JP2000239875A - 電解槽 - Google Patents
電解槽Info
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- JP2000239875A JP2000239875A JP11048428A JP4842899A JP2000239875A JP 2000239875 A JP2000239875 A JP 2000239875A JP 11048428 A JP11048428 A JP 11048428A JP 4842899 A JP4842899 A JP 4842899A JP 2000239875 A JP2000239875 A JP 2000239875A
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- gas
- cathode
- chamber
- diffusion electrode
- gas chamber
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- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【課題】既存のイオン交換膜型食塩電解槽に使用される
水素発生陰極を酸素陰極に変更するには、ガス室を新た
に設ける陰極の改造が必要である。従来の電解槽にガス
拡散電極とともにガス室パンを取り付ける方法は、電解
液、ガス間のシールが困難で、大がかりな改造が必要で
あった。 【解決手段】ガス拡散電極、ガス室、ガス室パン、反応
ガスの入り口と出口とを備えたユニットを従来の電解槽
の陰極室内にいれる。給電体、ガス室パンの材料に銀を
使用する。ガス拡散電極を銀板にホットプレスし、銀板
をガス室パンにホットプレスすることにより、電極とパ
ンが強固に溶着され、ユニットは完全にシールされる。
水素発生陰極を酸素陰極に変更するには、ガス室を新た
に設ける陰極の改造が必要である。従来の電解槽にガス
拡散電極とともにガス室パンを取り付ける方法は、電解
液、ガス間のシールが困難で、大がかりな改造が必要で
あった。 【解決手段】ガス拡散電極、ガス室、ガス室パン、反応
ガスの入り口と出口とを備えたユニットを従来の電解槽
の陰極室内にいれる。給電体、ガス室パンの材料に銀を
使用する。ガス拡散電極を銀板にホットプレスし、銀板
をガス室パンにホットプレスすることにより、電極とパ
ンが強固に溶着され、ユニットは完全にシールされる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、イオン交換膜法食
塩電解等に使用される酸素陰極を用いた電解槽に関し、
更に詳しくは、既存の水素発生陰極を用いる電解槽から
の改装が容易な酸素陰極を用いる電解槽に関する。
塩電解等に使用される酸素陰極を用いた電解槽に関し、
更に詳しくは、既存の水素発生陰極を用いる電解槽から
の改装が容易な酸素陰極を用いる電解槽に関する。
【0002】
【従来の技術】既存のイオン交換膜型食塩電解槽に使用
される陰極は、通常、ニッケル材等で構成され、そこで
は水素発生反応が進行する。この電解槽の水素発生陰極
を省電力が期待できる酸素陰極に変更することが望まし
いとされている。ただ、水素発生陰極を酸素陰極に変更
するには、水素発生陰極を改造してガス室を新たに設け
る必要がある。
される陰極は、通常、ニッケル材等で構成され、そこで
は水素発生反応が進行する。この電解槽の水素発生陰極
を省電力が期待できる酸素陰極に変更することが望まし
いとされている。ただ、水素発生陰極を酸素陰極に変更
するには、水素発生陰極を改造してガス室を新たに設け
る必要がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の電解槽にガス拡
散電極と共に直接ガス室となるガス室パンを取り付け、
酸素ガス導入口と排出口を設けることにより酸素陰極を
設けようとする改造は、高い工作精度が出せず、電解
液、ガス間のシールが困難であった。現状では陰極枠を
始めから製作した方が容易である。しかしこれでは不経
済である。現存の電解槽を生かすためには、できるだけ
現状の電解槽構造に手を加えずに改造できるか、又は手
を加えるにしても最小限で改造できる手段が望まれてい
た。そのため、本発明は、現在の電解槽の構造を実質的
には最小限に近い改造ですみ、電解槽の構造を提供する
ことを課題としている。
散電極と共に直接ガス室となるガス室パンを取り付け、
酸素ガス導入口と排出口を設けることにより酸素陰極を
設けようとする改造は、高い工作精度が出せず、電解
液、ガス間のシールが困難であった。現状では陰極枠を
始めから製作した方が容易である。しかしこれでは不経
済である。現存の電解槽を生かすためには、できるだけ
現状の電解槽構造に手を加えずに改造できるか、又は手
を加えるにしても最小限で改造できる手段が望まれてい
た。そのため、本発明は、現在の電解槽の構造を実質的
には最小限に近い改造ですみ、電解槽の構造を提供する
ことを課題としている。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者は、現在の電解
槽の構造を最小限に近い改造で、ガス拡散電極を陰極と
して置き換えることを検討したところ、現在の電解槽に
おける水素発生陰極では、水素が発生する関係で陰極と
イオン交換膜との間隔が広く、また陰極室では電解液を
室内で循環する場合があるなど、陰極板の後に間が開い
ていることがあるとかの事情で、陰極室の厚みの幅が広
いことに着目し、従来の陰極室内にガス拡散電極、ガス
室、ガス室パン、反応ガスの入口と出口とを備えたユニ
ットを入れて、陰極とし、さらにそのユニットの液シー
ルが完全であれば、陰極室内に電解液が入ったままの形
態でもユニットを設置できるのではないか、という点か
ら研究し、本発明に到達した。
槽の構造を最小限に近い改造で、ガス拡散電極を陰極と
して置き換えることを検討したところ、現在の電解槽に
おける水素発生陰極では、水素が発生する関係で陰極と
イオン交換膜との間隔が広く、また陰極室では電解液を
室内で循環する場合があるなど、陰極板の後に間が開い
ていることがあるとかの事情で、陰極室の厚みの幅が広
いことに着目し、従来の陰極室内にガス拡散電極、ガス
室、ガス室パン、反応ガスの入口と出口とを備えたユニ
ットを入れて、陰極とし、さらにそのユニットの液シー
ルが完全であれば、陰極室内に電解液が入ったままの形
態でもユニットを設置できるのではないか、という点か
ら研究し、本発明に到達した。
【0005】すなわち、本発明は、以下の手段により上
記の課題を達成した。 (1)ガス拡散電極、ガス室、ガス室パンから構成さ
れ、ガスの出入り口がある酸素陰極を陰極室に設置し、
酸素陰極の反応層側及びガス室背面に陰極液が存在する
状態で運転することを特徴とする電解槽。
記の課題を達成した。 (1)ガス拡散電極、ガス室、ガス室パンから構成さ
れ、ガスの出入り口がある酸素陰極を陰極室に設置し、
酸素陰極の反応層側及びガス室背面に陰極液が存在する
状態で運転することを特徴とする電解槽。
【0006】本発明は、以下の知見を得たことで完成さ
れた。ガス拡散電極と銀板を重ね合わせ、200℃〜4
00℃,20kg/cm2 以上の条件でホットプレスす
ると、銀板とガス拡散電極は強固に接合され、接合面か
らの液漏れも無いことが分かった。また、銀同士であれ
ば、ホットプレスで強固に接合できるというこの原理を
用いれば、電極パンには、銀板を介してガス拡散電極を
溶着することができる。これらの手段を用いれば、ガス
室付きガス拡散電極を作製することができ、電解槽の陰
極室部をさほど改造せずに酸素陰極を設置することがで
きる。
れた。ガス拡散電極と銀板を重ね合わせ、200℃〜4
00℃,20kg/cm2 以上の条件でホットプレスす
ると、銀板とガス拡散電極は強固に接合され、接合面か
らの液漏れも無いことが分かった。また、銀同士であれ
ば、ホットプレスで強固に接合できるというこの原理を
用いれば、電極パンには、銀板を介してガス拡散電極を
溶着することができる。これらの手段を用いれば、ガス
室付きガス拡散電極を作製することができ、電解槽の陰
極室部をさほど改造せずに酸素陰極を設置することがで
きる。
【0007】そして、液漏れの心配は無くなったので、
本発明によりガス室付きガス拡散電極(酸素陰極)を陰
極液に浸した状態で電解槽が構成することができる。本
発明の電解槽では、電解液の流れは、上部から又は下部
から、イオン交換膜とガス室付きガス拡散電極の間を通
するようにさせ、場合によってはガス室付きガス拡散電
極の背面に移動させればよい。電解液の導入、排出に
は、従来の電解槽の水素ガス集合室等を利用することも
できる。ガス室付きガス拡散電極は電解液に浸っている
ので、電極にかかる圧力は電極の反応層側、ガス室背面
側ともほぼ同一圧力である。このため、ガス拡散電極に
無理がかからないので、ガス室を保護するニッケル板
(ガス室パン)は、厚さが0.5mmと薄くても使用可
能である。結局、全体厚が3mm以下のガス室付きガス
拡散電極が作製可能で、既存の電解槽をあまり改造せず
に酸素陰極を設置できる。
本発明によりガス室付きガス拡散電極(酸素陰極)を陰
極液に浸した状態で電解槽が構成することができる。本
発明の電解槽では、電解液の流れは、上部から又は下部
から、イオン交換膜とガス室付きガス拡散電極の間を通
するようにさせ、場合によってはガス室付きガス拡散電
極の背面に移動させればよい。電解液の導入、排出に
は、従来の電解槽の水素ガス集合室等を利用することも
できる。ガス室付きガス拡散電極は電解液に浸っている
ので、電極にかかる圧力は電極の反応層側、ガス室背面
側ともほぼ同一圧力である。このため、ガス拡散電極に
無理がかからないので、ガス室を保護するニッケル板
(ガス室パン)は、厚さが0.5mmと薄くても使用可
能である。結局、全体厚が3mm以下のガス室付きガス
拡散電極が作製可能で、既存の電解槽をあまり改造せず
に酸素陰極を設置できる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明についてその実施の
形態を説明するが、本発明はこれらに限定されない。図
1は、本発明の第1の実施態様を示す断面図である。こ
の例では、電解液が上部から供給されて下部に流れる形
式である。この電解槽においては、陰極室Aと陽極室B
とに仕切るバイポーラプレート11を枠体構造に設け、
このバイポーラプレート11に接続して給電リブ12を
設けてある。陽極室B側には陽極DSA13を設け、陰
極室A側には給電リブ12で酸素陰極10を垂直に固定
している。酸素陰極10は、ガス拡散電極を内側に囲む
ガス室パンの外側を陰極側の給電リブ12に溶接して固
定してある。
形態を説明するが、本発明はこれらに限定されない。図
1は、本発明の第1の実施態様を示す断面図である。こ
の例では、電解液が上部から供給されて下部に流れる形
式である。この電解槽においては、陰極室Aと陽極室B
とに仕切るバイポーラプレート11を枠体構造に設け、
このバイポーラプレート11に接続して給電リブ12を
設けてある。陽極室B側には陽極DSA13を設け、陰
極室A側には給電リブ12で酸素陰極10を垂直に固定
している。酸素陰極10は、ガス拡散電極を内側に囲む
ガス室パンの外側を陰極側の給電リブ12に溶接して固
定してある。
【0009】酸素陰極10は、図4に示すように、ガス
拡散電極1、ガス室6、ガス室パン7から構成され、ガ
ス出入口8が設けてある。ガス拡散電極1は、ガス供給
層3と図示外の給電体と、反応層2とがこの順で積層す
る三層構造で形成してあり、ガス供給層3と反応層2と
は大きさが同じで両者は四辺をそろえてある。給電体と
しては銀網を選び、ガス供給層3や反応層2より少し大
きく、ガス供給層3等の周囲に5mm幅ではみ出させ、
はみ出た部分は反応層側3に折り返して露出させてあ
る。折り返して露出した部分には更に銀枠5を重ねて隠
し、反応層3と給電体と銀枠5とはホットプレスで気液
シールしてある。こうして形成してあるガス拡散電極1
に対して、そのガス供給層3側を銀製のガス室パン7が
周囲を取り囲み、ガス供給層3との間でガス室6を形成
している。ガス室パン7の縁部4は上記の銀枠5の周縁
部にホットプレスで気密に接合している。
拡散電極1、ガス室6、ガス室パン7から構成され、ガ
ス出入口8が設けてある。ガス拡散電極1は、ガス供給
層3と図示外の給電体と、反応層2とがこの順で積層す
る三層構造で形成してあり、ガス供給層3と反応層2と
は大きさが同じで両者は四辺をそろえてある。給電体と
しては銀網を選び、ガス供給層3や反応層2より少し大
きく、ガス供給層3等の周囲に5mm幅ではみ出させ、
はみ出た部分は反応層側3に折り返して露出させてあ
る。折り返して露出した部分には更に銀枠5を重ねて隠
し、反応層3と給電体と銀枠5とはホットプレスで気液
シールしてある。こうして形成してあるガス拡散電極1
に対して、そのガス供給層3側を銀製のガス室パン7が
周囲を取り囲み、ガス供給層3との間でガス室6を形成
している。ガス室パン7の縁部4は上記の銀枠5の周縁
部にホットプレスで気密に接合している。
【0010】図1のように、ガス供給層と積層する反応
層側には、電解液の流路14に必要なだけの幅を離して
酸素陰極10に平行にイオン交換膜15を設置してあ
る。陰極室Aの給電リブ12に固定された酸素陰極10
は、上下にそれぞれ液路室16,17を取り付け、上部
と下部の各液路室16,17には第1〜第3の電解液流
出入口が設けてある。第1の流出入口18、第2の流出
入口19、第3の流出入口は、電解液の流出入口であ
る。なお、酸素陰極10の裏側にも電解液流出入口21
を設けてある。
層側には、電解液の流路14に必要なだけの幅を離して
酸素陰極10に平行にイオン交換膜15を設置してあ
る。陰極室Aの給電リブ12に固定された酸素陰極10
は、上下にそれぞれ液路室16,17を取り付け、上部
と下部の各液路室16,17には第1〜第3の電解液流
出入口が設けてある。第1の流出入口18、第2の流出
入口19、第3の流出入口は、電解液の流出入口であ
る。なお、酸素陰極10の裏側にも電解液流出入口21
を設けてある。
【0011】電解液は、第1の流出入口18から上部側
の液路室16に入り、液路室16より第2の流出入口1
9から流路14内を下方に流れ、酸素陰極10の下方か
ら酸素陰極10の裏側に流れ、電解液流出入口21より
外部に流出する。このようなイオン交換膜法食塩電解槽
構造は、次のようにして製作した。給電体を銀網とし、
銀網が周囲に5mm幅で反応層側に露出しているガス拡
散電極1を作成した。次いでこのガス拡散電極1を図4
に示すようにガス室パン7に銀枠5を介して付け、ホッ
トプレスする事でガス室付きガス拡散電極1を得た。銀
板をガス拡散電極に接合し、レーザー溶接することでも
作製できる。電解槽の陰極室枠の側面には酸素ガス入口
22と酸素ガス出口23の穴を上下2箇所に開け、そこ
から酸素陰極10に配管する。そして、陰極に出ている
給電リブ12に酸素陰極10を溶接する。
の液路室16に入り、液路室16より第2の流出入口1
9から流路14内を下方に流れ、酸素陰極10の下方か
ら酸素陰極10の裏側に流れ、電解液流出入口21より
外部に流出する。このようなイオン交換膜法食塩電解槽
構造は、次のようにして製作した。給電体を銀網とし、
銀網が周囲に5mm幅で反応層側に露出しているガス拡
散電極1を作成した。次いでこのガス拡散電極1を図4
に示すようにガス室パン7に銀枠5を介して付け、ホッ
トプレスする事でガス室付きガス拡散電極1を得た。銀
板をガス拡散電極に接合し、レーザー溶接することでも
作製できる。電解槽の陰極室枠の側面には酸素ガス入口
22と酸素ガス出口23の穴を上下2箇所に開け、そこ
から酸素陰極10に配管する。そして、陰極に出ている
給電リブ12に酸素陰極10を溶接する。
【0012】図1に示すように電解液を上部から流下さ
せる場合は、電解槽上部から陰極液をイオン交換膜とガ
ス拡散電極の間を下降させ、電極下部の隙間から背面に
流れるようにする。陰極液は酸素陰極背面部に設けた排
出口(流出入口21)から排出する。図2に示す様に電
解液を下部から供給する場合はイオン交換膜15と酸素
陰極10のガス拡散電極の間を上昇させ、電極上部の隙
間から電極背面に流れるようにし、酸素陰極背面部の穴
21から電解液を排出することもできる。電解液は、流
入口18から下部側液路室17に入り、下部側液路室1
7より酸素陰極10とイオン交換膜15との間の流路1
4を上昇し、酸素陰極10の上部に近い個所に設けた流
出入口20から上部側液路室16に入り、第1の流出入
口18から排出される。
せる場合は、電解槽上部から陰極液をイオン交換膜とガ
ス拡散電極の間を下降させ、電極下部の隙間から背面に
流れるようにする。陰極液は酸素陰極背面部に設けた排
出口(流出入口21)から排出する。図2に示す様に電
解液を下部から供給する場合はイオン交換膜15と酸素
陰極10のガス拡散電極の間を上昇させ、電極上部の隙
間から電極背面に流れるようにし、酸素陰極背面部の穴
21から電解液を排出することもできる。電解液は、流
入口18から下部側液路室17に入り、下部側液路室1
7より酸素陰極10とイオン交換膜15との間の流路1
4を上昇し、酸素陰極10の上部に近い個所に設けた流
出入口20から上部側液路室16に入り、第1の流出入
口18から排出される。
【0013】図3は、本発明の第3の実施態様を示す断
面図であり、この場合主として背面に設けた電解液流出
入口21から電解液を流入させる場合である。電解液
は、電解液流出入口21と、下部側の液路室17の流入
口18とから陰極室Aに流入し、酸素陰極10とイオン
交換膜15との間の流路14を上昇して、上部の第2の
流出入口19から上部液路室16に流入して第1の流出
入口18から排出される。電解液出口位置は液圧の強弱
で選択する。
面図であり、この場合主として背面に設けた電解液流出
入口21から電解液を流入させる場合である。電解液
は、電解液流出入口21と、下部側の液路室17の流入
口18とから陰極室Aに流入し、酸素陰極10とイオン
交換膜15との間の流路14を上昇して、上部の第2の
流出入口19から上部液路室16に流入して第1の流出
入口18から排出される。電解液出口位置は液圧の強弱
で選択する。
【0014】
【発明の効果】本発明では、ガス室付きガス拡散電極か
ら成る酸素陰極の表裏を電解液で満たした状態で運転す
るので、酸素陰極の裏側にも酸素陰極の表側と同程度の
液圧が掛かるため、酸素陰極に無理な圧力差が加わらな
い。その結果、長期間の電解が安定に行われる。また、
液中に浸された状態で運転されるので反応ガスが安定に
供給されれば電極の強度は余り高くする必要がない。安
価で、既存の電解槽の改造には最適な酸素陰極を提供で
きる。このため、現在のイオン交換膜法食塩電解槽に実
質的には最小限に近い手を加えるだけで、ガス拡散電極
を使用するイオン交換膜法食塩電解槽に改造することが
可能である。
ら成る酸素陰極の表裏を電解液で満たした状態で運転す
るので、酸素陰極の裏側にも酸素陰極の表側と同程度の
液圧が掛かるため、酸素陰極に無理な圧力差が加わらな
い。その結果、長期間の電解が安定に行われる。また、
液中に浸された状態で運転されるので反応ガスが安定に
供給されれば電極の強度は余り高くする必要がない。安
価で、既存の電解槽の改造には最適な酸素陰極を提供で
きる。このため、現在のイオン交換膜法食塩電解槽に実
質的には最小限に近い手を加えるだけで、ガス拡散電極
を使用するイオン交換膜法食塩電解槽に改造することが
可能である。
【図1】電解液を上部から流す方式の本発明のガス拡散
電極を使用する電解槽の例を示す断面図を示す。
電極を使用する電解槽の例を示す断面図を示す。
【図2】電解液を下部から流す方式の本発明のガス拡散
電極を使用する電解槽の例を示す断面図を示す。
電極を使用する電解槽の例を示す断面図を示す。
【図3】ガス拡散電極の背面に電解液入口を設けた本発
明のガス拡散電極を使用する電解槽の例を示す断面図を
示す。
明のガス拡散電極を使用する電解槽の例を示す断面図を
示す。
【図4】酸素陰極の部分的な構造を表した断面図を示
す。
す。
1 ガス拡散電極 2 反応層 3 ガス供給層 4 縁部 5 銀枠 6 ガス室 7 ガス室パン 8 ガス出入口 10 酸素陰極 11 バイポーラプレート 12 給電リブ 13 陽極DSA 14 流路 15 イオン交換膜 16 液路室 17 液路室 18 第1の流出入口 19 第2の流出入口 20 第3の流出入口 21 電解液流出入口 22 酸素ガス入口 23 酸素ガス出口 A 陰極室 B 陽極室
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成12年3月16日(2000.3.1
6)
6)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0005
【補正方法】変更
【補正内容】
【0005】すなわち、本発明は、以下の手段により上
記の課題を達成した。 (1)水素発生陰極を設置した陰極室を有する電解槽に
ついて、前記水素発生陰極に代えて、ガス拡散電極、ガ
ス室、ガス室パンから構成され、ガスの出入り口がある
酸素陰極を陰極液で満たした陰極室内に設置し、酸素陰
極の反応層側及びガス室背面に陰極液が存在する状態で
運転されることを特徴とする電解槽。
記の課題を達成した。 (1)水素発生陰極を設置した陰極室を有する電解槽に
ついて、前記水素発生陰極に代えて、ガス拡散電極、ガ
ス室、ガス室パンから構成され、ガスの出入り口がある
酸素陰極を陰極液で満たした陰極室内に設置し、酸素陰
極の反応層側及びガス室背面に陰極液が存在する状態で
運転されることを特徴とする電解槽。
フロントページの続き (71)出願人 000000941 鐘淵化学工業株式会社 大阪府大阪市北区中之島3丁目2番4号 (72)発明者 古屋 長一 山梨県甲府市中村町2−14 Fターム(参考) 4K021 BA03 BC01 CA05 CA08 CA09 DB12 DB16 DB47 DB56
Claims (1)
- 【請求項1】 ガス拡散電極、ガス室、ガス室パンから
構成され、ガスの出入り口がある酸素陰極を陰極室に設
置し、酸素陰極の反応層側及びガス室背面に陰極液が存
在する状態で運転されることを特徴とする電解槽。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11048428A JP3086853B2 (ja) | 1999-02-25 | 1999-02-25 | 電解槽 |
| EP00905324A EP1076115A1 (en) | 1999-02-25 | 2000-02-24 | Gas diffusion electrode and brine electrolytic bath |
| PCT/JP2000/001074 WO2000050668A1 (fr) | 1999-02-25 | 2000-02-24 | Electrode a diffusion gazeuse et bain electrolytique de saumure |
| CNB008002096A CN1148467C (zh) | 1999-02-25 | 2000-02-24 | 气体扩散电极和采用该电极的食盐电解槽 |
| US09/674,004 US6423194B1 (en) | 1999-02-25 | 2000-02-24 | Gas diffusion electrode and brine electrolytic bath |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11048428A JP3086853B2 (ja) | 1999-02-25 | 1999-02-25 | 電解槽 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000239875A true JP2000239875A (ja) | 2000-09-05 |
| JP3086853B2 JP3086853B2 (ja) | 2000-09-11 |
Family
ID=12803083
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11048428A Expired - Fee Related JP3086853B2 (ja) | 1999-02-25 | 1999-02-25 | 電解槽 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3086853B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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1999
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