阳极组装件、接触带、电化学电池及其使用和制造方法技术

本公开提供了阳极组装件、导电接触带、包含阳极组装件和导电接触带的电化学电池，及其使用和制造方法，其中阳极组装件包括多个位于阳极壳体外部并与阳极电接触的V形元件、U形元件或Z形元件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】阳极组装件、接触带、电化学电池及其使用和制造方法相关申请的交叉引用本申请要求于2016年5月26日提交的美国临时专利申请号62/341,941和于2017年1月4日提交的美国临时专利申请号62/442,163的权益，所述临时专利申请在此通过引用以其全文并入本公开内容。
技术介绍
电解池包含含有阳极的阳极室、含有阴极的阴极室以及介于阳极与阴极之间的一个或多个离子交换膜，如阴离子交换膜和/或阳离子交换膜。阳极和阴极二者均可包含一系列支撑物，这些支撑物可用于将阳极安装在阳极室的开口面上并将阴极安装在阴极室的开口面上。电流被注入阳极室的外表面，然后流过阳极支撑条。在通过阳极、膜和阴极之后，电流流过阴极支撑条，并流出阴极室的后表面。从阳极电流条/阳极界面到阴极/阴极电流条界面的电压分布和得到的电流流动可显著影响电化学(例如氯碱)电池的性能和可靠性。因此，需要一种最佳的阳极组装件，其可产生均匀的跨电池电流流动，从而导致最小化的电池电压以及较高的膜可靠性。
技术实现思路
在一个方面，提供了一种电化学电池，其包含阴极壳体、位于所述阴极壳体内部的阴极、阳极壳体、位于所述阳极壳体内部的阳极，以及一个或多个离子交换膜，其中所述一个或多个离子交换膜安设在所述阳极壳体与所述阴极壳体之间；以及多个位于所述阳极壳体外部并与所述阳极电接触的V形元件、U形元件或Z形元件。在前述方面的一些实施方案中，所述V形元件、所述U形元件或所述Z形元件中的每一个包含顶部和基底。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述V形元件或所述U形元件中的每一个包含在所述顶部处相交的两个长度相等的腿部。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述V形元件或所述U形元件中的每一个包含在所述顶部处相交的两个长度不相等的腿部。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述V形元件、所述U形元件或所述Z形元件中的每一个由爆炸结合(explosionbonded)或激光熔覆(lasercladded)的Ni-Ti(镍-钛)片制成。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，将所述V形元件、所述U形元件或所述Z形元件的基底中的每一个冶金地(metallurgically)附接至所述阳极壳体的外部，使其与所述阳极电接触。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述V形元件、所述U形元件或所述Z形元件的顶部包含导电接触带；涂覆有镍、铜或铁；熔覆有镍、铜或铁；喷涂有镍、铜或铁；结合有镍、铜或铁；或其组合。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述导电接触带包括爆炸结合的Ni-Ti、爆炸结合的Cu-Ti(铜-钛)、激光熔覆的Cu-Ti或激光熔覆的Ni-Ti。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，当所述电化学电池堆叠在电解池中时，所述导电接触带在所述电化学电池的阳极壳体与相邻电化学电池的阴极壳体之间提供电连续性。在一个方面，提供了一种电化学电池，其包含阴极壳体、位于所述阴极壳体内部的阴极、阳极壳体，位于所述阳极壳体内部的阳极，以及一个或多个离子交换膜，其中所述一个或多个离子交换膜安设在所述阳极壳体与所述阴极壳体之间；以及多个位于所述阳极壳体外部的V形元件、U形元件或Z形元件，其中所述V形元件、所述U形元件或所述Z形元件中的每一个包含顶部和基底，并且其中所述V形元件、所述U形元件或所述Z形元件的顶部包含导电接触带，或者其中所述V形元件、所述U形元件或所述Z形元件的顶部涂覆、熔覆、喷涂或结合有导电金属。在一些实施方案中，所述导电金属与阴极壳体金属相同，包括但不限于镍、铜或铁，如铁合金，例如不锈钢。在前述方面的一些实施方案中，所述导电接触带包括激光熔覆的Ni-Ti或Cu-Ti。在前述方面的一些实施方案中，所述导电接触带包括激光熔覆在钛上的镍或激光熔覆在钛上的铜，或反之亦然。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述导电接触带包括爆炸结合的Ni-Ti或Cu-Ti。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述导电接触带包括爆炸结合在镍上的钛或爆炸结合在钛上的镍。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述U形元件或所述Z形元件具有平坦顶部。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述V形元件、所述U形元件或所述Z形元件具有平坦基底。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述阴极壳体包含垂直内部电流条，并且所述V形元件、所述U形元件或所述Z形元件的基底中的每一个与所述阴极壳体中的所述垂直内部电流条交替对齐(alternatealignment)，使得电流分布在所述一个或多个离子交换膜上基本上均匀。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述多个V形元件、U形元件或Z形元件是单个的元件或形成片。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述多个V形元件、U形元件或Z形元件提供基本上均匀的电流分布。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述多个V形元件、U形元件或Z形元件使得空气流能够在所述阳极壳体外部提供对流冷却或加热。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述阳极包括波纹状多孔阳极。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述多个V形元件、U形元件或Z形元件的顶部垂直于所述波纹状多孔阳极的波纹振幅。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述多个V形元件、U形元件或Z形元件的顶部平行于所述波纹状多孔阳极的波纹振幅。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述V形元件、所述U形元件或所述Z形元件的所述顶部与所述基底之间的长度为约5-30mm。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，相邻V形元件、相邻U形元件或相邻Z形元件的顶部之间的距离为约5-200mm。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述V形元件、所述U形元件或所述Z形元件在堆叠于所述电解池中的两个相邻电化学电池的所述阳极与所述阴极之间提供约5-50mm的间隙。在一个方面，提供了一种电解池，其包含多个单个的前述电化学电池。在一个方面，提供了一种阳极组装件，其包含阳极壳体；位于所述阳极壳体内部的阳极；以及多个位于所述阳极壳体外部并与所述阳极电接触的V形元件、U形元件或Z形元件。在前述方面的一些实施方案中，所述多个V形元件、U形元件或Z形元件中的每一个包含顶部和基底；并且所述顶部包含导电接触带；涂覆有镍、铜或铁；熔覆有镍、铜或铁；喷涂有镍、铜或铁；结合有镍、铜或铁；或其组合。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述导电接触带包括爆炸结合的Ni-Ti或激光熔覆的Ni-Ti。在一个方面，提供了一种方法，其包括在电化学电池中使阳极壳体和位于所述阳极壳体内部的阳极与阴极壳体和位于所述阴极壳体内部的阴极接触；以及使多个V形元件、U形元件或Z形元件与所述阳极壳体的外部接触，使得所述阳极壳体与所述多个V形元件、U形元件或Z形元件电接触。在前述方面的一些实施方案中，该方法进一步包括在所述阳极壳体与所述阴极壳体之间安设一个或多个离子交换膜。在前述方面的一些实施方案中，所述V形元件、所述U形元件或所述Z形元件中的每一个包含顶部和基底。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述V形元件或所述U形元件中的每一个包含在所述顶部处相交的两个长度相等的腿部。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述V形元件或所述U形元件中的每一个包含在所述顶部处相交的两个长度不相等的腿部。在前述方面和实施方案的一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电化学电池，其包含：阴极壳体、位于所述阴极壳体内部的阴极、阳极壳体、位于所述阳极壳体内部的阳极、以及一个或多个离子交换膜，其中所述一个或多个离子交换膜安设在所述阳极壳体与所述阴极壳体之间；以及多个位于所述阳极壳体外部并与所述阳极电接触的V形元件、U形元件或Z形元件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.26 US 62/341,941;2017.01.04 US 62/442,1631.一种电化学电池，其包含：阴极壳体、位于所述阴极壳体内部的阴极、阳极壳体、位于所述阳极壳体内部的阳极、以及一个或多个离子交换膜，其中所述一个或多个离子交换膜安设在所述阳极壳体与所述阴极壳体之间；以及多个位于所述阳极壳体外部并与所述阳极电接触的V形元件、U形元件或Z形元件。2.如权利要求1所述的电化学电池，其中所述V形元件、所述U形元件或所述Z形元件中的每一个包含顶部和基底。3.如权利要求1或2所述的电化学电池，其中所述V形元件、所述U形元件或所述Z形元件中的每一个由爆炸结合或激光熔覆的Ni-Ti片制成。4.如权利要求2或3所述的电化学电池，其中将所述V形元件、所述U形元件或所述Z形元件的所述基底中的每一个冶金地附接至所述阳极壳体的外部，使其与所述阳极电接触。5.如权利要求2-4中任一项所述的电化学电池，其中所述V形元件、所述U形元件或所述Z形元件的所述顶部包含导电接触带；涂覆有镍、铜或铁；熔覆有镍、铜或铁；喷涂有镍、铜或铁；结合有镍、铜或铁；或其组合。6.如权利要求5所述的电化学电池，其中所述导电接触带包括爆炸结合的Ni-Ti、爆炸结合的Cu-Ti、激光熔覆的Cu-Ti或激光熔覆的Ni-Ti。7.如权利要求5或6所述的电化学电池，其中当所述电化学电池堆叠在电解池中时，所述导电接触带在所述电化学电池的所述阳极壳体与相邻电化学电池的阴极壳体之间提供电连续性。8.一种电化学电池，其包含：阴极壳体、位于所述阴极壳体内部的阴极、阳极壳体，位于所述阳极壳体内部的阳极、以及一个或多个离子交换膜，其中所述一个或多个离子交换膜安设在所述阳极壳体与所述阴极壳体之间；以及多个位于所述阳极壳体外部的V形元件、U形元件或Z形元件，其中所述V形元件、所述U形元件或所述Z形元件中的每一个包含顶部和基底，并且其中所述V形元件、所述U形元件或所述Z形元件的所述顶部包含导电接触带，或者其中所述V形元件、所述U形元件或所述Z形元件的所述顶部涂覆、熔覆、喷涂或结合有导电金属。9.如权利要求5-8中任一项所述的电化学电池，其中所述导电接触带包括激光熔覆的Ni-Ti或Cu-Ti。10.如权利要求5-8中任一项所述的电化学电池，其中所述导电接触带包括爆炸结合的Ni-Ti或Cu-Ti。11.如前述权利要求中任一项所述的电化学电池，其中所述U形元件或所述Z形元件具有平坦顶部。12.如前述权利要求中任一项所述的电化学电池，其中所述V形元件、所述U形元件或所述Z形元件具有平坦基底。13.如权利要求2-12中任一项所述的电化学电池，其中所述阴极壳体包含垂直内部电流条，并且其中所述V形元件、所述U形元件或所述Z形元件的所述基底中的每一个与所述阴极壳体中的所述垂直内部电流条交替对齐，使得电流分布在所述一个或多个离子交换膜上基本上均匀。14.如前述权利要求中任一项所述的电化学电池，其中所述多个V形元件、U形元件或Z形元件是单个的元件或形成片。15.如前述权利要求中任一项所述的电化学电池，其中所述多个V形元件、U形元件或Z形元件提供基本上均匀的电流分布。16.如前述权利要求中任一项所述的电化学电池，其中所述多个V形元件、U形元件或Z形元件使得空气流能够在所述阳极壳体外部提供对流冷却或加热。17.如前述权利要求中任一项所述的电化学电池，其中所述阳极包括波纹状多孔阳极。18.如权利要求17所述的电化学电池，其中所述多个V形元件、U形元件或Z形元件的所述顶部平行于或垂直于所述波纹状多孔阳极的波纹的振幅。19.如前述权利要求中任一项所述的电化学电池，其中所述V形元件、所述U形元件或所述Z形元件的所述顶部与所述基底之间的长度为约5-30mm。20.如前述权利要求中任一项所述的电化学电池，其中相邻V形元件、相邻U形元件或相邻Z形元件的顶部之间的距离为约5-200mm。21.如前述权利要求中任一项所述的电化学电池，其中所述V形元件、所述U形元件或所述Z形元件在堆叠于电解池中的两个相邻电化学电池的阳极与阴极之间提供约5-50mm的间隙。22.一种电解池，其包含多个如前述权利要求1-21中任一项所述的单个电化学电池。23.一种阳极组装件，其包含：阳极壳体；位于所述阳极壳体内部的阳极；以及多个位于所述阳极壳体外部并与所述阳极电接触的V形元件、U形元件或Z形元件。24.如权利要求23所述的阳极组装件，其中所述多个V形元件、U形元件或Z形元件中的每一个包含顶部和基底；并且所述顶部包含导电接触带；涂覆有镍、铜或铁；熔覆有镍、铜或铁；喷涂有镍、铜或铁；结合有镍、铜或铁；或其组合。25.如权利要求24所述的阳极组装件，其中所述导电接触带包括爆炸结合的Ni-Ti或激光熔覆的Ni-Ti。26.一种方法，其包括：在电化学电池中使阳极壳体和位于所述阳极壳体内部的阳极与阴极壳体和位于所述阴极壳体内部的阴极接触；以及使多个V形元件、U形元件或Z形元件与所述阳极壳体的外部接触，使得所述阳极壳体与所述多个V形元件、U形元件或Z形元件电接触。27.如权利要求26所述的方法，其中所述V形元件、所述U形元件或所述Z形元件中的每一个包含顶部和基底。28.如权利要求27所述的方法，其中所述V形元件或所述U形元件中的每一个包含在所述顶部处相交的两个长度相等或不相等的腿部。29.如权利要求27或28所述的方法，其进一步包括将所述V形元件、所述U形元件或所述Z形元件的所述基底中的每一个冶金地附接至所述阳极壳体的外部，从而使其与所述阳极电接触。30.如权利要求27-29中任一项所述的方法，其进一步包括在所述V形元件、所述U形元件或所述Z形元件的所述顶部上提供导电接触带；或者用导电金属涂覆、喷涂、结合或熔覆所述V形元件、所述U形元件或所述Z形元件的所述顶部。31.如权利要求30所述的方法，其进一步包括在钛上激光熔覆镍或铜或将镍或铜爆炸结合到钛，以形成所述导电接触带。32.如权利要求30或31所述的方法，其进一步包括当所述电化学电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯·H·麦克韦德，R·J·吉利亚姆，赵宏，M·科斯托维斯基，
申请(专利权)人：卡勒拉公司，
类型：发明
国别省市：美国,US