[發(fā)明專利]電極連接組件、電解池及使用方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202080103876.2
• 申請(qǐng)日: 2020-11-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN116134178A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-05-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 詹姆斯·帕特里克·內(nèi)爾森;威廉·F·舒爾策
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 弗薩姆材料美國(guó)有限責(zé)任公司;詹姆斯·帕特里克·內(nèi)爾森;威廉·F·舒爾策
• 主分類號(hào): C25B9/65
• 分類號(hào): C25B9/65;C25B1/245;C25B9/17
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所 11256
• 代理人: 吳亦華;徐志明

提供了用于電解池的電極連接組件和具有一個(gè)或多個(gè)電極連接組件的電解池，及其使用方法，所述電極連接組件包括含碳電極和一個(gè)或多個(gè)與所述含碳電極直接或間接接觸的可變形連接元件，其中所述一個(gè)或多個(gè)可變形連接元件在比導(dǎo)致含碳電極斷裂的應(yīng)力低的應(yīng)力下變形，以適應(yīng)在使用時(shí)含碳電極的膨脹。

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求于2020年9月8日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)63/057,561的優(yōu)先權(quán)，出于所有允許的目的，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入本文。

背景技術(shù)

元素氟(F₂)和相關(guān)的氟化氣體(如三氟化氮(NF₃))的工業(yè)產(chǎn)生主要在電解池中進(jìn)行。尤其是對(duì)于氟氣體的產(chǎn)生，這種電解池的陽(yáng)極由碳制成。為了起作用，陽(yáng)極必須連接到電源，使得電流可以在陰極和陽(yáng)極之間流動(dòng)。

在氟電解池中可靠地連接到陽(yáng)極是具有挑戰(zhàn)性的，因?yàn)樵谶@種電解池中存在非常高侵蝕性的化學(xué)條件。這種電解池中使用的液體電解質(zhì)通常是氟化鉀(KF)和氟化氫(HF)的熔融鹽混合物。為了產(chǎn)生NF₃，使用氟化銨代替KF或在KF之外還使用氟化銨。這種電解質(zhì)與升高的操作溫度和施加到陽(yáng)極的陽(yáng)極電位相結(jié)合，產(chǎn)生傾向于侵蝕陽(yáng)極連接裝置的金屬部件的高度腐蝕性的條件。此外，為了有效和穩(wěn)定的操作，連接陽(yáng)極的電阻必須在陽(yáng)極的整個(gè)壽命期間開(kāi)始并保持較低。已知與陽(yáng)極的電連接的任何劣化都會(huì)導(dǎo)致陽(yáng)極破壞，如Ring和Royston(澳大利亞原子能委員會(huì)報(bào)告E281，1973，ISBN?0642?996016)充分描述的。

在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)提出了許多將碳陽(yáng)極連接到電源和/或其它支撐構(gòu)件的方法，包括在US?5290413(圍繞陽(yáng)極頂部的圓周金屬套筒)、US3041266A(具有通過(guò)幾個(gè)螺栓連接的陽(yáng)極的金屬吊架)、JP7173664A(首先穿過(guò)金屬棒和然后插入碳陽(yáng)極中的螺紋螺栓)、US5688384(碳陽(yáng)極頂部的螺釘)、KR100286717?B1(碳陽(yáng)極通過(guò)螺栓保持在兩個(gè)金屬板之間)、CN102337491A(夾板)、US8349164(夾板)、Zhao等(夾板)、US6210549(C形陽(yáng)極吊架和螺紋桿)。

盡管有許多不同的連接方法，但碳陽(yáng)極在電解中使用一段時(shí)間后破裂。碳陽(yáng)極的破裂使得電解池不可用，并且需要重新構(gòu)建電解池的至少一些部分。因此，本領(lǐng)域需要延長(zhǎng)電解池中碳電極的壽命。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種電極連接組件和包括電極連接組件的電解池，所述電極連接組件包括含碳電極和一個(gè)或多個(gè)與所述含碳電極直接或間接接觸的可變形連接元件，其中所述一個(gè)或多個(gè)可變形連接元件在低于含碳電極斷裂強(qiáng)度的應(yīng)力下變形，以適應(yīng)使用時(shí)含碳電極的膨脹。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了一種電解池，其包括一個(gè)或多個(gè)本發(fā)明的電極連接組件、容器、配電構(gòu)件、電解槽和一個(gè)或多個(gè)帶相反電荷的電極。

在又一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了一種制造含氟材料的電解池的方法或用途，包括將電能引入所述電解池中以在所述含碳電極和所述一個(gè)或多個(gè)帶相反電荷的電極處引起化學(xué)反應(yīng)而在所述含碳電極處產(chǎn)生含氟材料的步驟。

本發(fā)明提供了電解池和電極連接組件的益處，所述電極連接組件可以是陽(yáng)極連接組件，其降低碳電極(陽(yáng)極)破裂的趨勢(shì)，從而延長(zhǎng)電極的壽命，這使得能夠?qū)崿F(xiàn)更長(zhǎng)時(shí)間的電解池操作，通過(guò)減少重新構(gòu)建電解池的頻率來(lái)降低維護(hù)成本，并提高安全性。破裂的電極(陽(yáng)極)有時(shí)可導(dǎo)致電解池內(nèi)部的電短路或?qū)е码娀》烹?，從而?dǎo)致許多電解池內(nèi)部部件的損壞。本發(fā)明還提供具有良好電接觸和耐腐蝕性的電極連接組件(陽(yáng)極連接組件)。通過(guò)保持連接點(diǎn)和金屬部件“干燥”，即優(yōu)選在液體電解質(zhì)的表面上方，也可以減少與碳電極的電連接的腐蝕。在某些情況下，在相同的操作條件下，與在相當(dāng)?shù)碾娊獬刂胁僮鞯某Ｒ?guī)電極相比，使用本發(fā)明的電極連接組件制造的電解池的使用時(shí)間長(zhǎng)20％或更長(zhǎng)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的電解池的示意圖。