti percorsi dai gas richiede invece di ridurre il volume specifico della fase gassosa, ovvero di operare sotto pressione, con le limitazioni già dette.

Le perdite di energia elettrica dovute all'attraversamento dell'elettrolita sono riducibili avvicinando, per quanto possibile, gli elettrodi fra di loro. La quasi totalità degli elettrolizzatori commerciali ha elettrodi posti a rispettiva distanza variabile da alcuni millimetri ad alcuni centimetri. L'avvicinamento reciproco degli elettrodi pone problemi di parallelismo tanto più difficilmente risolvibili, quanto più estesa è la superficie elettrodica. Mancanza di parallelismo porta a favorire il passaggio della corrente elettrica laddove le distanze sono minori, con aumenti localizzati di densità di corrente che sono causa di perdite di energia addizionali in eccessive sovratensioni e cadute ohmiche. L'avvicinamento degli elettrodi al separatore, inoltre, tende ad intrappolare i gas svolti dalla reazione elettrochimica fra gli elettrodi stessi ed il separatore, provocando cosi una nociva interruzione al passaggio della corrente elettrica.

A tutte le predette limitazioni, presenti negli elettrolizzatori commerciali si deve sommare in generale la mancanza di semplicità costruttiva, che ne rende elevato il costo, difficile l'accessibilità alle parti, lo smontaggio ed il rimontaggio, la sostituzione di elementi deperibili quali i separatori o gli elettrodi da rigenerare cataliticamente, l'ottenimento della tenuta periferica delle celle ai gas ed ai liquidi contenuti già per funzionamento a pressione atmosferica.

Infine, le limitate densità di corrente applicabili richiedono superfici elettrodiche molto estese, con conseguenti costi elevati degli apparati di elettrolisi e dimensioni di ingombro di una certa importanza, sia in pianta che in alzato.

Sommario dell'invenzione

Primo scopo della presente invenzione è quello di provvedere celle di elettrolisi che non presentino i suddetti inconvenienti, siano utili per la conduzione di numerosi processi elettrochimici industriali ed abbiano fra le loro caratteristiche fondamentali semplicità costruttiva, elevati rendimenti in energia, riduzione a livelli trascurabili delle correnti disperse attraverso le connessioni liquide, operatività ad alte densità di corrente, possibilità di conduzione di processi sotto pressione, uso di temperature relativamente elevate rispetto ai consueti livelli praticati nei processi non metallurgici, estrema compattezza, componibilità in diverse configurazioni in funzione del particolare processo elettrochimico da condurre, possibilità di accettare elementi separatori di dverso tipo quali diaframmi convenzionali, membrane ionicamente attive od anche sistemi ad elettrolita solido, impiego di un'ampia gamma di materiali costruttivi e quindi compatibilità della loro struttura con elettroliti alcalini od acidi in varia concentrazione, massima limitazione delle parti poste sotto tensione che possano giungere a contatto con l'operatore.

È altresì oggetto dell'invenzione ogni qualsivoglia insieme di tali celle, in cui esse siano raggruppate, nelle svariate possibili configurazioni, a costituire apparati di elettrolisi che qui genericamente chiameremo elettrolizzatori.

È infine oggetto dell'invenzione il complesso di apparecchiature costituenti il sistema più adatto per garantire un corretto utilizzo delle celle e degli elettrolizzatori componibili assiemando opportunamente più celle, secondo quanto più oltre descritto.

Questi ed altri scopi vengono ora ottenuti con apparecchi del tipo precisato all'inizio di questa descrizione, aventi però elementi bipolari dalle caratteristiche strutturali precisate nella rivendicazione 1. Tra questi elementi bipolari sono inseribili elementi separatori aventi le caratteristiche di cui alla rivendicazione 2, mentre tra un detto elemento bipolare ed un separatore in questione è inseribile una struttura elettrodica avente le caratteristiche delle rivendicazioni da 7 a 9.

Descrizione di forme di realizzazione

I diversi aspetti e vantaggi dell'invenzione appariranno meglio dalla descrizione delle forme di realizzazione (preferite e non limitative) rappresentate nei disegni, nei quali:

le figure 2 e 3 sono viste schematiche e parziali di un elemento bipolare, rispettivamente di un elemento separatore secondo l'invenzione,

le figure 4, 5 e 9 sono sezioni di elettrolizzatori,

le figure 6A e 6B sono viste frontali di strutture elettrodiche e la figura 6C ne è una sezione,

le figure 2A e 2B sono le sezioni A-A e B-B indicate in fig. 2, le figure 7 e 8 sono schemi di processo.

I componenti delle celle di elettrolisi secondo l'invenzione sono rappresentati da elementi bipolari, elementi separatori e strutture elettrodiche, ognuno dei quali ha una configurazione critica.

Un elemento bipolare EB è tipicamente illustrato in fig. 2. Esso è costituito da un piatto o membrana impermeabile a gas e liquidi 201, realizzato in materiale elettricamente conduttore, contornato da una cornice 202 in materiale elettricamente isolante con esso solidale. Tale cornice è realizzata, in pratica, in materiale tecnopolimerico o resinoso stampato o formato secondo le tecniche correnti di stampaggio per iniezione, compressione od altre. La forma può essere poligonale od ellittica, ma preferibilmente circolare come in figura, così da permettere il funzionamento delle celle anche in condizioni di pressione interna dei fluidi elevata.

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Il foro passante 203 appartiene al collettore di arrivo dell'elettrolita e, come si vede dalla fig. 2A (sezione A-A della fig. 2) esso è ricavato su tutto lo spessore del materiale elettricamente isolante costituente la cornice 202 ed ha perciò l'asse ortogonale al piano del piatto 201. L'elettrolita, percorrendo poi il canale afferente 204, che si estende su un tratto di settore circolare ed è interamente ricavato sulla superficie di 202, entra, tramite lo sbocco 205, nella cavità CA, avente come fondo il piatto 201 e come altezza lo spessore della cornice 202, la cavità CA essendo posta, rispetto al piatto stesso, dal lato dell'osservatore, verso cui essa è aperta, distribuendosi su tutto il volume Ubero disponibile.

Come si nota dalla fig. 2B (sezione B-B della fig. 2) il canale afferente 204 è interamente ricavato sulla porzione superficiale della cornice isolante 202. La miscela di gas e/o liquidi costituenti il prodotto delle reazioni elettrochimiche avvenute nella detta cavità tra piatto e cornice imbocca poi in 206 il canale deferente 207, preferibilmente della stessa natura ed estensione di 204, per raggiungere il foro passante 208, elemento del collettore di allontanamento dei prodotti. Di preferenza l'ingresso dell'elettrolita nella detta cavità CA e l'uscita dei prodotti di reazione 206 dalla stessa cavità sono in posizioni diametralmente opposte e lo stesso dicasi per l'ingresso 203 e l'uscita 208 dalla cornice 202.

I fori passanti 209 e 210, della stessa natura di 203 e 208, sono elementi di collettori di distribuzione di fluidi non interessanti la cavità di cella CA. Il loro scopo sarà chiarito più avanti. Questi ulteriori passaggi non devono essere raggiunti dai fluidi contenuti nella cavità e sono pertanto muniti di guarnizioni di tenuta, 211 e rispettivamente 212.

La fig. 3 (vista in modo analogo alla fig. 2) illustra un elemento separatore, posto a dividere il comparto anodico da quello catodico di ciascuna cella, quando ciò sia necessario alla conduzione del particolare processo elettrochimico. Il separatore è costituito da un diaframma poroso 301, la cui zona periferica è solidale con la cornice elettricamente isolante 302. Come per la cornice dell'elemento bipolare della fig. 2, anche per quella dell'elemento separatore i materiali costitutivi sono tecnopolimeri o resine resistenti ai fluidi contenuti, nelle condizioni previste per il processo elettrolitico.

II foro passante 309 è un elemento del collettore di arrivo dell'elettrolita il quale, percorrendo di seguito il canale afferente 304, si riversa nella cavità delimitata da tutta la superficie del diaframma o membrana 301 (che costituisce l'esteso fondo della cavità) e dalla relativamente bassa altezza della cornice 302.1 prodotti di elettrolisi vengono allontanati dalla stessa cavità a mezzo del canale deferente 307 e del foro 310. Come nel caso dell'elemento bipolare EB di fig. 2, i fori passanti ed i canali descritti sono interamente ricavati nel corpo del materiale polimerico costituente la cornice 302.1 fori 303 e 308 sono contornati dalle guarnizioni di tenuta 311 e 312.

La forma delle cornici degli elementi bipolari 202 e degli elementi separatori 302 deve essere congruente, par dare possibilità ad una reciproca sovrapposizione. Consideriamo ad esempio la struttura cellulare che può essere ottenuta accostando per sovrapposizione, in modo alternato, elementi bipolari ed elementi separatori secondo l'ordine illustrato nella sezione di fig. 4, nella quale è indicata, a titolo esemplificativo, la presenza di quattro elementi bipolari, qui contrassegnati col numero 401, alternati ad esempio a cinque elementi separatori, qui indicati con 403, mantenuti in allineamento gli uni contro gli altri da due coperchi terminali 404 e 405, mediante la trazione esercitata ad esempio da tiranti e simili 406 inseriti nei fori 407 dei detti coperchi.

Per diretto confronto con la fig. 1B, l'apparato secondo l'invenzione di fig. 4 ha la struttura di un elettrolizzatore bipolare con celle a separatore. Nella pratica realizzazione di fig. 4 i tiranti 406 devono essere elettricamente isolati rispetto ad almeno uno dei coperchi, quando questi siano metallici. Ciò può

essere ottenuto con un opportuno rivestimento isolante o, come indicato in fig. 4, con l'inserimento di bussole isolanti come 408 fra coperchio e tiranti. Ai coperchi terminali 404 e 405 viene collegato in tal caso il circuito elettrico di alimentazione della corrente continua necessaria a sostenere il processo elettrochimico, ad esempio facendo uso di viti inserite in fori filettati come 409 e 410. Fra di essi allora si impone una differenza di potenziale tanto più elevata quanto più alto è il numero di elementi bipolari 401 e separatori 403 fra di essi contenuto. L'isolamento elettrico dei tiranti evita quindi il corto circuito fra i coperchi terminali, costringendo la totalità della corrente elettrica a fluire attraverso il sistema di celle.

In una forma preferita di realizzazione dell'invenzione i tiranti 406 vengono elettricamente isolati rispetto al coperchio 404, collegato alla terminazione positiva del generatore di corrente continua. Tale coperchio quindi risulta polarizzato anodicamente, ovvero nel senso di asportare elettroni dal sistema di elttrolisi. Il coperchio 405, polarizzato invece negativamente, ovvero catodicamente, è il fornitore di elettroni al sistema. Questo coperchio è preferibilemente collegato a terra, in modo che ne assuma il corrispondente potenziale.

La tenuta periferica ai liquidi e gas presenti nelle celle per lo svolgimento del processo elettrochimico può essere ottenuta con guarnizioni interposte fra gli elementi alternati 401 e 403 e fra gli elementi terminali ed i coperchi 404 e 405. Di preferenza la tenuta è assicurata da elementi circonferenziali ad anello come 411, alloggiati in apposite cave.

Se, come in fig. 4, si immagina il coperchio 404 polarizzato anodicamente, lo spazio tra esso ed il primo separatore 403 costituisce una semicella di elettrolisi che diremo anodica. Per questo essa è identificata in fig. 4 con la lettera A. La successiva semicella, delimitata dal separatore 403 e dal piatto bipolare 402 ed indicata con C risulta polarizzata catodicamente. L'insieme delle due dette semicelle costituisce la prima cella di elettrolisi appartenente all'elettrolizzatore E. L'alternanza delle semicelle indicata in Fig. 4 porta alla configurazione bipolare già rappresentata in fig. 1B finché, a contatto con il coperchio 405, polarizzato catodicamente, si viene a trovare una semicella catodica C.

Per quanto riguarda la distribuzione dei fluidi all'interno dell'apparato elettrolizzatore così costruito, si noti che l'alternanza degli elementi bipolari 401 con gli elementi separatori 403 e la congruenza della loro configurazione fa sì che si venga a costituire, all'interno dell'insieme delle cornici (202, 302) un sistema di collettori. In particolare l'elettrolita viene alimentato alle semicelle C dal collettore costituito dalla sovrapposizione dei fori come 203 in fig. 2 ai fori come 303 in fig. 3 ed alle semicelle A mediante il collettore costituito dalla sovrapposizione dei fori come 209 in fig. 2 e 309 in fig. 3. L'elettrolita viene allora immesso nell'elettrolizzatore E attraverso due bocchelli o fori praticati in un coperchio terminale, che nella versione preferita dell'invenzione è il coperchio catodico 405. Parimenti, i prodotti dell'elettrolisi vengono asportati dalle semicelle A dal collettore costituito dalla sovrapposizione dei fori come 310 in fig. 3 ai fori come 210 in fig. 2 e dalle semicelle C mediante il collettore costituito dalla sovrapposizione dei fori come 208 in fig. 2 ai fori come 308 in fig. 3. I prodotti vengono quindi estratti da E attraverso due distinti bocchelli o fori praticati in un coperchio terminale che è preferibilmente quello catodico. In tale modo l'elettrolizzatore costituito da numerose celle viene a possedere un collettore di distribuzione dell'elettrolita alle semicelle polarizzate con lo stesso segno, un collettore di distribuzione dell'elettrolita alle semicelle di segno opposto alle precedenti, oltre a due distinti collettori atti ad asportare separatamente i prodotti provenienti dalle semicelle di segno rispettivamente equivalente. Questi quattro collettori fanno capo ad altrettanti bocchelli o fori su uno dei coperchi terminali, preferibilmente quello polarizzato catodicamente e, come si è detto, preferibilmente posto a potenziale di terra.

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In una forma di realizzazione alternativa l'elettrolizzatore può essere assiemato accostando fra di loro un certo numero di elementi bipolari, ottenendo così una serie di celle bipolari senza separatore, configurazione utile in processi elettrochimici convenzionali di cui si darà nel seguito qualche esempio. In questo caso verrà a formarsi, all'interno delle cornici, un solo collettore per l'ingresso dell'elettrolita, dovuto alla sovrapposizione dei fori come 203 in fig. 2. Del pari, si verrà a costituire un solo collettore di deflusso dei prodotti di elettrolisi, per sovrapposizione dei fori come 208 in fig. 2.

La grande flessibilità di un sistema di celle siffatto in termini di componibilità è ancora dimostrata dalla possibilità di assiemare apparati di elettrolisi costituiti da celle bipolari aventi più di un separatore, anche di diversa natura l'uno dall'altro, come risulta utile in processi molto particolari. In tal caso le cornici necessitano di un numero di fori passanti e di canali af-ferenti-deferenti superiore all'esemplificazione di cui alle fig. 3 e 4, definibile tuttavia nei dettagli, caso per caso, per ovvia estrapolazione di quanto più sopra illustrato.

Nella configurazione appena descritta di elettrolizzatori bipolari con o senza separatore, si è implicitamente ammesso che i piatti bipolari come 201 in fig. 2, costituenti l'unica parte elettricamente conduttrice degli elementi bipolari, fossero propriamente gli elettrodi di ogni cella bipolare della serie. In effetti, sia il particolare metodo adottato per la distribuzione e raccolta dei fluidi partecipanti al processo elettrochimico, sia la particolare configurazione degli elementi bipolari e separatori permettono di assiemare celle con ridottissima distanza interelettrodi-ca. I piatti bipolari possono quindi essere costruiti, in funzione del processo elettrochimico da sostenere, in materiale adatto al caso ed anche subire eventuali trattamenti superficiali, secondo tecniche note nel campo, per acquisire attività elettrocatalitica.

Risultati nettamente superiori vengono ottenuti utilizzando le critiche strutture elettrodiche secondo l'invenzione.

La fig. 4 mostra chiaramente come l'accoppiamento di elementi bipolari 401 ed elementi separatori 403 in serie lasci, all'interno dell'elettrolizzatore, delle camere destinate ad essere invase dall'elettrolita, camere che abbiamo individuato più sopra come semicelle anodiche A e catodiche C. Le strutture elettrodiche secondo l'invenzione hanno configurazione tale da riempire completamente tali camere o semicelle. Ogni struttura è quindi, in pratica, un elettrodo tridimensionale, che differisce quindi anche concettualmente dalla convenzione di impiegare elettrodi estesi secondo due sole dimensioni dello spazio. Nella parte a sinistra di fig. 5 è illustrata una forma di realizzazione nella quale due elementi bipolari 501 sono accostati fra di loro in modo da trattenere nella giusta posizione l'elemento separatore 502. Con 503 sono indicate due strutture elettrodiche, mantenute fra i piatti bipolari 504 ed il separatore 505, poste cioè a riempire due semicelle successive costituenti, nel loro insieme, una cella di elettrolisi. Nella parte di destra della fig. 5 sono raffigurate, in forma «esplosa», due analoghe strutture elettrodiche, indicate con 506, un elemento separatore 507 ed un elemento bipolare 508, al fine di mostrare separatamente i vari elementi di cui viene a comporsi la singola cella di elettrolisi.

Condizione costruttiva essenziale per dette strutture elettrodiche è che esse portino per conduzione la corrente elettrica continua dai piatti bipolari fino in prossimità dei separatori e permettano ai prodotti di elettrolisi, generati nel corpo della struttura stessa, di allonanarsi agevolmente dai siti di generazione, così come all'elettrolita di accedere ai siti medesimi. La prima condizione richiede che vi sia continuità elettrica fra ogni piatto bipolare e la confinante struttura elettrodica, il che è ottenibile mediante accoppiamento con viti o saldature o, nella versione preferita dell'invenzione, per semplice pressione della struttura elettrodica sul piatto bipolare. La seconda è effettivamente operante quando tali strutture sono in forma di solidi geometrici ad elevata porosità interna, ottenuti a partire da materiali metallici o elettricamente conduttori aventi ampia superficie per unità di volume apparente, quali filamenti intessuti o lavorati a maglia o a rete, fettucce, lamierini variamente lavorati, granuli o altro materiale suddiviso. In una versione preferita dell'invenzione ogni struttura elettrodica è formata da una sottile lamiera stirata posta a contatto con il separatore e mantenuta in tale posizione da più strati di rete di sotile filo metallico lavorata a maglia, accumulati fino a riempire l'intero volume disponibile fra separatore e piatto bipolare. Per meglio precisare, viene qui definito con il termine di lamiera stirata il manufatto ottenibile con il procedimento illustrato in fig. 6: una lamiera metallica LA viene incisa, mediante tagli TA a tutto spessore, secondo uno schema ad esempio come quello in fig. 6A e quindi sottoposta a trazione in senso perpendicolare agli intagli fino a provocare una deformazione, dovuta allo stiramento, che porta ad una configurazione finale ad occhielli O simile a quella illustrata esemplificativamente in fig. 6B, nella quale è indicato con P il passo trasversale degli intagli, con S lo spessore della lamiera e con AL = (L2-L1) 100/Li l'allungamento percentuale della lamiera dovuto allo stiramento.

Nel montaggio dei lamierini stirati si deve porre cura a che il senso degli intagli sia orizzontale e che le labbra degli occhielli O siano in direzione tale da favorire l'allontanamento dei prodotti gassosi dal separatore, come nella sezione trasversale di fig. 6C, nella quale le frecce indicano il percorso dei gas attraverso gli occhielli O.

In una forma alternativa la strttura elettrodica è composta da lamierini stirati, alternati a strati di sottile rete di filo lavorata a maglia. In altra forma ancora essa è stata ottenuta pressando paglietta metallica, in modo che assumesse forma corrispondente alla càmera elettrodica da occupare.

Le strutture elettrodiche, infine, possono essere convenientemente sottoposte a convenzionali trattamenti attivanti della loro superficie, assumendo così caratteristiche elettrocatalitiche.

L'introduzione di strutture elettrodiche come quelle descritte in elettrolizzatori costruiti assiemando elementi bipolari e separatori anch'essi secondo l'invenzione, permette l'uso di elevate densità di corrente, senza discapito per il rendimento in tensione ed in energia del sistema di elettrolisi.

Ogni elettrolizzatore realizzato secondo le direttive della presente invenzione risulta poi particolarmente adatto ad operare a pressioni ben più elevate di quella atmosferica, permettendo così di effettuare l'elettrolisi in un vasto campo di temperature, ivi incluse quelle superiori al punto di ebollizione atmosferico di molti elettroliti acquosi. L'operazione sotto pressione, riducendo il volume specifico dei prodotti gassosi, permette di adottare spessori delle celle veramente minimi, inferiori alle realizzazioni correnti dell'arte nota. Permette altresì di ottenere prodotti gassosi già compressi, il che è di grande utilità in molti campi applicativi. Permette infine di ridurre a piccolissimi valori le sezioni trasversali dei canali afferenti dell'elettrolita e deferenti dei prodotti di elettrolisi, rendendo quasi trascurabili le quantità di corrente elettrica disperse, avendo tali canali pareti elettricamente non conduttive e potendo essere di percorso relativamente lungo, con il risultato di ottenere rese in corrente molto prossime all'unità, laddove non vi siano reazioni elettrochimiche secondarie, fatto che, ad esempio, si riscontra nell'elettrolisi dell'acqua.

Per quanto riguarda i materiali con cui i vari componenti degli elettrolizzatori oggetto dell'invenzione possono essere costruiti vale quanto segue. Diamo qui a titolo esemplificativo, ma non limitativo, un elenco di materiali polimerici impiegabili con successo per la formatura delle cornici degli elementi bipolari e separatori, per il caso di tipici processi elettrochimici industriali. È inteso che le matrici polimeriche qui indicate sono rinforzabili, quando possibile e secondo modalità note agli esperti del campo, con sostanze chimicamente inerti che le ren5

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dano meccanicamente più resistenti, quali ad esempio fibre di amianto, di vetro o cariche minerali.

Materiale polimerico Processo di elettrolisi per la formazione dell'acqua in del cloruro di delle cornici elettrolita sodio in solu-

alcalino acido zione acquosa copolimeri acetalici si

polimeri acrilici

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ABS

si si si resine epossidiche si

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Nylon 11 e 12

si

resine poliesteri

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poli (4-metil pentene-1)

si si si polipropilene si si si polifenilenossido (PPO)

si si si polisulfoni si si si

PTFE

si si si politene si si si

PVC

si si si acrilonitrile-stirene (SAN)

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polietere clorurato si

resine furaniche si si si ebanite si si si polifenilensolfuro (PPS)

si si si polifluoruro di vinilidene

(PVDF)

si

Per quanto riguarda le parti che dono essere elettricamente conduttrici, ovvero i coperchi, i piatti bipolari e le strutture elettrodiche, esse devono resistere all'attacco dei fluidi presenti all'interno dell'elettrolizzatore in condizioni di polarizzazione. Le semicelle di tipo A in fig. 4 devono essere costruite in materiali che per semplicità diremo anodici, quelle di tipo C in materiali catodici. Ora, uno dei grandi vantaggi dell'elettrolizzatore oggetto dell'invenzione è la sua sorprendente semplicità costruttiva, che lo rende realizzabile con una grande quantità di materiali conduttori, anche se poco adatti ad essere lavorati meccanicamente. A titolo esemplificativo e non limitativo ai fini dell'invenzione elenchiamo materiali utilizzabili con successo in tipici processi di elettrolisi:

Materiale conduttore Processo di elettrolisi dell'acqua in del cloruro di elettrolita sodio in solu-alcalino acido zione acquosa

(A) Materiali anodici:

leghe di Nichel si

Nichel puro si acciaio al Carbonio nichelato si acciai al Silicio leghe Fe-Cr-Ni-Mo grafite resine caricate con grafite carbone amorfo Titanio

(C) Materiali catodici:

acciaio al Carbonio si acciai inossidabili si acciaio al carbonio nichelato si leghe al Nichel si

Nichel puro si

Zirconio Tantalio acciai al Silicio leghe Fe-Cr-Ni-Mo grafite

Per quanto riguarda, in particolare, i coperchi terminali, essi possono vantaggiosamente costruirsi in acciaio al carbonio, rivestito in materiale catodico od anodico nella sola parte a contatto con l'elettrolita.

s I piatti bipolari, invece, possono talvolta essere costruiti con un solo materiale, quando esso sia compatibile con ambedue le condizioni anodica e catodica. In caso contrario essi possono essere in materiale rivestito o placcato, in modo da soddisfare ambedue le condizioni.

io I separatori sono semplicemente quelli appartenenti all'arte nota, come ad esempio carta, cartone, feltro o tela di amianto, tela di PVC, membrane ionicamente attive.

Così concepito, infine, l'elettrolizzatore può accettare, nella posizione di separatore, una membrana ionicamente attiva e ri-15 vestita, sui due lati opposti, di materiali elettrocatalitici, come richiesto dalle recenti tecnologie impieganti gli elettroliti polimerici solidi.

L'invenzione si completa, infine, con la configurazione di un sistema di apparecchiature ausiliarie molto utile per ottene-20 re, dall'elettrolizzatore così descritto, le migliori prestazioni nella conduzione dei processi elettrochimici. Come illustrato per il caso più generale nello schema di fig. 7, l'elettrolizzatore 701 viene alimentato con corrente continua, con l'avvertenza di porre a potenziale di terra il coperchio terminale catodico. In 25 tale modo tutte le apparecchiature e tubazioni metalliche connesse elettricamente con tale coperchio risultano essere equipo-tenziali ed a potenziale di terra. Le tubazioni indicate con 702 e 703, previste per asportare i prodotti di elettrolisi rispettivamente provenienti dalle semicelle anodiche e catodiche, conducono i 30 prodotti stessi ai rispettivi refrigeranti 704 e 705, aventi il compito di termostatare alla temperatura desiderata l'elettrolita circolante nel sistema. I prodotti di elettrolisi giungono poi ai recipienti separatori 706 e 707, dove avviene la separazione dei prodotti gassosi dagli elettroliti che, attraverso le tubazioni 708 e 35 709, vengono alimentati alle aspirazioni delle pompe 710 e 711. Le pompe rinviano gli elettroliti alle celle dell'elettrolizzatore. I prodotti gassosi dell'elettrolisi escono dal sistema mediante le tubazioni 714 e 715, i prodotti liquidi da 716 e 717. Le soluzioni costituenti le materie prime per il processo di elettrolisi ven-40 gono immesse nel sistema attraverso le connessioni 718 e 719. Caso per caso, come sarà illustrato in seguito, possono essere predisposti opportuni organi di regolazione e di rilevamento dei dati, come richiesti per il controllo dello specifico processo produttivo.

45 Gli esempi (non limitati) seguenti riguardano pratiche applicazioni dell'invenzione, riportate al fine di meglio illustrarne l'utilità, la novità ed i sorprendenti risultati.

Esempio 1

so Un elettrolizzatore composto da 20 celle a diaframma è stato assiemato facendo uso di 20 elementi separatori e 19 elementi bipolari, montati alternativamente in serie e trattenuti fra due coperchi terminali in acciaio inossidabile. La configurazione dell'elettrolizzatore rispondeva quindi a quella illustrata in fig. 55 4.

I separatori erano diaframmi in tela di amianto di spessore pari a 2 mm. I piatti bipolari erano realizzati in nichel puro di spessore 0.2 mm. Le cornici sono state stampate per iniezione in polipropilene rinforzato con fibre di amianto. 60 II coperchio anodico è stato nichelato, sulla faccia a contatto con l'elettrolita, per uno spessore di 20 micron.

Le strutture elettrodiche, di superficie trasversale pari a 80 cm2, avevano ciascuna spessore di 3 mm, essendo costituite dalla sovrapposizione di una lamiera in nichel puro di spessore 65 S=0.2 mm, stirata con passo P = 2 mm ed allungamento A = 60%, ad un pannello costituito da 4 strati di rete in filo di nichel 200, di diametro 6/100 mm, lavorato a maglia. Il montaggio delle strutture era tale per cui il lamierino stirato era a si si si si si si si si si si si si si si si si

7

672 142

contatto con il diaframma di amianto e la continuità elettrica fra piatti bipolari e strutture elettrodiche era garantita dalla pressione esercitata dagli uni sugli altri.

Le strutture elettrodiche non erano state sottoposte ad alcun trattamento di attivazione elettrocatalitica.

L'elettrolizzatore in parola è stato impiegato per condurre il processo di elettrolisi dell'acqua, essendo inserito in un sistema impiantistico simile allo schema generale di fig. 7, ma semplificato per il caso specifico, essendo unico l'elettrolita posto in circolazione: in questo caso, difatti, la pompa di circolazione era una sola.

L'elettrolita era costituito da soluzione di KOH al 25% in peso.

Il comportamento delle celle è stato sperimentato a varie temperature ed alla pressione di 0.5 Bar. Riportiamo qui i risultati raggiunti a 40, 60, 80°C:

temperatura corrente densità

tensione tensione

di corrente in c.c.

di cella

(°C)

(A)

(A/cm2)

(V)

40

16

0.20

39.0

1.95

24

0.30

42.2

2.11

32

0.40

43.8

2.19

60

20

0.25

38.4

1.92

25

0.32

40.0

2.00

30

0.38

48.0

2.40

80

12

0.15

33.8

1.69

20

0.25

36.0

1.80

24

0.30

37.0

1.85

32

0.40

38.4

1.92

Poniamo in evidenza che i rendimenti di cella, calcolati rapportando alla tensione termodinamica di 1.48 V le tensioni di cella sopra riscontrate ad 80°C, sono compresi fra il 77% (a 0.4 A/cm2) e l'87.5% (a 0.15 A/m2). La letteratura tecnica mostra che, a parità di condizioni, i rendimenti di celle commerciali appartenenti all'arte nota si situano nell'intervallo dal 62% al 72%. Il miglioramento apportato dall'invenzione è quindi sostanziale.

Esempio 2

Un elettrolizzatore composto da 125 celle, ottenuto alternando fra di loro 125 elementi separatori e 124 elementi bipolari, è stato approntato col fine di produrre idrogeno ed ossigeno per elettrolisi dell'acqua.

Gli elementi bipolari avevano diametro esterno di 328 mm ed erano costituiti da un disco di acciaio al carbonio nichelato di spessore 1 mm, contornato da una cornice avente larghezza di 24 mm e spessore di 7 mm. La cornice è stata ottenuta per stampaggio ad iniezione di polifenilenossido (PPO), con fori di passaggio di diametro 12 mm sia per l'alimentazione dell'elettrolita che per l'allontanamento dei prodotti di elettrolisi.

Gli elementi separatori erano costituiti da cartoni di amianto di spessore 2 mm, contornati da cornici dello stesso materiale ed aventi pari dimensioni diametrali di quelle preparate per gli elementi bipolari. Lo spessore era però inferiore, pari a 4 mm. I canali afferenti dell'elettrolita e deferenti dei prodotti di elettrolisi avevano sezione rettangolare di 3 x 1.5 mm ed uno sviluppo di circa 200 mm ciascuno.

Ogni semicella di elettrolisi conteneva una struttura elettrodica di sezione circolare di 600 cm2, costituita da una alternanza di lamiere di spessore S = 0.3 mm, stirate fino ad ottenere maglie con passo P = 2.5 mm ed allungamento A = 60%, con pannelli di rete di filo metallico lavorato a maglia. Per ogni struttura elettrodica venivano impiegate tre lamiere stirate, alternate a doppi strati di rete. Lamiere stirate e reti erano in nichel puro nelle semicelle anodiche, in acciaio al carbonio nichelato in quelle catodiche. Prima che l'elettrolizzatore venisse assiemato, le strutture erano state sottoposte ad attivazione secondo un procedimento noto ed usato da tempo nella tecnologia dell'elettrolisi dell'acqua, basato su deposizione galvanica di solfuro di nichel da bagno di tiosolfato sulla struttura di ferro nichelato ed attacco anodico superficiale della struttura di nichel, nello stesso bagno.

L'assiematura dell'elettrolizzatore è avvenuta poi ponendo tutti gli elementi necessari a formare le 125 celle bipolari fra due coperchi terminali in acciaio al carbonio nichelato, collegati fra di loro da 8 tiranti di diametro 12 mm, isolati elettricamente rispetto al coperchio collegato al morsetto anodico del generatore di corrente continua. Il coperchio collegato al morsetto catodico era stato posto a potenziale di terra; era provvisto di attacchi per l'alimentazione dell'elettrolita alle semicelle anodiche e catodiche e per lo scarico dei prodotti di elettrolisi dalle semicelle aventi polarizzazione dello stesso segno.

L'elettrolita usato era una soluzione acquosa di potassa caustica al 26% in peso.

Il sistema impiantistico usato per rendere operativo l'elettrolizzatore era quello illustrato in fig. 8, dove sono indicati schematicamente anche i principali strumenti di regolazione e controllo impiegati nel caso specifico, fra cui il regolatore di pressione 801, che mantiene la pressione interna del sistema a 5 Bar, agendo sul flusso dell'idrogeno prodotto, il regolatore 802 del livello liquido nel recipiente 803, agente sullo scarico dell'ossigeno prodotto all'atmosfera, il regolatore 804 del livello liquido nel recipiente 805, agente sull'ingresso di acqua demineralizzata, il registratore 808 delle temperature di ingresso ed uscita dell'elettrolita dal sistema di celle.

Posto l'elettrolita in circolazione ed innalzato gradualmente il flusso di corrente continua fino a 100 A, si progrediva nel riscaldamento dell'elettrolita, mentre il sistema si stabilizzava nei suoi parametri di funzionamento, ovvero pressione e livelli liquidi. Alla temperatura di 70°C, misurata nei prodotti di elettrolisi, la tensione ai morsetti del generatore di corrente continua ammontava a 204 V. Portata quindi la corrente a 125 A, la temperatura veniva progressivamente innalzata fino ad 80°C.

Mantenendo tali condizioni di temperatura agendo opportunamente sul raffreddamento dell'elettrolita, il flusso di corrente continua è stato progressivamente innalzato,.permettendo di annotare i seguenti valori caratteristici:

corrente 125 A tensione in c.c. 203 V

180 A 210 V

250 A 218 V

300 A 223 V

Tenendo conto della sezione trasversale della struttura elettrodica nella determinazione della densità di corrente, si calcolano i valori che seguono:

densità di corrente tensione di cella rendimento in

tensione (rif. 1.48 V)

(A/m2)

(V)

%

2080

1.62

91

3000

1.68

88

4160

1.74

85

5000

1.78

83

i quali traducono rendimenti nettamente superiori a quelli sperimentati dalle apparecchiature commerciali dell'arte nota.

È infine interessante rilevare che la lunghezza totale dell'elettrolizzatore di 125 celle così costruito era di soli 1580 mm, inclusi i coperchi, presentando una rilevante compattezza costruttiva.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

672 142

8

Esempio 3

Un altro aspetto di grande interesse, caratteristico della presente invenzione, è la riduzione a valori minimi delle correnti disperse attraverso le tubazioni di alimentazione e di scarico dei fluidi, come sarà mostrato nell'esempio che segue.

Un elettrolizzatore atto a condurre lo stesso processo di elettrolisi dell'acqua di cui agli esempi precedenti era costituito da 63 celle aventi la configurazione già descritta. Il diametro delle strutture elettrodiche era però di 800 mm. I canali di alimentazione dell'elettrolita e di scarico dei prodotti avevano ciascuno una sezione di 28.2 mm2 ed uno sviluppo di circa 560 mm ciascuno, interamente contenuto nelle cornici degli elementi bipolari e separatori. Ora, chiunque sia esperto di queste problematiche può calcolare che un canale di alimentazione dell'elettrolita delle dimensioni dette, avendo le pareti elettricamente non conduttrici, equivale ad un resistore da 220 Ohm, quando la temperatura sia, come in effetti è durante il funzionamento, a 40°C. Analogamente ogni canale di scarico dei prodotti di elettrolisi, nella ipotesi di assenza di gas, ipotesi peraltro assai peggiorativa, equivale, a 90°C, ad un resistore da 120 Ohm. Trascurando la resistenza propria dei canali collettori e ricordando che ogni cella possiede due canali di alimentazione e due di scarico, si può agevolmente dimostrare che il valor massimo della corrente elettrica dispersa è calcolabile con

Id = 2 Vc (1/220 + 1/120) " (" + ^—

2

dove Vc è la tensione media di cella ed n il numero totale delle celle.

Nell'esempio in esame si è riscontrato che, alimentando all'elettrolizzatore una corrente di 2000 A, la tensione totale era di 111 V, corrispondente ad una tensione media di cella di 1.76 V. Dall'equazione precedente si calcola allora Id = 91.5 A.

Poiché la corrente totale impiegata nel processo elettrochimico era di 2000 (63) = 126.000 A, il rendimento in corrente minimo viene calcolato a livello del 99.93%, invero nettamente superiore ai valori sperimentali degli apparecchi commerciali finora conosciuti.

Esempio 4

Un elettrolizzatore identico a quello di cui all'Esempio 2 è stato costruito in vista di una pressione operativa di 30 Bar.

Per ottenere questo risultato le cornici degli elementi bipolari e separatori sono state stampate per iniezione facendo uso di polifenilensolfuro (PPS), un polimero avente alte caratteristiche di resistenza meccanica ed adatto a resistere ai fluidi nelle condizioni di elettrolisi.

L'apparecchio è stato posto ad operare alla temperatura di 90°C, con modalità analoghe, per il resto, a quanto già descritto nell'esempio 2.

Una marcia dimostrativa è stata compiuta per lungo tempo, alimentando all'elettrolizzatore una corrente costante di 240 A, ovvero ad una densità di corrente di 4000 A/m2. In condizioni stabilizzatesi da tempo, la tensione ai morsetti del generatore di corrente continua era di 210 V, pari ad una tensione di cella media di 1.68 V, trascurando le eventuali cadute di tensione del circuito esterno all'elettrolizzatore. A ciò corrisponde un rendimento in tensione dell'88%. Applicando poi la formulazione di cui all'Esempio 3 alla configurazione delle celle di questo elettrolizzatore, si viene a calcolare un rendimento in corrente superiore al 99.6%. Il rendimento energetico dell'apparecchio, nelle condizioni operative impiegate, è quindi superiore all'87.6%, con un consumo specifico di 4.04 kWh/Nm3 di idrogeno prodotto.

Esempio 5

Il cloro, fra i composti chimici ad azione ossidante, è il più usato in operazioni di trattamento delle acque. I composti utilizzati a tale scopo sono generalmente gli ipocloriti di calcio o di sodio ed il cloro gassoso. Una alternativa molto importante è costituita dalla produzione diretta di cloro attivo in una soluzione di cloruro sodico da addizionare all'acqua da sterilizzare. Quando quest'ultima poi sia acqua di mare, come nei grandi impianti di raffreddamento di molte centrali elettriche, la produzione di cloro attivo avviene sottoponendo ad un trattamento di elettrolisi la stessa acqua di mare.

Dal punto di vista del processo elettrochimico si tratta di convertire una parte del cloruro sodico contenuto nell'acqua di mare in ipoclorito, operando l'elettrolisi del cloruro in celle senza separatore. L'obiettivo è di produrre acqua con concentrazione di cloro attivo nell'ordine di qualche grammo/litro. Le soluzioni ottenute vengono poi diluite nella corrente principale di acqua di mare fino a raggiungere concentrazioni di impiego di 1-2 mg/1.

Un modo sorprendentemente semplice e conveniente per costruire un elettrolizzatore adatto a questo scopo è quello di accoppiare fra di loro un certo numero di elementi bipolari di configurazione pari a quella descritta più sopra ed illustrata in Fig. 2, i cui piatti bipolari siano costruiti in titanio. La configurazione che ne risulta è quella di Fig. 9. Anche le testate o coperchi terminali devono essere in titanio o rivestite con tale metallo. Polarizzando anodicamente il coperchio che in figura è posto all'estremità di sinistra, la superficie interna della testata stessa ha allora comportamento anodico, ovvero asporta dal sistema gli elettroni immessi nel sistema stesso dal lato del coperchio catodico, posto all'estremità opposta dell'elettrolizzatore. I piatti bipolari vengono ad assumere polarizzazione catodica (—) sulle loro facce rivolte verso il coperchio anodico e polarizzazione anodica ( + ) sulle facce opposte. È bene che le facce anodiche siano rivestite con un catalizzatore adatto a promuovere selettivamente la reazione anodica desiderata di produzione del cloro. L'arte nota suggerisce, ad esempio, l'uso di ossidi misti di titanio e rutenio.

Sulle facce catodiche si ha l'elettrolisi dell'acqua con sviluppo di idrogeno gassoso, che esce dal sistema con i prodotti liquidi di elettrolisi, e formazione di ioni ossidrile. Questi ultimi, difatti, vengono sottratti per reazione diretta con il cloro svolto sulle prospicienti superfici anodiche, producendo così l'ipoclorito.

Un elettrolizzatore era stato costruito accoppiando fra di loro 50 elementi bipolari con piatto in titanio, come sopra descritto, e cornice in PVC. I coperchi terminali erano in acciaio al carbonio rivestito in titanio. La superficie netta di ogni piatto era di 0.06 m2 e la faccia anodica di ciascuno era stata rivestita di ossidi misti di titanio e rutenio, depositati per decomposizione termica, in presenza di aria, di una soluzione dei loro sali. Lo stesso trattamento di attivazione era stato condotto sul rivestimento del coperchio anodico.

Il coperchio catodico era mantenuto a potenziale di terra e recava i bocchelli di introduzione dell'acqua di mare e di estrazione dei prodotti di elettrolisi.

Alimentando un flusso di acqua di mare pari a 2100 1/h, l'acqua ne usciva con un contenuto di cloro attivo di circa 2 g/1. La tensione applicata ai coperchi terminali era di 250 V e manteneva, attraverso l'elettrolizzatore, un flusso di corrente continua di 75 A.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

V

5 fogli disegni

Claims

672 142

1. Cella elettrolitica per l'elettrolisi di soluzioni, comprendente almeno una coppia di elettrodi ed un elemento bipolare, ed associabile ad una sorgente di corrente continua, un'alimentazione di elettrolita ed uno o più raccoglitori dei prodotti di elettrolisi, caratterizzata dal fatto che l'elemento bipolare, consistente in un piatto di materiale conduttore (201) è inserito lungo la sua periferia in una cornice preformata di materiale isolante che ha altezza (spessore) assiale e diametro maggiori di quelli del piatto bipolare, ma estensione radiale limitata sostanzialmente alla copertura ed al supporto della periferia del piatto, così da formare al suo interno una cavità (CA) di contenimento di elettrolita avente come fondo sostanzialmente la superficie del piatto e come altezza sostanzialmente lo spessore di cornice sporgente dalla faccia del piatto, detta cornice presentando; su tutto il suo spessore e nella sua parte periferica non interessata dal piatto un foro (203) di ingresso formatore del collettore di arrivo dell'elettrolita, che sbocca in un canale afferente periferico (204) ricavato su una faccia della cornice; un foro di uscita (205) da detto canale che sbocca nella suddetta cavità (CA); un foro di prelievo (206) dei prodotti di reazione da detta cavità ed un canale periferico deferente (207) che termina con un foro passante (208) formatore del collettore di allontanamento; due fori (209, 210) infine, che sono formatori di collettori di distribuzione di fluidi che non interessano la detta cavità.

2. Utilizzazione di celle secondo la rivendicazione 1, in apparecchi per elettrolisi di soluzioni, ottenuti raggruppando tali celle in configurazioni formatrici di elettrolizzatori.

2

RIVENDICAZIONI

3. Apparecchio ottenuto dall'utilizzazione secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto di comportare un elemento separatore del comparto anodico da quello catodico di ogni cella consistente in un diaframma o membrana porosa (301) la cui zona periferica è solidale con una cornice (302) elettricamente isolante dotata anch'essa di un foro (309) del collettore di arrivo dell'elettrolita, di un relativo canale afferente (304) che sbocca nella cavità avente come fondo detto diaframma o membrana e come bordo la parte di detta cornice sporgente rispetto al diaframma o membrana; un foro (310) con canale deferente (307) per l'allontanamento dalla cavità dei prodotti di reazione; due fori (303, 308) infine, di distribuzione dei fluidi non interessanti la cavità in parola.

4. Apparecchio secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che le cornici degli elementi bipolari e separatori hanno struttura congruente per una reciproca sovrapposizione.

5. Apparecchio secondo le rivendicazioni 3 e 4, caratterizzato dal fatto che gli elementi bipolari e separatori sono combinati alternativamente fra loro e sono mantenuti in allineamento da tiranti isolanti o dotati di bussole isolanti, che si estendono tra coperchi terminali allacciati ai morsetti di una sorgente di corrente continua e provvisti di bocchelli, essendo interposte guarnizioni di tenuta tra le parti periferiche degli elementi bipolari e degli elementi separatori, come pure tra gli elementi terminali della serie ed i coperchi.

6. Apparecchio ottenuto dall'utilizzazione secondo la rivendicazione 2, consistente in soli elementi bipolari, senza interposizione di elementi separatori, munito di un solo collettore di alimentazione dell'elettrolita costituito dalla sovrapposizione dei fori (203) e di un solo collettore di prelievo costituito dalla sovrapposizione dei fori (208).

7. Apparecchio secondo le rivendicazioni da 3 a 6, caratterizzato dal fatto di essere formato da un insieme di celle, ciascuna costituita da una semicella anodica ed una catodica, inserite tra due coperchi terminali muniti di prese di corrente e di bocchelli per l'alimentazione dell'elettrolita e per l'estrazione dei prodotti di reazione, da un collettore di distribuzione dell'elettrolita alle semicelle polarizzate con uno stesso segno (ad es. A = anodiche) ottenuto dalla sovrapposizione dei fori (203-

303) degli elementi bipolari e separatori, da un collettore di distribuzione alle semicelle polarizzate con il segno opposto (ad es. C=catodiche) e da due collettori per i prodotti provenienti dalle semicelle di segno equivalente, costituiti dalla sovrapposizione dei fori (210-310) per l'estrazione della semicella A e dei fori (208-308) per il prelievo dalle semicelle C, i detti collettori facendo capo ad altrettanti bocchelli ricavati in uno dei coperchi, preferibilmente quello catodico, messo a terra.

8. Apparecchio secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che le semicelle A e C sono completamente riempite da strutture elettrodiche tridimensionali, che hanno continuità elettrica con i piatti bipolari, elevata porosità interna, elevata superficie per unità di volume apparente e che sono costituite da lamierini, filamenti, fettucce o granuli.

9. Apparecchio secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che ogni cella comporta due elementi bipolari, un solo elemento separatore ed una struttura elettrodica tra ogni piatto e separatore, costituita da una sottile lamiera intagliata e stirata, tenuta preferibilmente a contatto col separatore da più strati di rete di filo metallico a maglia, così da riempire l'intero volume esistente tra separatore e piatti bipolari.

10. Apparecchio secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che la lamiera è intagliata orizzontalmente e stirata in modo da formare occhielli che favoriscono l'allontanamento del gas dal separatore.