VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON ALKALIMETALLALKOHOLATEN IN EINER ELEKTROLYSEZELLE

Abstract

 Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Alkalimetallalkoholatlösung L₁ in einer Elektrolysezelle E.
Die Elektrolysezelle E umfasst mindestens eine Kathodenkammer K_K, mindestens eine Anodenkammer K_A und gegebenenfalls eine dazwischen liegende Mittelkammer K_M. Der Innenraum I_KK der Kathodenkammer K_K ist durch eine Trennwand W umfassend mindestens eine kationenleitende Festelektrolytkeramik F_A, beispielsweise NaSlCON, vom Innenraum I_KA der Anodenkammer K_A bzw. in den Fällen, in denen die Elektrolysezelle E eine Mittelkammer K_M umfasst, vom Innenraum I_KM der Mittelkammer K_M abgetrennt. Wenn die Elektrolysezelle E eine Mittelkammer K_M umfasst, ist der Innenraum I_KM der Mittelkammer K_M durch eine Diffusionsbarriere D, beispielsweise eine für Kationen oder Anionen selektiven Membran oder eine nicht ionenspezifische Trennwand, vom Innenraum I_KA der Anodenkammer K_A abgetrennt.
Der den Innenraum I_KA der Anodenkammer K_A begrenzende Teil O_EA der Oberseite O_E ist dabei im Wesentlichen als Ebene ausgebildet, deren Normale N_OEA einen Winkel 0° < ϕ_EA < 45° zum Schwerkraftsvektor V_s ausbildet. Außerdem ist der Ablauf A_KA dann auf der oberen Hälfte von O_EA angeordnet.
Alternativ oder zusätzlich, bevorzugt zusätzlich, ist der den Innenraum I_KK der Kathodenkammer K_K begrenzende Teil O_EK der Oberseite O_E im Wesentlichen als Ebene ausgebildet, deren Normale N_OEK einen Winkel 0° < ϕ_EK < 45° zum Schwerkraftsvektor V_s ausbildet, und der Ablauf A_KK ist dann auf der oberen Hälfte von O_EK angeordnet.
Diese Anordnung der jeweiligen Oberseiten und Abläufe führt dazu, dass die Ausbildung von Gaskissen in der Anodenkammer verhindert wird. Diese Gaskissen sind unerwünscht, da sie die Austauschflächen, die für die Elektrolyse zur Verfügung stehen, verkleinern, was wiederum zu einem erhöhten Zellwiderstand führt.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Alkalimetallalkoholatlösung L₁ in einer Elektrolysezelle E.

[0002] Die Elektrolysezelle E umfasst mindestens eine Kathodenkammer K_K, mindestens eine Anodenkammer K_A und gegebenenfalls eine dazwischen liegende Mittelkammer K_M. Der Innenraum I_KK der Kathodenkammer K_K ist durch eine Trennwand W umfassend mindestens eine kationenleitende Festelektrolytkeramik F_A, beispielsweise NaSICON, vom Innenraum I_KA der Anodenkammer K_A bzw. in den Fällen, in denen die Elektrolysezelle E eine Mittelkammer K_M umfasst, vom Innenraum I_KM der Mittelkammer K_M abgetrennt. Wenn die Elektrolysezelle E eine Mittelkammer K_M umfasst, ist der Innenraum I_KM der Mittelkammer K_M durch eine Diffusionsbarriere D, beispielsweise eine für Kationen oder Anionen selektiven Membran oder eine nicht ionenspezifische Trennwand, vom Innenraum I_KA der Anodenkammer K_A abgetrennt.

[0003] Der den Innenraum I_KA der Anodenkammer K_A begrenzende Teil O_EA der Oberseite O_E ist dabei im Wesentlichen als Ebene ausgebildet, deren Normale N_OEA einen Winkel 0° < ϕ_EA < 45° zum Schwerkraftsvektor V_S ausbildet. Außerdem ist der Ablauf A_KA dann auf der oberen Hälfte von O_EA angeordnet.

[0004] Alternativ oder zusätzlich, bevorzugt zusätzlich, ist der den Innenraum I_KK der Kathodenkammer K_K begrenzende Teil O_EK der Oberseite O_E im Wesentlichen als Ebene ausgebildet, deren Normale N_OEK einen Winkel 0° < ϕ_EK < 45° zum Schwerkraftsvektor V_S ausbildet, und der Ablauf A_KK ist dann auf der oberen Hälfte von O_EK angeordnet.

[0005] Diese Anordnung der jeweiligen Oberseiten und Abläufe führt dazu, dass die Ausbildung von Gaskissen in der Anodenkammer verhindert wird. Diese Gaskissen sind unerwünscht, da sie die Austauschflächen, die für die Elektrolyse zur Verfügung stehen, verkleinern, was wiederum zu einem erhöhten Zellwiderstand führt.

1. Hintergrund der Erfindung

[0006] Die elektrochemische Herstellung von Alkalimetallalkoholatlösungen ist ein wichtiger industrieller Prozess, der beispielsweise in der DE 103 60 758 A1, der US 2006/0226022 A1 und der WO 2005/059205 A1 beschrieben ist. Das Prinzip dieser Verfahren spiegelt sich in einer Elektrolysezelle wider, in deren Anodenkammer sich die Lösung eines Alkalisalzes, beispielsweise Kochsalz oder NaOH, und in deren Kathodenkammer sich der betreffende Alkohol oder eine niedrig konzentrierte alkoholische Lösung des betreffenden Alkalimetallalkoholates, beispielsweise Natriummethanolat oder Natriumethanolat, befinden. Die Kathodenkammer und die Anodenkammer sind durch eine das eingesetzte Alkalimetallion leitende Keramik getrennt, beispielsweise NaSICON oder ein Analogon für Kalium oder Lithium. Bei Anlegen eines Stroms entstehen an der Anode - wenn ein Chloridsalz des Alkalimetalls eingesetzt wird - Chlor und an der Kathode Wasserstoff und Alkoholationen. Der Ladungsausgleich erfolgt dadurch, dass Alkalimetallionen aus der Mittelkammer in die Kathodenkammer über die für sie selektive Keramik wandern. Der Ladungsausgleich zwischen Mittelkammer und Anodenkammer erfolgt durch die Wanderung von Kationen bei Einsatz von Kationenaustauschermembranen oder die Wanderung von Anionen bei Einsatz von Anionenaustauschermembranen oder durch Wanderung beider Ionenarten bei Einsatz nichtspezifischer Diffusionsbarrieren. Dadurch erhöht sich die Konzentration des Alkalimetallalkoholats in der Kathodenkammer und es erniedrigt sich die Konzentration der Natriumionen im Anolyten.

[0007] NaSICON-Festelektrolyte werden auch bei der elektrochemischen Herstellung anderer Verbindungen eingesetzt:
WO 2014/008410 A1 beschreibt ein elektrolytisches Verfahren zur Herstellung von elementarem Titan oder Seltenen Erden. Dieses Verfahren beruht darauf, dass Titanchlorid aus TiO₂ und der entsprechenden Säure gebildet wird, dieses mit Natriumalkoholat zum Titaniumalkoholat und NaCl reagiert und schließlich elektrolytisch zu elementarem Titan und Natriumalkoholat umgesetzt wird.

[0008] WO 2007/082092 A2 und WO 2009/059315 A1 beschreiben Verfahren zur Herstellung von Biodiesel, in denen mithilfe von über NaSICON elektrolytisch hergestellten Alkoholaten zunächst Triglyceride in die entsprechenden Alkalimetalltriglyceride überführt werden und in einem zweiten Schritt mit elektrolytisch erzeugten Protonen zu Glycerin und dem jeweiligen Alkalimetallhydroxid umgesetzt werden.

[0009] Ein Nachteil der im Stand der Technik beschriebenen Elektrolysezellen besteht allerdings darin, dass sich während der Elektrolyse Gase in den jeweiligen Kammern ausbilden, da die Abführung der Elektrolyten und Gase aus diesen nur punktuell erfolgt. Da das gebildete Gas dichtbestimmt in den Elektrolyten nach oben steigt, sammelt es sich an der gesamten Oberseite der Elektrolysezellkammern. Dieser gasbefüllte Teil der Kammer kann nicht mehr an der elektrochemischen Umsetzung teilnehmen, da durch die Gaspolster eine Isolierung der senkrecht verlaufenden Kammerwände, die gleichzeitig die Übergänge von Na⁺-Ionen sicherstellen, stattfindet. Durch die Verkleinerung der Austauschflächen steigt auch der Widerstand in der Zelle an, da dieser direkt proportional zu den Durchtrittsflächen ist. Dadurch verschlechtern sich auch die energiespezifischen Daten (Strom, Spannung) der Zelle, und der gesamte Prozess wird ökonomisch unrentabel.

[0010] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand demnach darin, ein Verfahren zur Herstellung einer Alkalimetallalkoholatlösung in einer Elektrolysezelle zur Verfügung zu stellen, das diesen Nachteil nicht aufweist.

[0011] Ein weiterer Nachteil herkömmlicher Elektrolysezellen auf diesem technischen Gebiet ergibt sich daraus, dass der Festelektrolyt nicht gegenüber wässrigen Säuren langzeitstabil ist. Dies ist insofern problematisch, als während der Elektrolyse in der Anodenkammer der pH durch Oxidationsprozesse sinkt (zum Beispiel bei Herstellung von Halogenen durch Disproportionierung oder durch Sauerstoffbildung). Diese sauren Bedingungen greifen den NaSICON-Festelektrolyten an, so dass das Verfahren nicht großtechnisch eingesetzt werden kann. Um diesem Problem zu begegnen, wurden im Stand der Technik verschiedene Ansätze beschrieben.

[0012] So wurden im Stand der Technik Dreikammerzellen vorgeschlagen. Solche sind auf dem Gebiet der Elektrodialyse bekannt, zum Beispiel US 6,221,225 B1.

[0013] WO 2012/048032 A2 und US 2010/0044242 A1 beschreiben beispielsweise elektrochemische Verfahren zur Herstellung von Natriumhypochlorit und ähnlichen Chlorverbindungen in einer solchen Dreikammerzelle. Die Kathodenkammer und die mittlere Kammer der Zelle werden dabei durch einen für Kationen durchlässigen Festelektrolyten wie zum Beispiel NaSICON getrennt. Um diesen vor dem sauren Anolyten zu schützen, wird der Mittelkammer beispielsweise Lösung aus der Kathodenkammer zugeführt. Die US 2010/0044242 A1 beschreibt außerdem in Abbildung 6, dass Lösung aus der mittleren Kammer mit Lösung aus der Anodenkammer außerhalb der Kammer vermischt werden kann, um Natriumhypochlorit zu erhalten.

[0014] Auch für die Herstellung oder Reinigung von Alkalialkoholaten wurden solche Zellen im Stand der Technik vorgeschlagen.

[0015] So beschreibt die US 5,389,211 A ein Verfahren zur Reinigung von Alkoholatlösungen, in denen eine Dreikammerzelle eingesetzt wird, in welcher die Kammern durch kationenselektive Festelektrolyten oder auch nichtionische Trennwände voneinander abgegrenzt sind. Die Mittelkammer wird als Pufferkammer eingesetzt, um zu verhindern, dass sich die gereinigte Alkoxid- oder Hydroxidlösung aus der Kathodenkammer mit der verunreinigten Lösung aus der Anodenkammer mischt.

[0016] Die DE 42 33 191 A1 beschreibt die elektrolytische Gewinnung von Alkoholaten aus Salzen und Alkoholaten in Mehrkammerzellen und Stapeln aus mehreren Zellen.

[0017] Die WO 2008/076327 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Alkalimetallalkoholaten. Dabei wird eine Dreikammerzelle eingesetzt, deren Mittelkammer mit Akalimetallalkoholat gefüllt ist (siehe zum Beispiel Absätze [0008] und [0067] der WO 2008/076327 A1). Dadurch wird der die Mittelkammer und die Kathodenkammer abtrennende Festelektrolyt vor der in der Anodenkammer befindlichen Lösung, die bei der Elektrolyse saurer wird, geschützt. Eine ähnliche Anordnung beschreibt die WO 2009/073062 A1. Diese Anordnung hat allerdings den Nachteil, dass es sich bei der Alkalimetallalkoholatlösung, welche als Pufferlösung verbraucht und kontinuierlich kontaminiert wird, um das gewünschte Produkt handelt. Ein weiterer Nachteil des in der WO 2008/076327 A1 beschriebenen Verfahrens ist, dass die Bildung des Alkoholats in der Kathodenkammer von der Diffusionsgeschwindigkeit der Alkalimetallionen durch zwei Membranen bzw. Festelektrolyten abhängt. Dies führt wiederum zu einer Verlangsamung der Bildung des Alkoholats.

[0018] Ein weiteres Problem ergibt sich durch die Geometrie der Dreikammerzelle. Die Mittelkammer ist in einer solchen Kammer durch eine Diffusionsbarriere von der Anodenkammer und durch eine ionenleitende Keramik von der Kathodenkammer abgetrennt. Während der Elektrolyse kommt es damit unvermeidlich zur Ausbildung von pH-Gradienten und zu Totvolumina. Dies kann die ionenleitende Keramik schädigen und infolgedessen den Spannungsbedarf der Elektrolyse erhöhen und/oder zum Bruch der Keramik führen.

[0019] Während dieser Effekt in der gesamten Elektrolysekammer stattfindet, ist der Abfall des pH-Wertes besonders kritisch in der Mittelkammer, da diese von der ionenleitenden Keramik begrenzt wird. An der Anode und der Kathode werden üblicherweise Gase gebildet, sodass es in diesen Kammern zumindest bis zu einem gewissen Grad zur Durchmischung kommt. Eine solche Durchmischung findet dagegen in der Mittelkammer nicht statt, so dass sich in ihr der pH-Gradient ausbildet. Dieser unerwünschte Effekt verstärkt sich dadurch, dass die Sole im Allgemeinen relativ langsam durch die Elektrolysezelle gepumpt wird.

[0020] Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand deshalb darin, ein verbessertes Verfahren zur elektrolytischen Herstellung von Alkalimetallalkoholat zur Verfügung zu stellen. Diese sollen die vorgenannten Nachteile nicht aufweisen und insbesondere einen verbesserten Schutz des Festelektrolyten vor der Ausbildung des pH-Gradienten sowie einen gegenüber dem Stand der Technik sparsameren Einsatz der Edukte gewährleisten.

2. Kurzbeschreibung der Erfindung

[0021] Die erfindungsgemäßen Aufgaben werden durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.

3. Abbildungen

3.1 Abbildungen 1 A und 1 B

[0022] Die Abbildungen 1 A (= "Fig. 1 A") und 1 B (= "Fig. 1 B") zeigen das erfindungsgemäße Verfahren anhand einer Elektrolysezelle E <1>, bei der es sich um eine Zweikammerzelle handelt. In beiden Abbildungen ist dieselbe Elektrolysezelle aus einer anderen Perspektive dargestellt. Die in Fig. 1 A dargestellte Perspektive entspricht der Perspektive bei Draufsicht auf die in Fig. 1 B gezeigte Elektrolysezelle E <1> in Richtung des Pfeiles <30>.

[0023] Die Elektrolysezelle E <1> umfasst eine Kathodenkammer K_K <12> und eine Anodenkammer K_A <11>.

[0024] Die Anodenkammer K_A <11> umfasst eine anodische Elektrode E_A <113> im Innenraum I_KA <112>, einen Zulauf Z_KK <110> und einen Ablauf A_KA <111 >.

[0025] Die Kathodenkammer K_K <12> umfasst eine kathodische Elektrode E_K <123> im Innenraum I_KK <122>, einen Zulauf Z_KK <120> und einen Ablauf A_KK <121 >.

[0026] Die Elektrolysezelle E <1> bildet seitlich und am Boden ein Behältnis B_E <800> und oben eine ebene Oberseite O_E <801> aus. Der Innenraum I_KA <112> wird durch einen Teil O_EA <8011> der Oberseite O_E <801> und einen Teil B_EA <8001> des Behältnisses B_E <800> begrenzt. Der Innenraum I_KK <122> wird durch einen Teil O_EK <8012> der Oberseite O_E <801> und einen Teil B_EK <8002> des Behältnisses B_E <800> begrenzt.

[0027] Der Innenraum I_KK <122> ist außerdem durch eine Trennwand W <16>, die aus einer Scheibe eines für Natriumionen selektiv permeablen NaSICON-Festelektrolyten F_A <18> besteht, vom Innenraum I_KA <112> abgetrennt. Der NaSlCON-Festelektrolyt F_A <18> erstreckt sich über die gesamte Tiefe und Höhe der Zweikammerzelle E. Der NaSlCON-Festelektrolyt F_A <18> kontaktiert die beiden Innenräume I_KK <122> und I_KA <112> direkt, so dass Natriumionen vom einen in den anderen Innenraum durch den NaSICON-Festelektrolyten F_A <18> geleitet werden können.

[0028] Wie aus Fig. 1 B ersichtlich, ist die Elektrolysezelle E <1> geneigt, womit auch die ebene Oberseite O_E <801> und damit auch die beiden Teile O_EA <8011> und O_EK <8012> geneigt werden. Der Winkel ϕ_EA bzw. ϕ_EK der jeweiligen Normalen N_OEA <91> und N_OEK <92> der Ebene O_EA <8011 > und O_EK <8012> gegenüber dem Vektor der Schwerkraft V_s <90> liegt dabei bei ~ 25°.Die beiden Abläufe A_KA <111> und A_KK <121> sind nahe an der höchsten Kante der Elektrolysezelle E <1> angeordnet.

[0029] Eine wässrige Lösung von Natriumchlorid L₃ <23> mit pH 10.5 wird über den Zulauf Z_KA <110> entgegen der Schwerkraft in den Innenraum I_KA <112> gegeben.

[0030] Über den Zulauf Z_KK <120> wird eine Lösung von Natriummethanolat in Methanol L₂ <22> in den Innenraum I_KK <122> geleitet.

[0031] Es wird dabei eine Spannung zwischen der kathodischen Elektrode E_K <123> und der anodischen Elektrode E_A <113> angelegt. Dadurch wird im Innenraum I_KK <122> Methanol im Elektrolyten L₂ <22> zu Methanolat und H₂ reduziert (CH₃OH + e^- →CH₃O^- + ½ H₂). Natriumionen diffundieren dabei vom Innenraum I_KA <112> durch den NaSICON-Festelektrolyten F_A <18> in den Innenraum I_KK <122>. Insgesamt erhöht sich dadurch die Konzentration von Natriummethanolat im Innenraum I_KK <122>, wodurch eine methanolische Lösung von Natriummethanolat L₁ <21> erhalten wird, deren Konzentration an Natriummethanolat gegenüber L₂ <22> erhöht ist.

[0032] Im Innenraum I_KA <112> findet die Oxidation von Chloridionen zu molekularem Chlor statt (Cl^- → ½ Cl₂ + e^-). Am Ablauf A_KA <111 > wird eine wässrige Lösung L₄ <24> erhalten, in der der Gehalt an NaCl gegenüber L₃ <23> verringert ist. Chlorgas Cl₂ bildet in Wasser gemäß der Reaktion Cl₂ + H₂O → HOCI + HCl hypochlorige Säure und Salzsäure, welche mit weiteren Wassermolekülen sauer reagieren. Die Acidität schädigt den NaSICON-Festelektrolyten F_A <18>.

[0033] Durch die schräge Neigung der Elektrolysezelle E <1> und die Anordnung der Abläufe A_KA <111> und A_KK <121> nahe an ihrem höchsten Punkt bzw. ihrer höchsten Kante werden sich bildende Gase (z.B. Chlorgas in der Anodenkammer K_A <11> und Wasserstoffgas in der Kathodenkammer K_K <12>) effizient und schnell abgeführt, wodurch die Ausbildung eines Gaskissens verhindert wird. Durch die schnelle Abführung des Chlorgases wird außerdem die säurebildende Reaktion Cl₂ + H₂O → HOCI + HCl und damit der Anstieg der Acidität in der Anodenkammer K_A <11 > eingedämmt, was wiederum die Lebensdauer des NaSICON-Festelektrolyten verlängert.

3.2 Abbildungen 2 A und 2 B

[0034] Die Abbildungen 2 A (= "Fig. 2 A") und 2 B (= "Fig. 2 B") zeigen eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Sie zeigen das erfindungsgemäße Verfahren anhand einer Elektrolysezelle E <1>, bei der es sich um eine Dreikammerzelle handelt. In beiden Abbildungen ist dieselbe Elektrolysezelle aus einer anderen Perspektive dargestellt. Die in Fig. 2 A dargestellte Perspektive entspricht der Perspektive bei Draufsicht auf die in Fig. 2 B gezeigte Elektrolysezelle E <1> in Richtung des Pfeiles <30>.

[0035] Die Dreikammerelektrolysezelle E umfasst eine Kathodenkammer K_K <12>, eine Anodenkammer K_A <11> und eine dazwischen liegenden Mittelkammer K_M <13>.

[0036] Die Anodenkammer K_A <11> umfasst eine anodische Elektrode E_A <113> im Innenraum I_KA <112>, einen Zulauf Z_KK <110> und einen Ablauf A_KA <111 >.

[0037] Die Kathodenkammer K_K <12> umfasst eine kathodische Elektrode E_K <123> im Innenraum I_KK <122>, einen Zulauf Z_KK <120> und einen Ablauf A_KK <121 >.

[0038] Die Mittelkammer K_M <13> umfasst einen Innenraum I_KM <132>, einen Zulauf Z_KM <130> und einen Ablauf A_KM <131 >. Der Innenraum I_KA <112> ist mit dem Innenraum I_KM <132> über die Verbindung V_AM <15> verbunden.

[0039] Die Elektrolysezelle E <1> bildet seitlich und am Boden ein Behältnis B_E <800> und oben eine ebene Oberseite O_E <801> aus. Der Innenraum I_KA <112> wird durch einen Teil O_EA <8011> der Oberseite O_E <801> und einen Teil B_EA <8001> des Behältnisses B_E <800> begrenzt. Der Innenraum I_KK <122> wird durch einen Teil O_EK <8012> der Oberseite O_E <801> und einen Teil B_EK <8002> des Behältnisses B_E <800> begrenzt. Der Innenraum I_KM <132> wird durch einen Teil O_EM <8013> der Oberseite O_E <801> und einen Teil B_EM <8003> des Behältnisses B_E <800> begrenzt.

[0040] Der Innenraum I_KK <122> ist außerdem durch eine Trennwand W <16>, die aus einer Scheibe eines für Natriumionen selektiv permeablen NaSICON-Festelektrolyten F_A <18> besteht, vom Innenraum I_KM <132> abgetrennt. Der NaSlCON-Festelektrolyt F_A <18> erstreckt sich über die gesamte Tiefe und Höhe der Dreikammerzelle E. Der NaSlCON-Festelektrolyt F_A <18> kontaktiert die beiden Innenräume I_KK <122> und I_KM <132> direkt, so dass Natriumionen vom einen in den anderen Innenraum durch den NaSICON-Festelektrolyten F_A <18> geleitet werden können.

[0041] Der Innenraum I_KM <132> der Mittelkammer K_M <13> ist zusätzlich wiederum durch eine Diffusionsbarriere D <14> vom Innenraum I_KA <112> der Anodenkammer K_A <11> abgetrennt. Der NaSlCON-Festelektrolyt F_A<18> und die Diffusionsbarriere D <14> erstrecken sich über die gesamte Tiefe und Höhe der Dreikammerzelle E. Die Diffusionsbarriere D <14> ist eine Kationenaustauschermembran (sulfoniertes PTFE).

[0042] In der Ausführungsform gemäß den Abbildungen 2 A und 2 B wird die Verbindung V_AM <15> außerhalb der Elektrolysezelle E ausgebildet, insbesondere durch ein Rohr oder Schlauch, dessen Material aus Gummi, Metall oder Kunststoff ausgewählt sein kann. Durch die Verbindung V_AM <15> kann Flüssigkeit aus dem Innenraum I_KM <132> der Mittelkammer K_M <13> in den Innenraum I_KA <112> der Anodenkammer K_A <11> außerhalb der Dreikammerzelle E <1> geleitet werden. Die Verbindung V_AM <15> verbindet einen Ablauf A_KM <131>, der am Boden der Mittelkammer K_M <13> das Behältnis B_E <800> der Elektrolysezelle E durchbricht, mit einem Zulauf Z_KA <110>, der am Boden der Anodenkammer K_A <11> das Behältnis B_E <800> der Elektrolysezelle E durchbricht.

[0043] Wie aus Fig. 2 B ersichtlich, ist die Elektrolysezelle E <1> geneigt, womit auch die ebene Oberseite O_E <801> und damit auch die beiden Teile O_EA <8011> und O_EK <8012> geneigt werden. Die beiden Abläufe A_KA <111> und A_KK <121> sind nahe an der höchsten Kante der Elektrolysezelle E <1> angeordnet. Der Winkel ϕ_EA bzw. ϕ_EK der jeweiligen Normalen N_OEA <91> und N_OEK <92> der Ebene O_EA <8011> und O_EK <8012> gegenüber dem Vektor der Schwerkraft V_S <90> liegt dabei bei ∼ 25°.

[0044] Eine wässrige Lösung von Natriumchlorid L₃ <23> mit pH 10.5 wird über den Zulauf Z_KM <130> gleichgerichtet mit der Schwerkraft in den Innenraum I_KM <132> der Mittelkammer K_M <13> gegeben. Durch die Verbindung V_AM <15>, die zwischen dem Ablauf A_KM <131 > der Mittelkammer K_M <13> und einem Zulauf Z_KA <110> der Anodenkammer K_A <11 > ausgebildet ist, ist der Innenraum I_KM <132> der Mittelkammer K_M <13> mit dem Innenraum I_KA <112> der Anodenkammer K_A <11> verbunden. Natriumchloridlösung L₃ <23> wird durch diese Verbindung V_AM <15> vom Innenraum I_KM <132> in den Innenraum I_KA <112> geleitet.

[0045] Über den Zulauf Z_KK <120> wird eine Lösung von Natriummethanolat in Methanol L₂ <22> in den Innenraum I_KK <122> geleitet.

[0046] Es wird dabei eine Spannung zwischen der kathodischen Elektrode E_K <123> und der anodischen Elektrode E_A <113> angelegt. Dadurch wird im Innenraum I_KK <122> Methanol im Elektrolyten L₂ <22> zu Methanolat und H₂ reduziert (CH₃OH + e^- → CH₃O^- + ½ H₂). Natriumionen diffundieren dabei vom Innenraum I_KM <132> der Mittelkammer K_M <103> durch den NaSICON-Festelektrolyten F_A <18> in den Innenraum I_KK <122>. Insgesamt erhöht sich dadurch die Konzentration von Natriummethanolat im Innenraum I_KK <122>, wodurch eine methanolische Lösung von Natriummethanolat L₁ <21> erhalten wird, deren Konzentration an Natriummethanolat gegenüber L₂ <22> erhöht ist.

[0047] Im Innenraum I_KA <112> findet die Oxidation von Chloridionen zu molekularem Chlor statt (Cl^- → ½ Cl₂ + e^-). Am Ablauf A_KA <111 > wird eine wässrige Lösung L₄ <24> erhalten, in der der Gehalt an NaCl gegenüber L₃ <23> verringert ist. Chlorgas Cl₂ bildet in Wasser gemäß der Reaktion Cl₂ + H₂O → HOCI + HCl hypochlorige Säure und Salzsäure, welche mit weiteren Wassermolekülen sauer reagieren. Die Acidität würde den NaSICON-Festelektrolyten F_A <18> schädigen, wird aber durch die Anordnung in der Dreikammerzelle auf die Anodenkammer K_A <11> begrenzt und somit in der Elektrolysezelle E vom NaSICON-Festelektrolyten F_A <18> ferngehalten. Dadurch erhöht sich dessen Lebensdauer beträchtlich.

[0048] Durch die schräge Neigung der Elektrolysezelle E <1> und die Anordnung der Abläufe A_KA <111> und A_KK <121> nahe an ihrem höchsten Punkt bzw. ihrer höchsten Kante werden sich bildende Gase (z.B. Chlorgas in der Anodenkammer K_A <11> und Wasserstoffgas in der Kathodenkammer K_K <12>) effizient und schnell abgeführt, wodurch die Ausbildung eines Gaskissens verhindert wird. Durch die schnelle Abführung des Chlorgases wird außerdem die säurebildende Reaktion Cl₂ + H₂O → HOCI + HCl und damit der Anstieg der Acidität in der Anodenkammer K_A <11 > zusätzlich eingedämmt, was wiederum die Lebensdauer des NaSICON-Festelektrolyten verlängert.

3.3 Abbildungen 3 A und 3 B

[0049] Die Abbildungen 3 A (= "Fig. 3 A") und 3 B (= "Fig. 3 B") zeigen eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dieses wird in einer Elektrolysezelle E <1> durchgeführt, welche der in Abbildungen 2 A und 2 B dargestellten Elektrolysezelle E <1> mit dem folgenden Unterschied entspricht:
Die Verbindung V_AM <15> vom Innenraum I_KM <132> der Mittelkammer K_M <13> zum Innenraum I_KA <112> der Anodenkammer K_A <11> wird nicht außerhalb, sondern durch eine Perforation in der Diffusionsbarriere D <14> innerhalb der Elektrolysezelle E <1> gebildet. Diese Perforation kann in die Diffusionsbarriere D <14> nachträglich (etwa durch Stanzen, Bohren) eingeführt werden oder schon aufgrund der Herstellung der Diffusionsbarriere D <14> von Vorneherein in dieser vorliegen (z.B. bei textilen Geweben wie Filtertüchern oder Metallgeweben).

3.4 Abbildung 4

[0050] Abbildung 4 (= "Fig. 4") zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Sie zeigt das erfindungsgemäße Verfahren anhand einer Elektrolysezelle E <1 >, bei der es sich um eine Zweikammerzelle handelt.

[0051] Diese entspricht der in Abbildungen 1 A und 1 B dargestellten Elektrolysezelle E <1> und unterscheidet sich von dieser in den geometrischen Verhältnissen. In der Elektrolysezelle E <1> gemäß Fig. 1 A und 1 B sind der Boden und die Oberseite O_E <801> im Wesentlichen parallele Ebenen und die Innenräume I_KK <122> und I_KA <112> weisen im Wesentlichen die Form eines Quaders auf. Die Neigung der Oberseite O_E <801> wird durch Neigung der gesamten Elektrolysezelle E <1> gewährleistet.

[0052] Demgegenüber ist die Oberseite O_E <801> in der Elektrolysezelle E <1> in Fig. 4 nicht parallel zum Boden, und die Innenräume I_KK <122> und I_KA <112> weisen einen trapezförmigen Durchschnitt auf. Der Winkel ϕ_EA bzw. ϕ_EK der jeweiligen Normalen N_OEA <91> und N_OEK <92> der Ebene O_EA <8011> und O_EK <8012> gegenüber dem Vektor der Schwerkraft V_s <90> liegt dabei bei ~ 11°. Dies hat den Vorteil, dass nicht die gesamte Elektrolysezelle E <1> geneigt werden muss, und dennoch die beiden Ebenen O_EA<8011> und O_EK <8012> die erfindungsgemäße Neigung ausbilden. Dies verleiht dem Aufbau eine höhere Stabilität.

3.5 Abbildung 5

[0053] Abbildung 5 (= "Fig. 5") zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Sie zeigt das erfindungsgemäße Verfahren anhand einer Elektrolysezelle E <1 >, bei der es sich um eine Dreikammerzelle handelt.

[0054] Diese entspricht der in Abbildungen 2 A und 2 B dargestellten Elektrolysezelle E <1> und unterscheidet sich von dieser in den geometrischen Verhältnissen: In der Elektrolysezelle E <1> gemäß Fig. 2 A und 2 B sind der Boden und die Oberseite O_E <801> im Wesentlichen parallele Ebenen und die Innenräume I_KK <122>, I_KA <112> und I_KM <132> weisen im Wesentlichen die Form eines Quaders auf. Die Neigung der Oberseite O_E <801 > wird durch Neigung der gesamten Elektrolysezelle E <1> gewährleistet.

[0055] Demgegenüber ist die Oberseite O_E <801> in der Elektrolysezelle E <1> in Fig. 5 nicht parallel zum Boden, und die Innenräume I_KK <122>, I_KA <112> und I_KM <132>weisen einen trapezförmigen Durchschnitt auf. Der Der Winkel ϕ_EA bzw. ϕ_EK der jeweiligen Normalen N_OEA <91> und N_OEK <92> der Ebene O_EA <8011> und O_EK <8012> gegenüber dem Vektor der Schwerkraft V_S <90> liegt dabei bei ∼ 11°.

[0056] Dies hat den Vorteil, dass nicht die gesamte Elektrolysezelle E <1> geneigt werden muss, und dennoch die beiden Ebenen O_EA <8011> und O_EK <8012> die erfindungsgemäße Neigung ausbilden. Dies verleiht dem Aufbau eine höhere Stabilität.

3.6 Abbildung 6

[0057] Abbildung 6 (= "Fig. 6") zeigt eine nicht erfindungsgemäße Ausführungsform des Verfahrens. Darin wird eine Zweikammerelektrolysezelle E wie für Abbildungen 1 A und 1 B beschrieben benutzt, bis darauf, dass diese nicht geneigt sind und die beiden Abläufe A_KA <111 > und A_KK <121 > in der Mitte der jeweiligen Ebene O_EA <8011> und O_EK <8012> angeordnet ist.

3.7 Abbildung 7

[0058] Abbildung 7 (= "Fig. 7") zeigt eine nicht erfindungsgemäße Ausführungsform des Verfahrens. Darin wird eine Dreikammerelektrolysezelle E wie für Abbildungen 2 A und 2 B beschrieben benutzt, bis darauf, dass diese nicht geneigt sind und die beiden Abläufe A_KA <111 > und A_KK <121 > in der Mitte der jeweiligen Ebene O_EA <8011> und O_EK <8012> angeordnet ist.

4. Detaillierte Beschreibung der Erfindung

4.1 Elektrolvsezelle E

[0059] Das erfindungsgemäße Verfahren wird in einer Elektrolysezelle E durchgeführt.

[0060] Die Elektrolysezelle E umfasst mindestens eine Anodenkammer K_A und mindestens eine Kathodenkammer K_K und gegebenenfalls mindestens eine dazwischen liegende Mittelkammer K_M. Dies umfasst auch Elektrolysezellen E, welche mehr als eine Anodenkammer K_A und/oder mehr als eine Kathodenkammer K_K und/oder mehr als eine Mittelkammer K_M aufweisen. Solche Elektrolysezellen, in denen diese Kammern modulartig aneinandergefügt werden, sind beispielsweise in der DD 258 143 A3 und der US 2006/0226022 A1 beschrieben.

[0061] Die Elektrolysezelle E umfasst in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Anodenkammer K_A und eine Kathodenkammer K_K und gegebenenfalls eine dazwischen liegende Mittelkammer K_M.

[0062] Die Elektrolysezelle E bildet ein Behältnis B_E und eine Oberseite O_E aus.

[0063] Das Behältnis B_E und die Oberseite O_E umfassen unabhängig voneinander insbesondere jeweils ein Material, welches aus der Gruppe bestehend aus Stahl, bevorzugt gummiertem Stahl, Kunststoff, der insbesondere aus Telene ^® (duroplastischem Polydicyclopentadien), PVC (Polyvinylchlorid), PVC-C (nachchloriertes Polyvinylchlorid), PVDF (Polyvinylidenfluorid) ausgewählt ist. Bevorzugt umfassen das Behältnis B_E und die Oberseite O_E das gleiche Material. Noch bevorzugter sind sie dann mindestens teilweise einstückig, d.h. mindestens ein Teil des Behältnisses B_E bildet mit mindestens einem Teil der Oberseite O_E ein Stück aus.

[0064] Das Behältnis B_E und die Oberseite O_E sind insbesondere für Zuläufe und Abläufe durchbrochen.

[0065] Das Behältnis B_E und die Oberseite O_E bilden die Außenwand W_A der Elektrolysezelle E aus.

[0066] Innerhalb von B_E und O_E liegen die mindestens eine Anodenkammer K_A, die mindestens eine Kathodenkammer K_K und in den Ausführungsformen, in denen die Elektrolysezelle E eine solche umfasst, die mindestens eine dazwischen liegende Mittelkammer K_M. Das Behältnis B_E bildet dabei den Boden und die Seitenwände der Elektrolysezelle E. Das Behältnis B_E bildet somit auch den Boden und die Seitenwände der von ihr umfassten mindestens einen Anodenkammer K_A, der von ihr umfassten mindestens einen Kathodenkammer K_K und in den Ausführungsformen, in denen die Elektrolysezelle E eine solche umfasst, der von ihr umfassten mindestens einen dazwischen liegenden Mittelkammer K_M. Der Boden bildet dabei bevorzugt im Wesentlichen eine Ebene aus, und jede der Seitenwände bildet jeweils noch bevorzugter ebenfalls im Wesentlichen jeweils eine Ebene aus.

[0067] Die Oberseite O_E ist insbesondere im Wesentlichen als Ebene ausgebildet. "Oberseite" impliziert, dass der tiefste Punkt der durch die Oberseite O_E definierte Ebene höher liegt (also weiter vom Erdmittelpunkt entfernt ist) als der tiefste Punkt des Behältnisses B_E.

[0068] In einer bevorzugten Ausführungsform bilden das Behältnis B_E und die Oberseite O_E im Wesentlichen einen Polyeder aus, bevorzugt einen Hexaeder, in dem mindestens ein Paar, bevorzugt mindestens zwei Paare gegenüberliegender Seiten jeweils parallel zueinander sind. Noch bevorzugter bilden das Behältnis B_E und die Oberseite O_E im Wesentlichen einen Quader aus. In dieser Ausführungsform wird die Elektrolysezelle E dann so angeordnet, dass es eine Fläche des Polyeders gibt, auf der der höchste Punkt (d.h. der am weitesten vom Erdmittelpunkt entfernte) des Polyeders liegt und deren tiefster Punkt höher liegt als der tiefste Punkt der übrigen Seiten. Diese Fläche ist in dieser Ausführungsform dann die Oberseite O_E der Elektrolysezelle E, die restlichen Flächen bilden das Behältnis B_E.

4.1.1 Kathodenkammer K_K

[0069] Die Kathodenkammer K_K weist mindestens einen Zulauf Z_KK, mindestens einen Ablauf A_KK und einen Innenraum I_KK, der eine kathodische Elektrode E_K umfasst, auf. Der Innenraum I_KK wird durch einen Teil O_EK der Oberseite O_E und einen Teil B_EK des Behältnisses B_E begrenzt. Demnach wird der Teil der Oberseite O_E, der I_KK begrenzt, als O_EK bezeichnet, und der Teil des Behältnisses B_E, der I_KK begrenzt, als B_EK bezeichnet.

[0070] Der Innenraum I_KK der Kathodenkammer K_K ist durch die Trennwand W vom Innenraum I_KA der Anodenkammer K_A abgetrennt, falls die Elektrolysezelle E keine Mittelkammer K_M umfasst.

[0071] Die Trennwand W umfasst mindestens eine alkalikationenleitende Festelektrolytkeramik F_A, und die von der Trennwand W umfassten alkalikationenleitenden Festelektrolytkeramiken kontaktieren dann den Innenraum I_KK und den Innenraum I_KA direkt.

[0072] Der Innenraum I_KK der Kathodenkammer K_K ist durch die Trennwand W vom Innenraum I_KM der Mittelkammer K_M abgetrennt, falls die Elektrolysezelle E mindestens eine Mittelkammer K_M umfasst.

[0073] Die von der Trennwand W umfassten alkalikationenleitenden Festelektrolytkeramiken kontaktieren dann den Innenraum I_KK und den Innenraum I_KM direkt.

4.1.1.1 Trennwand W

[0074] Die Trennwand W umfasst mindestens eine alkalikationenleitende Festelektrolytkeramik F_A. Das Merkmal "Trennwand" bedeutet, dass die Trennwand W flüssigkeitsdicht ist. Dies bedeutet insbesondere, dass die Trennwand entweder eine alkalikationenleitende Festelektrolytkeramik umfasst, die Innenraum I_KK und den Innenraum I_KM bzw. den Innenraum I_KK und den Innenraum I_KA vollständig voneinander abtrennt, oder mehrere alkalikationenleitende Festelektrolytkeramiken umfasst, die z.B. lückenlos aneinander anschließen.

[0075] Jedenfalls existieren in der Trennwand W keine Lücken, durch welche wässrige Lösung, alkoholische Lösung, Alkohol oder Wasser von I_KK in I_AK bzw. von I_KK in I_MK oder umgekehrt fließen könnte.

[0076] "Direkt kontaktieren" bedeutet für die Anordnung der alkalikationenleitenden Festelektrolytkeramiken in der Trennwand W und in der Elektrolysezelle E, dass es für jeden von der Trennwand W umfasste alkalikationenleitende Festelektrolytkeramik einen gedachten Weg von der I_KK in I_AK bzw. von I_KK in I_MK gibt, der vollständig durch die jeweilige alkalikationenleitende Festelektrolytkeramik führt.

4.1.1.2 Alkalikationenleitende Festelektrolytkeramik

[0077] Als von der Trennwand W umfasste mindestens eine alkalikationenleitende Festelektrolytkeramik F_A kommt jeder Festelektrolyt in Frage, durch welchen Kationen, insbesondere Alkalikationen, noch bevorzugter Natriumkationen, von I_AK in I_KK bzw. von I_MK in I_KK transportiert werden können. Solche Festelektrolyten sind dem Fachmann bekannt und beispielsweise in der DE 10 2015 013 155 A1, in der WO 2012/048032 A2, Absätze [0035], [0039], [0040], in der US 2010/0044242 A1, Absätze [0040], [0041], in der DE 10360758 A1, Absätze [014] bis [025] beschrieben. Sie werden kommerziell unter dem Namen NaSICON, LiSICON, KSICON vertrieben. Ein natriumionenleitender Festelektrolyt ist bevorzugt, wobei dieser noch bevorzugter eine NaSICON-Struktur aufweist. Erfindungsgemäß einsetzbare NaSICON-Strukturen sind außerdem beispielsweise beschrieben von N. Anantharamulu, K. Koteswara Rao, G. Rambabu, B. Vijaya Kumar, Velchuri Radha, M. Vithal, J Mater Sci 2011, 46, 2821-2837.

[0078] In einer bevorzugten Ausführungsform der Trennwand W weisen die von der Trennwand W umfassten alkalikationenleitende Festelektrolytkeramiken unabhängig voneinander eine NaSICON-Strukturder Formel M^I_1+2w+x-y+z M^II_w MI^II_x Zr^IV _2-w-x-y M^V_y (SiO₄)_z (PO₄)_3-z auf.

[0079] M^I ist dabei ausgewählt aus Na⁺, Li⁺, bevorzugt Na⁺.

[0080] M^II ist dabei ein zweiwertiges Metallkation, bevorzugt ausgewählt aus Mg²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺, CO²⁺, Ni²⁺, bevorzugter ausgewählt aus Co²⁺, Ni²⁺.

[0081] M^III ist dabei ein dreiwertiges Metallkation, bevorzugt ausgewählt aus Al³⁺, Ga³⁺, Sc³⁺, La³⁺, Y³⁺, Gd³⁺, Sm³⁺, Lu³⁺, Fe³⁺, Cr³⁺, bevorzugter ausgewählt aus Sc³⁺, La³⁺, Y³⁺, Gd³⁺, Sm³⁺, besonders bevorzugt ausgewählt aus Sc³⁺, Y³⁺, La³⁺.

[0082] M^V ist dabei ein fünfwertiges Metallkation, bevorzugt ausgewählt aus V⁵⁺, Nb⁵⁺, Ta⁵⁺.

[0083] Die römischen Indizes I, II, III, IV, V geben die Oxidationszahlen an, in der die jeweiligen Metallkationen vorliegen.

[0084] w, x, y, z sind reelle Zahlen, wobei gilt, dass 0 ≤ x < 2, 0 ≤ y < 2, 0 ≤ w < 2, 0 ≤ z < 3, und wobei w, x, y, z so gewählt werden, dass gilt 1 + 2w + x - y + z ≥ 0 und 2 - w - x - y ≥ 0.

[0085] Die NaSICON-Struktur hat dabei erfindungsgemäß noch bevorzugter eine Struktur der Formel Na_{(1 +v})Zr₂Si_vP_(3-v)O₁₂, wobei v eine reelle Zahl ist, für die 0 ≤ v ≤ 3 gilt. Am bevorzugtesten gilt v = 2.4

[0086] In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weisen die von der Trennwand W umfassten alkalikationenleitenden Festelektrolytkeramiken die gleiche Struktur auf.

4.1.1.3 Kathodische Elektrode E_K

[0087] Die Kathodenkammer K_K umfasst einen Innenraum I_KK, der wiederum eine kathodische Elektrode E_K umfasst. Als solche kathodische Elektrode E_K kommt jede dem Fachmann geläufige Elektrode in Frage, die unter den Bedingungen des erfindungsgemäßen Verfahrens stabil ist. Solche sind insbesondere in WO 2014/008410 A1, Absatz [025] oder DE 10360758 A1, Absatz [030] beschrieben. Diese Elektrode E_K kann aus der Gruppe bestehend aus Maschenwolle, dreidimensionale Matrixstruktur oder "Kugeln" ausgewählt sein. Die kathodische Elektrode E_K umfasst insbesondere ein Material, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Stahl, Nickel, Kupfer, Platin, platinierte Metalle, Palladium, auf Kohle geträgertes Palladium, Titan. Bevorzugt umfasst E_K Nickel.

4.1.1.4 Zulauf Z_KK und Ablauf A_KK

[0088] Die Kathodenkammer K_K umfasst auch einen Zulauf Z_KK und einen Ablauf A_KK. Dies ermöglicht es, dem Innenraum I_KK der Kathodenkammer K_K Flüssigkeit, wie zum Beispiel die Lösung L₂, zuzufügen und darin befindliche Flüssigkeit, wie zum Beispiel die Lösung L₁, zu entfernen. Der Zulauf Z_KK und der Ablauf A_KK sind dabei so an der Kathodenkammer K_K angebracht, dass die Flüssigkeit beim Durchströmen des Innenraums I_KK der Kathodenkammer K_K die kathodische Elektrode E_K kontaktiert. Dies ist die Voraussetzung dafür, dass bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens am Ablauf A_KK die Lösung L₁ erhalten wird, wenn die Lösung L₂ eines Alkalialkoholats XOR im Alkohol ROH durch den Innenraum I_KK der Kathodenkammer K_K geleitet wird.

[0089] Der Zulauf Z_KK und der Ablauf A_KK können nach dem Fachmann bekannten Verfahren an der Elektrolysezelle E angebracht werden, z.B. durch Bohrungen im Behältnisteil B_EK bzw. dem Oberseitenteil O_EK und entsprechenden Anschlüssen (Ventilen), die die Ein- bzw. Ausleitung von Flüssigkeit vereinfachen.

[0090] Erfindungswesentlich ist der Ablauf A_KK an O_EK angeordnet.

4.1.2 Anodenkammer KA

[0091] Die Anodenkammer K_A weist mindestens einen Zulauf Z_KA, mindestens einen Ablauf A_KA und einem Innenraum I_KA, der eine anodische Elektrode E_A umfasst, auf. Der Innenraum I_KA wird durch einen Teil O_EA der Oberseite O_E und einen Teil B_EA des Behältnisses B_E begrenzt. Demnach wird der Teil der Oberseite O_E, der I_KA begrenzt, als O_EA bezeichnet, und der Teil des Behältnisses B_E, der I_KA begrenzt, als B_EA bezeichnet.

[0092] Der Innenraum I_KA der Anodenkammer K_A ist, falls die Elektrolysezelle E eine Mittelkammer K_M umfasst, durch eine Diffusionsbarriere D vom Innenraum I_KM der Mittelkammer K_M abgetrennt. Falls die Elektrolysezelle E keine Mittelkammer K_M umfasst, ist der Innenraum I_KA der Anodenkammer K durch die Trennwand W vom Innenraum I_KK der Kathodenkammer K_K abgetrennt.

4.1.2.1 Anodische Elektrode E_A

[0093] Die Anodenkammer K_A umfasst einen Innenraum I_KA, der wiederum eine anodische Elektrode E_A umfasst. Als solche anodische Elektrode E_A kommt jede dem Fachmann geläufige Elektrode in Frage, die unter den Bedingungen des erfindungsgemäßen Verfahrens nach dem dritten Aspekt der Erfindung stabil ist. Solche sind insbesondere in WO 2014/008410 A1, Absatz [024] oder DE 10360758 A1, Absatz [031] beschrieben. Diese Elektrode E_A kann aus einer Schicht bestehen oder aus mehreren planen, zueinander parallelen Schichten bestehen, die jeweils perforiert oder expandiert sein können. Die anodische Elektrode E_A umfasst insbesondere ein Material, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Rutheniumoxid, Iridiumoxid, Nickel, Kobalt, Nickelwolframat, Nickeltitanat, Edelmetalle wie insbesondere Platin, welches auf einem Träger wie Titan oder Kovar^® (einer Eisen/Nickel/Kobalt-Legierung, in denen die einzelnen Anteile bevorzugt wie folgt sind: 54 Massen-% Eisen, 29 Massen-% Nickel, 17 Massen-% Cobalt) geträgert ist. Weitere mögliche Anodenmaterialien sind insbesondere Edelstahl, Blei, Graphit, Wolframcarbid, Titandiborid. Bevorzugt umfasst die anodische Elektrode E_A eine mit Rutheniumoxid/ Iridiumoxid beschichtete Titananode (RuO₂ + IrO₂ / Ti).

4.1.2.2 Zulauf Z_KA und Ablauf A_KA

[0094] Die Anodenkammer K_A umfasst auch einen Zulauf Z_KA und einen Ablauf A_KA. Dies ermöglicht es, dem Innenraum I_KA der Anodenkammer K_A Flüssigkeit, wie zum Beispiel die Lösung L₃, zuzufügen und darin befindliche Flüssigkeit, wie zum Beispiel die Lösung L₄, zu entfernen. Der Zulauf Z_KA und der Ablauf A_KA sind dabei so an der Anodenkammer K_A angebracht, dass die Flüssigkeit beim Durchströmen des Innenraums I_KA der Anodenkammer K_A die anodische Elektrode E_A kontaktiert. Dies ist die Voraussetzung dafür, dass bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens am Ablauf A_KA die Lösung L₄ erhalten wird, wenn die Lösung L₃ eines Salzes S durch den Innenraum I_KA der Anodenkammer K_A geleitet wird.

[0095] Der Zulauf Z_KA und der Ablauf A_KA können nach dem Fachmann bekannten Verfahren an der Elektrolysezelle E angebracht werden, z.B. durch Bohrungen im Behältnisteil B_EA bzw. dem Oberseitenteil O_EA und entsprechenden Anschlüssen (Ventilen), die die Ein- bzw. Ausleitung von Flüssigkeit vereinfachen. Der Zulauf Z_KA kann in bestimmten Ausführungsformen, in denen die Elektrolysezelle E eine Mittelkammer K_M umfasst, auch innerhalb der Elektrolysezelle liegen, beispielsweise als Perforation in der Diffusionsbarriere D.

[0096] Erfindungswesentlich ist der Ablauf A_KA an O_EA angeordnet.

4.1.3 Optionale Mittelkammer K_M

[0097] Die Elektrolysezelle E weist bevorzugt eine Mittelkammer K_M auf. Die optionale Mittelkammer K_M liegt zwischen Kathodenkammer K_K und Anodenkammer K_A. Sie umfasst mindestens einen Zulauf Z_KM, mindestens einen Ablauf A_KM und einen Innenraum I_KM. Der Innenraum I_KM wird durch einen Teil O_EM der Oberseite O_E und einen Teil B_EM des Behältnisses B_E begrenzt. Demnach wird der Teil der Oberseite O_E, der I_KM begrenzt, als O_EM bezeichnet, und der Teil des Behältnisses B_E, der I_KM begrenzt, als B_EM bezeichnet.

[0098] Der Innenraum I_KA der Anodenkammer K_A ist, falls die Elektrolysezelle E eine Mittelkammer K_M umfasst, durch eine Diffusionsbarriere D vom Innenraum I_KM der Mittelkammer K_M abgetrennt. A_KM ist dann außerdem durch eine Verbindung V_AM mit dem Zulauf Z_KA verbunden, so dass durch die Verbindung V_AM Flüssigkeit aus I_KM in I_KA geleitet werden kann.

4.1.3.1 Diffusionsbarriere D

[0099] Der Innenraum I_KM der optionalen Mittelkammer K_M ist durch eine Diffusionsbarriere D vom Innenraum I_KA derAnodenkammer K_A abgetrennt und durch die Trennwand W vom Innenraum I_KK der Kathodenkammer K_K abgetrennt.

[0100] Für die Diffusionsbarriere D kann jedes Material genutzt werden, welches unter den Bedingungen des erfindungsgemäßen Verfahrens stabil ist und den Übergang von Protonen von der im Innenraum I_KA derAnodenkammer K_A befindlichen Flüssigkeit in Innenraum I_KM der optionalen Mittelkammer K_M verhindert oder verlangsamt.

[0101] Als Diffusionsbarriere D wird insbesondere eine nicht ionenspezifische Trennwand oder eine für spezifische Ionen durchlässige Membran verwendet. Bevorzugt handelt es sich bei der Diffusionsbarriere D um eine nicht ionenspezifische Trennwand.

[0102] Das Material der nicht ionenspezifischen Trennwand ist insbesondere aus der Gruppe bestehend aus Gewebe, wobei es sich insbesondere um textiles Gewebe oder Metallgewebe handelt, Glas, wobei es sich insbesondere um gesintertes Glas oder Glasfritten handelt, Keramik, insbesondere keramische Fritten, Membrandiaphragmas ausgewählt, und ist besonders bevorzugt ein textiles Gewebe oder Metallgewebe, besonders bevorzugt ein textiles Gewebe. Das textile Gewebe umfasst bevorzugt Kunststoff, bevorzugter einen Kunststoff ausgewählt aus PVC, PVC-C, Polyvinylether ("PVE"), Polytetrafluorethylen ("PTFE").

[0103] Handelt es sich bei der Diffusionsbarriere D um eine "für spezifische Ionen durchlässige Membran", so bedeutet dies erfindungsgemäß, dass die jeweilige Membran die Diffusion bestimmter Ionen durch sie hindurch gegenüber anderen Ionen begünstigt. Insbesondere sind damit Membranen gemeint, die die Diffusion durch sie hindurch von Ionen einer bestimmten Ladungsart gegenüber entgegengesetzt geladenen Ionen begünstigen. Noch bevorzugter begünstigen für spezifische Ionen durchlässige Membranen außerdem die Diffusion bestimmter Ionen mit einer Ladungsart gegenüber anderen Ionen derselben Ladungsart durch sie hindurch.

[0104] Ist die Diffusionsbarriere D eine "für spezifische Ionen durchlässige Membran", handelt es sich insbesondere bei der Diffusionsbarriere D um eine anionenleitende Membran oder um eine kationenleitende Membran.

[0105] Anionenleitende Membranen sind erfindungsgemäß solche, die selektiv Anionen, bevorzugt selektiv bestimmte Anionen leiten. In anderen Worten begünstigen sie die Diffusion von Anionen durch sie hindurch gegenüber der von Kationen, insbesondere gegenüber Protonen, noch bevorzugter begünstigen sie zusätzlich die Diffusion von bestimmten Anionen durch sie hindurch gegenüber der Diffusion anderer Anionen durch sie hindurch.

[0106] Kationenleitende Membranen sind erfindungsgemäß solche, die selektiv Kationen, bevorzugt selektiv bestimmte Kationen leiten. In anderen Worten begünstigen sie die Diffusion von Kationen durch sie hindurch gegenüber der von Anionen, noch bevorzugter begünstigen sie zusätzlich die Diffusion von bestimmten Kationen, durch sie hindurch gegenüber der Diffusion anderer Kationen durch sie hindurch, noch viel mehr bevorzugter von Kationen, bei denen es sich nicht um Protonen handelt, noch bevorzugter um Natriumkationen handelt, gegenüber Protonen.

[0107] "Begünstigen die Diffusion bestimmter Ionen X gegenüber der Diffusion anderer Ionen Y" bedeutet insbesondere, dass der Diffusionskoeffizient (Einheit m²/s) der Ionenart X bei einer gegebenen Temperatur für die betreffende Membran um den Faktor 10, bevorzugt 100, bevorzugt 1000 höher ist als der Diffusionskoeffizient der Ionenart Y für die betreffende Membran.

[0108] Handelt es sich bei der Diffusionsbarriere D um eine "für spezifische Ionen durchlässige Membran", so ist es bevorzugt eine anionenleitende Membran, denn diese verhindert besonders gut die Diffusion von Protonen aus der Anodenkammer K_A in die Mittelkammer K_M.

[0109] Als anionenleitende Membran wird insbesondere eine solche eingesetzt, die für die vom Salz S umfassten Anionen selektiv ist. Solche Membranen sind dem Fachmann bekannt und können von ihm eingesetzt werden.

[0110] Das Salz S ist bevorzugt ein Halogenid, Sulfat, Sulfit, Nitrat, Hydrogencarbonat oder Carbonat von X, noch bevorzugter ein Halogenid.

[0111] Halogenide sind Fluoride, Chloride, Bromide, Jodide. Das bevorzugteste Halogenid ist Chlorid.

[0112] Bevorzugt wird als anionenleitende Membran eine für Halogenide, bevorzugt Chlorid, selektive Membran eingesetzt.

[0113] Anionenleitende Membranen sind beispielsweise von M.A. Hickner, A.M. Herring, E.B. Coughlin, Journal of Polymer Science, Part B: Polymer Physics 2013, 51, 1727-1735, von C.G. Arges, V. Ramani, P.N. Pintauro, Electrochemical Society Interface 2010, 19, 31-35,
in WO 2007/048712 A2 sowie auf Seite 181 des Lehrbuchs von Volkmar M. Schmidt Elektrochemische Verfahrenstechnik: Grundlagen, Reaktionstechnik, Prozessoptimierung, 1. Auflage (8. Oktober 2003) beschrieben.

[0114] Noch bevorzugter werden demnach als anionenleitende Membran organische Polymere, welche insbesondere aus Polyethylen, Polybenzimidazolen, Polyetherketonen, Polystyrol, Polypropylen oder fluorierten Membranen wie Polyperfluorethylen, bevorzugt Polystyrol, ausgewählt sind, eingesetzt, wobei diese kovalent gebunden funktionelle Gruppen ausgewählt aus -NH₃⁺, -NRH₂⁺, -NR₃⁺, =NR⁺;-PR₃⁺, wobei es sich bei R um Alkylgruppen mit bevorzugt 1 bis 20 Kohlenstoffatomen handelt, oder andere kationische Gruppen aufweisen. Bevorzugt weisen sie kovalent gebundene funktionelle Gruppen, ausgewählt aus -NH₃⁺, -NRH₂⁺, -NR₃⁺, bevorzugter ausgewählt aus -NH₃⁺, -NR₃⁺, noch bevorzugter -NR₃⁺, auf.

[0115] Wenn die Diffusionsbarriere D eine kationenleitende Membran ist, handelt es sich insbesondere um eine Membran, die für die vom Salz S umfassten Kationen selektiv ist. Noch bevorzugter ist die Diffusionsbarriere D eine alkalikationenleitende Membran, noch mehr bevorzugter eine kalium- und/oder natriumionenleitende Membran, am bevorzugtesten eine natriumionenleitende Membran.

[0116] Kationenleitende Membranen sind beispielsweise beschrieben auf Seite 181 des Lehrbuchs von Volkmar M. Schmidt Elektrochemische Verfahrenstechnik: Grundlagen, Reaktionstechnik, Prozessoptimierung, 1. Auflage (8. Oktober 2003).

[0117] Noch bevorzugter werden demnach als kationenleitende Membran organische Polymere, welche insbesondere aus Polyethylen, Polybenzimidazolen, Polyetherketonen, Polystyrol, Polypropylen oder fluorierten Membranen wie Polyperfluorethylen, bevorzugt Polystyrol, Polyperfluorethylen, ausgewählt sind, eingesetzt, wobei diese kovalent gebunden funktionelle Gruppen ausgewählt aus -SO₃^-, -COO^-, -PO₃^2-, -PO₂H^-, bevorzugt -SO₃^-, (beschrieben in DE 10 2010 062 804 A1, US 4,831,146) tragen.

[0118] Dies kann zum Beispiel ein sulfoniertes Polyperfluorethylen (Nafion ^® mit CAS-Nummer: 31175-20-9) sein. Diese sind dem Fachmann beispielsweise aus der WO 2008/076327 A1, Absatz [058], US 2010/0044242 A1, Absatz [0042] oder der US 2016/ 0204459 A1 bekannt und unter dem Handelsnamen Nafion ^®, Aciplex ^® F, Flemion ^®, Neosepta ^®, Ultrex ^®, PC-SK ^® erwerblich. Neosepta^®-Membranen sind beispielsweise beschrieben von S.A. Mareev, D.Yu. Butylskii, N.D. Pismenskaya, C. Larchet, L. Dammak, V.V. Nikonenko, Journal of Membrane Science 2018, 563, 768-776.

[0119] Wird eine kationenleitende Membran als Diffusionsbarriere D eingesetzt, kann dies beispielsweise ein mit Sulfonsäuregruppen funktionalisiertes Polymer, insbesondere der folgenden Formel P_NAFION, wobei n und m unabhängig voneinander eine ganze Zahl von 1 bis 10⁶, bevorzugter eine ganze Zahl von 10 bis 10⁵, noch bevorzugter eine ganze Zahl von 10² bis 10⁴ ist, sein.

4.1.3.2 Zulauf Z_KM und Ablauf A_KM

[0120] Die optionale Mittelkammer K_M umfasst auch einen Zulauf Z_KM und einen Ablauf A_KM. Dies ermöglicht es, dem Innenraum I_KM der Mittelkammer K_M Flüssigkeit, wie zum Beispiel die Lösung L₃, zuzufügen, und darin befindliche Flüssigkeit, wie zum Beispiel die Lösung L₃, in die Anodenkammer K_A zu überführen.

[0121] Der Zulauf Z_KM und der Ablauf A_KM können nach dem Fachmann bekannten Verfahren an der Elektrolysezelle E angebracht werden, z.B. durch Bohrungen im Behältnisteil B_EM bzw. dem Oberseitenteil O_EM und entsprechenden Anschlüssen (Ventilen), die die Ein- bzw. Ausleitung von Flüssigkeit vereinfachen. Der Ablauf A_KM kann auch innerhalb der Elektrolysezelle liegen, beispielsweise als Perforation in der Diffusionsbarriere D.

4.1.3.3 Verbindung V_AM

[0122] In der Elektrolysezelle E ist der Ablauf A_KM durch eine Verbindung V_AM mit dem Zulauf Z_KA so verbunden, dass durch die Verbindung V_AM Flüssigkeit aus I_KM in I_KA geleitet werden kann,
Die Verbindung V_AM kann innerhalb der Elektrolysezelle E und/oder außerhalb der Elektrolysezelle E ausgebildet sein, und ist bevorzugt innerhalb der Elektrolysezelle ausgebildet.

1) Ist die Verbindung V_AM innerhalb der Elektrolysezelle E ausgebildet, wird sie bevorzugt durch mindestens eine Perforation in der Diffusionsbarriere D gebildet. Diese Ausführungsform ist insbesondere dann bevorzugt, wenn als Diffusionsbarriere D eine nicht ionenspezifische Trennwand, insbesondere ein Metallgewebe oder textiles Gewebe eingesetzt wird. Dieses fungiert als Diffusionsbarriere D und weist aufgrund der Webeigenschaften von vorneherein Perforationen und Lücken auf, die als Verbindung V_AM fungieren.

2) Die folgend beschriebene Ausführungsform ist insbesondere dann bevorzugt, wenn als Diffusionsbarriere D eine für spezifische Ionen durchlässige Membran eingesetzt wird: In dieser Ausführungsform ist die Verbindung V_AM außerhalb der Elektrolysezelle E ausgebildet, wobei sie bevorzugt durch eine außerhalb der Elektrolysezelle E verlaufende Verbindung von A_KM und Z_KA gebildet wird, insbesondere dadurch, dass vom Innenraum der Mittelkammer I_KM ein Ablauf A_KM, bevorzugt am Boden der Mittelkammer K_M, wobei noch bevorzugter der Zulauf Z_KM an der Oberseite O_EM der Mittelkammer K_M ist, gebildet wird, und ein Zulauf Z_KA in den Innenraum I_KA der Anodenkammer K_A, bevorzugt am Boden der Anodenkammer K_A, gebildet wird, und diese durch eine Leitung, beispielsweise ein Rohr oder ein Schlauch, der bevorzugt ein Material ausgewählt aus Gummi, Kunststoff umfasst, verbunden sind. Dies ist insbesondere deshalb vorteilhaft, da der Ablauf A_KA erfindungsgemäß an der Oberseite O_EA der Anodenkammer K_A ausgebildet.
"Ablauf A_KM am Boden der Mittelkammer K_M" bedeutet insbesondere, dass der Ablauf A_KM so an der Elektrolysezelle E angebracht ist, dass die Lösung L₃ die Mittelkammer K_M gleichgerichtet mit der Schwerkraft verlässt.
"Zulauf Z_KA am Boden der Anodenkammer K_A" bedeutet insbesondere, dass der Zulauf Z_KA so an der Elektrolysezelle E angebracht ist, dass die Lösung L₃ in die Anodenkammer K_A entgegen der Schwerkraft eintritt.
"Zulauf Z_KM an der Oberseite O_EM der Mittelkammer K_M" bedeutet insbesondere, dass der Zulauf Z_KM so an der Elektrolysezelle E angebracht ist, dass die Lösung L₃ in die Mittelkammer K_M gleichgerichtet mit der Schwerkraft eintritt.
"Ablauf A_KA an der Oberseite O_EA der Anodenkammer K_A" bedeutet insbesondere, dass der Ablauf A_KA so an der Elektrolysezelle E angebracht ist, dass die Lösung L₄ die Anodenkammer K_A entgegen der Schwerkraft verlässt.
Diese Ausführungsform ist dabei besonders vorteilhaft und deshalb bevorzugt, wenn der Ablauf A_KM durch den Boden der Mittelkammer K_M, und der Zulauf Z_KA durch den Boden der Anodenkammer K_A, ausgebildet wird. Durch diese Anordnung ist es besonders einfach möglich, in der Anodenkammer K_A gebildete Gase mit L₄ aus der Anodenkammer K_A abzuleiten, um diese dann weiter abzutrennen.
Wenn die Verbindung V_AM außerhalb der Elektrolysezelle E ausgebildet ist, sind insbesondere Z_KM und A_KM an gegenüberliegenden Seiten der Außenwand W_A der Mittelkammer K_M angeordnet (also z.B. Z_KM am Boden und A_KM an der Oberseite O_EM der Elektrolysezelle E oder umgekehrt) und Z_KA und A_KA an gegenüberliegenden Seiten der Außenwand W_A der Anodenkammer K_A angeordnet (also Z_KA am Boden und A_KA an der Oberseite O_EA der Elektrolysezelle E), wie es insbesondere in Abbildungen 2 A, 2 B und 5 gezeigt ist. Durch diese Geometrie muss L₃ die beiden Kammern K_M und K_A durchströmen. Dabei können Z_KA und Z_KM an derselben Seite der Elektrolysezelle E ausgebildet sein, wobei dann automatisch auch A_KM und A_KA an derselben Seite der Elektrolysezelle E ausgebildet sind. Alternativ können Z_KA und Z_KM an gegenüberliegenden Seiten der Elektrolysezelle E ausgebildet sein, wobei dann automatisch auch A_KM und A_KA an gegenüberliegenden Seiten der Elektrolysezelle E ausgebildet sind.

3) Wenn die Verbindung V_AM innerhalb der Elektrolysezelle E ausgebildet ist, kann dies insbesondere dadurch gewährleistet werden, dass eine Seite ("Seite A") der Elektrolysezelle E, bei der es sich um die Oberseite O_E handelt, den Zulauf Z_KM und den Ablauf A_KA umfasst und die Diffusionsbarriere D ausgehend von dieser Seite ("Seite A") sich in die Elektrolysezelle E erstreckt, aber nicht ganz bis zur der der Seite A gegenüberliegenden Seite ("Seite B") der Elektrolysezelle E, bei der es dann sich um den Boden der Elektrolysezelle E handelt, reicht und dabei 50 % oder mehr der Höhe der Dreikammerzelle E, bevorzugter 60 % bis 99 % der Höhe der Dreikammerzelle E, noch bevorzugter 70 % bis 95 % der Höhe der Dreikammerzelle E, noch mehr bevorzugter 80 % bis 90 % der Höhe der Dreikammerzelle E, noch viel mehr bevorzugter 85 % der Höhe der Dreikammerzelle E durchspannt. Dadurch dass die Diffusionsbarriere D die Seite B der Dreikammerzelle E nicht berührt, entsteht so ein Spalt zwischen Diffusionsbarriere D und dem Behältnis B_E auf Seite B der Dreikammerzelle E. Der Spalt ist dann die Verbindung V_AM. Durch diese Geometrie muss L₃ die beiden Kammern K_M und K_A vollständig durchströmen.

[0123] Diese Ausführungsformen gewährleisten am besten, dass am säureempfindlichen Festelektrolyten die wässrige Salzlösung L₃ vorbeiströmt, bevor diese mit der anodischen Elektrode E_A in Kontakt kommt, wodurch es zur Bildung von Säuren kommt.

[0124] "Boden der Elektrolysezelle E" ist erfindungsgemäß die Seite der Elektrolysezelle E, durch die eine Lösung (z.B. L₃ bei A_KM in Abbildung 2 A) gleichgerichtet mit der Schwerkraft aus der Elektrolysezelle E austritt bzw. die Seite der Elektrolysezelle E, durch die eine Lösung (z.B. L₂ bei Z_KK in Abbildungen 1 A, 2 A und 3 A und L₃ bei A_KA in Abbildungen 1 A und 2 A) der Elektrolysezelle E entgegen der Schwerkraft zugeführt wird.

[0125] "Oberseite O_E der Elektrolysezelle E" ist erfindungsgemäß die Seite der Elektrolysezelle E, durch die eine Lösung (z.B. L₄ bei A_KA und L₁ bei A_KK in allen Abbildungen) entgegen der Schwerkraft aus der Elektrolysezelle E austritt bzw. die Seite der Elektrolysezelle E, durch die eine Lösung (z.B. L₃ bei Z_KM in Abbildungen 2 A, 2 B, 3 A, 3 B und 4) der Elektrolysezelle E gleichgerichtet mit der Schwerkraft zugeführt wird.

4.1.4 Anordnung der Trennwand W in der Elektrolysezelle E

[0126] Die Trennwand W ist in der Elektrolysezelle E so angeordnet, dass die von der Trennwand W umfassten alkalikationenleitenden Festelektrolytkeramiken den Innenraum I_KK auf der Seite S_KK direkt kontaktieren.

[0127] Dies bedeutet, dass die Trennwand W in der Elektrolysezelle E so angeordnet ist, dass, wenn der Innenraum I_KK auf der Seite S_KK mit Lösung L₄ vollständig gefüllt ist, dass die Lösung L₄ alle von der der Trennwand W umfassten alkalikationenleitenden Festelektrolytkeramiken kontaktiert, so dass Ionen (z.B. Alkalimetallionen wie Natrium, Lithium) aus allen alkalikationenleitenden Festelektrolytkeramiken , die von der Trennwand W umfasst werden, in die Lösung L₄ eintreten können.

[0128] Zusätzlich ist die Trennwand W in den Ausführungsformen, in denen die Elektrolysezelle E keine Mittelkammer K_M umfasst, so in der Elektrolysezelle E angeordnet, dass die von der Trennwand W umfassten alkalikationenleitenden Festelektrolytkeramiken den Innenraum I_KA direkt kontaktieren.

[0129] Dies bedeutet Folgendes: in den Ausführungsformen, in denen die Elektrolysezelle E keine Mittelkammer K_M umfasst, grenzt die Trennwand W an den Innenraum I_KA der Anodenkammer K_A. In diesen Ausführungsformen ist die Trennwand W in der Elektrolysezelle E so angeordnet, dass, wenn der Innenraum I_KA mit Lösung L₃ vollständig gefüllt ist, dass die Lösung L₃ dann alle von der der Trennwand W umfassten alkalikationenleitenden Festelektrolytkeramiken kontaktiert, so dass Ionen (z.B. Alkalimetallionen wie Natrium, Lithium) aus der Lösung L₃ in jede alkalikationenleitenden Festelektrolytkeramik, die von der Trennwand W umfasst ist, eintreten können.

[0130] Zusätzlich ist die Trennwand W in den Fällen, in denen die Elektrolysezelle E mindestens eine Mittelkammer K_M umfasst, so in der Elektrolysezelle E angeordnet, dass die von der Trennwand W umfassten alkalikationenleitenden Festelektrolytkeramikenden Innenraum I_KM direkt kontaktieren.

[0131] Dies bedeutet Folgendes: in den Ausführungsformen, in denen die Elektrolysezelle E mindestens eine Mittelkammer K_M umfasst, grenzt die Trennwand W an den Innenraum I_KM der Mittelkammer K_M. In diesen Ausführungsformen ist die Trennwand W in der Elektrolysezelle E so angeordnet, dass, wenn der Innenraum I_KM mit Lösung L₃ vollständig gefüllt ist, dass die Lösung L₃ dann über alle von der der Trennwand W umfassten alkalikationenleitenden Festelektrolytkeramiken kontaktiert, so dass Ionen (z.B. Alkalimetallionen wie Natrium, Lithium) aus der Lösung L₃ in jede alkalikationenleitende Festelektrolytkeramik, die von der Trennwand W umfasst ist, eintreten können.

4.2 Erfindungsgemäße Verfahrensschritte

[0132] Die vorliegende Erfindung betrifft in ein Verfahren zur Herstellung einer Lösung L₁ eines Alkalimetallalkoholats XOR im Alkohol ROH, wobei X ein Alkalimetallkation ist und R ein Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ist. Das Verfahren wird in einer Elektrolysezelle E durchgeführt.

[0133] Bevorzugt ist X aus der Gruppe bestehend aus Li⁺, K⁺, Na⁺, bevorzugter aus der Gruppe bestehend aus K⁺, Na⁺ ausgewählt. Am bevorzugtesten ist X = Na⁺.

[0134] R ist bevorzugt aus der Gruppe bestehend aus n-Propyl, iso-Propyl, Ethyl, Methyl ausgewählt, bevorzugter aus der Gruppe bestehend aus Ethyl, Methyl ausgewählt. Am bevorzugtesten ist R Methyl.

4.2.1 Verfahrensschritte in einer Elektrolysezelle E ohne Mittelkammer KM

[0135] In den Fällen, in denen die Elektrolysezelle E keine Mittelkammer K_M umfasst, werden die gleichzeitig ablaufenden Schritt (α1), (α2), (α3) durchgeführt.

4.2.1.1 Schritt (α1)

[0136] Im Schritt (a1) wird eine Lösung L₂ umfassend den Alkohol ROH, bevorzugt umfassend ein Alkalialkoholat XOR und Alkohol ROH, durch I_KK geleitet.

[0137] Die Lösung L₂ ist bevorzugt frei von Wasser. "Frei von Wasser" bedeutet erfindungsgemäß, dass das Gewicht des Wassers in der Lösung L₂ bezogen auf das Gewichts des Alkohols ROH in der Lösung L₂ (Massenverhältnis) ≤ 1 : 10, bevorzugter ≤ 1 : 20, noch bevorzugter ≤ 1 : 100, noch bevorzugter ≤ 0.5 : 100 ist.

[0138] Umfasst die Lösung L₂ XOR, so liegt der Massenanteil von XOR in der Lösung L₂, bezogen auf die gesamte Lösung L₂, insbesondere bei > 0 bis 30 Gew.-%, bevorzugt bei 5 bis 20 Gew.-%, noch bevorzugter bei 10 bis 20 Gew.-%, noch bevorzugter bei 10 bis 15 Gew.-%, am bevorzugtesten bei 13 bis 14 Gew.-%, am allerbevorzugtesten bei 13 Gew.-%.

[0139] Umfasst die Lösung L₂ XOR, so liegt in der Lösung L₂ insbesondere das Massenverhältnis von XOR zu Alkohol ROH im Bereich 1 : 100 bis 1 : 5, bevorzugter im Bereich 1 : 25 bis 3 : 20, noch bevorzugter im Bereich 1 : 12 bis 1 : 8, noch bevorzugter bei 1 : 10.

4.2.1.2 Schritt (α2)

[0140] In Schritt (a2) wird eine neutrale oder alkalische, wässrige Lösung L₃ eines Salzes S umfassend X als Kation durch I_KA geleitet.

[0141] Das Salz S ist bevorzugt ein Halogenid, Sulfat, Sulfit, Nitrat, Hydrogencarbonat oder Carbonat von X, noch bevorzugter ein Halogenid.

[0142] Halogenide sind Fluoride, Chloride, Bromide, Jodide. Das bevorzugteste Halogenid ist Chlorid.

[0143] Der pH der wässrigen Lösung L₃ ist dabei ≥ 7.0, bevorzugt im Bereich 7 bis 12, bevorzugter im Bereich 8 bis 11, noch bevorzugter 10 bis 11, am bevorzugtesten bei 10.5.

[0144] Der Massenanteil des Salzes S in der Lösung L₃ liegt dabei bevorzugt im Bereich > 0 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 20 Gew.-%, bevorzugter bei 5 bis 20 Gew.-%, noch bevorzugter bei 10 bis 20 Gew.-%, am bevorzugtesten bei 20 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Lösung L₃.

4.2.1.3 Schritt (α3)

[0145] Im Schritt (a3) wird dann eine Spannung zwischen E_A und E_K angelegt.

[0146] Dadurch kommt es zu einem Stromtransport von der Ladungsquelle zur Anode, zu einem Ladungstransport über Ionen zur Kathode und schließlich zu einem Stromtransport zurück zur Ladungsquelle. Die Ladungsquelle ist dem Fachmann bekannt und ist typischerweise ein Gleichrichter, der Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt und über Spannungsumwandler bestimmte Spannungen erzeugen kann.

[0147] Dies hat wiederum folgende Konsequenzen:

am Ablauf A_KK wird die Lösung L₁ erhalten, wobei die Konzentration von XOR in L₁ höher ist als in L₂,

am Ablauf A_KA wird eine wässrige Lösung L₄ von S erhalten, wobei die Konzentration von S in L₄ geringer ist als in L₃.

[0148] Im Schritt (a3) des Verfahrens wird insbesondere eine solche Spannung angelegt, dass so ein Strom fließt, so dass die Stromdichte (= Verhältnis des Stroms, der zur Elektrolysezelle fließt, zur Fläche des Festelektrolyten, die den im Innenraum I_KA befindlichen Anolyten kontaktiert) im Bereich von 10 bis 8000 A/ m² liegt, bevorzugter im Bereich von 100 bis 2000 A/ m² liegt, noch bevorzugter im Bereich von 300 bis 800 A/ m², noch bevorzugter bei 494 A/ m² liegt. Dies kann vom Fachmann standardmäßig bestimmt werden. Die Fläche des Festelektrolyten, die den im Innenraum I_KA befindlichen Anolyten kontaktiert beträgt insbesondere 0.00001 bis 10 m², bevorzugt 0.0001 bis 2.5 m², bevorzugter 0.0002 bis 0.15 m², noch bevorzugter 2.83 cm².

[0149] Es versteht sich von selbst, dass der Schritt (a3) des Verfahrens dann durchgeführt wird, wenn der Innenraum I_KA mindestens teilweise mit L₃ beladen ist und der Innenraum I_KK mit L₂ mindestens teilweise beladen ist, so dass sowohl L₃ als auch L₂ die von der Trennwand W umfassten alkalikationenleitenden Festelektrolytkeramiken kontaktieren.

[0150] Die Tatsache, dass in Schritt (a3) ein Ladungstransport zwischen E_A und E_K stattfindet, impliziert, dass I_KK und I_KA gleichzeitig mit L₂ bzw. L₃ so beladen sind, dass sie die Elektroden E_A und E_K soweit bedecken, dass der Stromkreislauf geschlossen ist.

[0151] Das ist insbesondere dann der Fall, wenn kontinuierlich ein Flüssigkeitsstrom von L₃ durch I_KA und ein Flüssigkeitsstrom von L₂ durch I_KK geleitet wird und der Flüssigkeitsstrom von L₃ die Elektrode E_A und der Flüssigkeitsstrom von L₂ die Elektrode E_K mindestens teilweise, bevorzugt vollständig bedeckt.

[0152] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren kontinuierlich durchgeführt, also Schritt (a1) und Schritt (a2) kontinuierlich durchgeführt und dabei gemäß Schritt (a3) Spannung angelegt.

[0153] Nach Durchführung des Schrittes (a3) wird am Ablauf A_KK die Lösung L₁ erhalten, wobei die Konzentration von XOR in L₁ höher ist als in L₂. Wenn L₂ schon XOR umfasste, ist die Konzentration von XOR in L₁ bevorzugt um das 1.01 bis 2.2-fache, bevorzugter um das 1.04 bis 1.8-fache, noch bevorzugter um das 1.077 bis 1.4-fache, noch mehr bevorzugter um das 1.077 bis 1.08-fache höher als in L₂, am bevorzugtesten um das 1.077-fache höher als in L₂, wobei noch bevorzugter dabei der Massenanteil von XOR in L₁ und in L₂ im Bereich 10 bis 20 Gew.-%, noch mehr bevorzugter 13 bis 14 Gew.-% liegt.

[0154] Am Ablauf A_KA wird eine wässrige Lösung L₄ von S erhalten, wobei die Konzentration von S in L₄ geringer ist als in L3.

[0155] Die Konzentration des Kations X in der wässrigen Lösung L₃ liegt bevorzugt im Bereich 3.5 bis 5 mol/l, bevorzugter 4 mol/l. Die Konzentration des Kations X in der wässrigen Lösung L₄ ist bevorzugter 0.5 mol/l geringer als jene der jeweils eingesetzten wässrigen Lösung L₃.

[0156] Insbesondere werden die Schritte (a1) bis (a3) des Verfahrens bei einer Temperatur von 20 °C bis 70 °C, bevorzugt 35 °C bis 65 °C, bevorzugter 35 °C bis 60 °C, noch bevorzugter 35 °C bis 50 °C und einem Druck von 0.5 bar bis 1.5 bar, bevorzugt 0.9 bar bis 1.1 bar, bevorzugter 1.0 bar durchgeführt.

[0157] Bei der Durchführung der Schritte (a1) bis (a3) des Verfahrens entsteht im Innenraum I_KK der Kathodenkammer K_K typischerweise Wasserstoff, der über den Ablauf A_KK aus der Zelle zusammen mit der Lösung L₁ abgeführt werden kann. Die Mischung aus Wasserstoff und Lösung L₁ kann dann in einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nach dem Fachmann bekannten Verfahren aufgetrennt werden. Im Innenraum I_KA der Anodenkammer K_A, wenn es sich bei der eingesetzten Alkalimetallverbindung um ein Halogenid, insbesondere Chlorid handelt, kann Chlor oder ein anderes Halogengas entstehen, welches über den Ablauf A_KK aus der Zelle zusammen mit der Lösung L₄ abgeführt werden kann. Daneben kann auch Sauerstoff oder/und Kohlendioxid entstehen, was ebenso abgeführt werden kann. Die Mischung aus Chlor, Sauerstoff und/oder CO₂ und Lösung L₄ kann dann in einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nach dem Fachmann bekannten Verfahren aufgetrennt werden. Genauso kann dann nach Abtrennung der Gase Chlor, Sauerstoff und/oder CO₂ von der Lösung L₄ diese nach dem Fachmann bekannten Verfahren voneinander abgetrennt werden.

4.2.2 Verfahrensschritte in einer Elektrolysezelle E mit Mittelkammer KM

[0158] In den Fällen, in denen die Elektrolysezelle E mindestens eine Mittelkammer K_M umfasst, werden die gleichzeitig ablaufenden Schritte (β1), (β2), (β3) durchgeführt.

[0159] Es ist bevorzugt, dass die Elektrolysezelle E mindestens eine Mittelkammer K_M umfasst, und dann die gleichzeitig ablaufenden Schritte (β1), (β2), (β3) durchgeführt werden.

4.2.2.1 Schritt (β1)

[0160] Im Schritt (β1) wird eine Lösung L₂ umfassend den Alkohol ROH, bevorzugt umfassend ein Alkalialkoholat XOR und Alkohol ROH, durch I_KK geleitet.

[0161] Die Lösung L₂ ist bevorzugt frei von Wasser. "Frei von Wasser" bedeutet erfindungsgemäß, dass das Gewicht des Wassers in der Lösung L₂ bezogen auf das Gewichts des Alkohols ROH in der Lösung L₂ (Massenverhältnis) ≤ 1 : 10, bevorzugter ≤ 1 : 20, noch bevorzugter ≤ 1 : 100, noch bevorzugter ≤ 0.5 : 100 ist.

[0162] Umfasst die Lösung L₂ XOR, so liegt der Massenanteil von XOR in der Lösung L₂, bezogen auf die gesamte Lösung L₂, insbesondere bei > 0 bis 30 Gew.-%, bevorzugt bei 5 bis 20 Gew.-%, noch bevorzugter bei 10 bis 20 Gew.-%, noch bevorzugter bei 10 bis 15 Gew.-%, am bevorzugtesten bei 13 bis 14 Gew.-%, am allerbevorzugtesten bei 13 Gew.-%.

[0163] Umfasst die Lösung L₂ XOR, so liegt in der Lösung L₂ insbesondere das Massenverhältnis von XOR zu Alkohol ROH im Bereich 1 : 100 bis 1 : 5, bevorzugter im Bereich 1 : 25 bis 3 : 20, noch bevorzugter im Bereich 1 : 12 bis 1 : 8, noch bevorzugter bei 1 : 10.

4.2.2.2 Schritt (β2)

[0164] In Schritt (β2) wird eine neutrale oder alkalische, wässrige Lösung L₃ eines Salzes S umfassend X als Kation durch I_KM, dann über V_AM, dann durch I_KA geleitet.

[0165] Das Salz S ist bevorzugt ein Halogenid, Sulfat, Sulfit, Nitrat, Hydrogencarbonat oder Carbonat von X, noch bevorzugter ein Halogenid.

[0166] Halogenide sind Fluoride, Chloride, Bromide, Jodide. Das bevorzugteste Halogenid ist Chlorid.

[0167] Der pH der wässrigen Lösung L₃ ist dabei ≥ 7.0, bevorzugt im Bereich 7 bis 12, bevorzugter im Bereich 8 bis 11, noch bevorzugter 10 bis 11, am bevorzugtesten bei 10.5.

[0168] Der Massenanteil des Salzes S in der Lösung L₃ liegt dabei bevorzugt im Bereich > 0 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 20 Gew.-%, bevorzugter bei 5 bis 20 Gew.-%, noch bevorzugter bei 10 bis 20 Gew.-%, am bevorzugtesten bei 20 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Lösung L₃.

4.2.2.3 Schritt (β3)

[0169] Im Schritt (β3) wird dann eine Spannung zwischen E_A und E_K angelegt.

[0170] Dadurch kommt es zu einem Stromtransport von der Ladungsquelle zur Anode, zu einem Ladungstransport über Ionen zur Kathode und schließlich zu einem Stromtransport zurück zur Ladungsquelle. Die Ladungsquelle ist dem Fachmann bekannt und ist typischerweise ein Gleichrichter, der Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt und über Spannungsumwandler bestimmte Spannungen erzeugen kann.

[0171] Dies hat wiederum folgende Konsequenzen:

am Ablauf A_KK wird die Lösung L₁ erhalten, wobei die Konzentration von XOR in L₁ höher ist als in L₂,

am Ablauf A_KA wird eine wässrige Lösung L₄ von S erhalten, wobei die Konzentration von S in L₄ geringer ist als in L₃.

[0172] Im Schritt (β3) des Verfahrens wird insbesondere eine solche Spannung angelegt, dass so ein Strom fließt, so dass die Stromdichte (= Verhältnis des Stroms, der zur Elektrolysezelle fließt, zur Fläche des Festelektrolyten, die den im Innenraum I_KM befindlichen Anolyten kontaktiert) im Bereich von 10 bis 8000 A/ m² liegt, bevorzugter im Bereich von 100 bis 2000 A/ m² liegt, noch bevorzugter im Bereich von 300 bis 800 A/ m², noch bevorzugter bei 494 A/ m² liegt. Dies kann vom Fachmann standardmäßig bestimmt werden. Die Fläche des Festelektrolyten, die den im Innenraum I_KM der Mittelkammer K_M befindlichen Anolyten kontaktiert beträgt insbesondere 0.00001 bis 10 m², bevorzugt 0.0001 bis 2.5 m², bevorzugter 0.0002 bis 0.15 m², noch bevorzugter 2.83 cm².

[0173] Es versteht sich von selbst, dass der Schritt (β3) des Verfahrens dann durchgeführt wird, wenn beide Innenräume I_KM und I_KA mindestens teilweise mit L₃ beladen sind und I_KK mit L₂ mindestens teilweise beladen ist, so dass sowohl L₃ als auch L₂ die von der Trennwand W umfassten Festelektrolyten kontaktieren.

[0174] Die Tatsache, dass in Schritt (β3) ein Ladungstransport zwischen E_A und E_K stattfindet, impliziert, dass I_KK, I_KM und I_KA gleichzeitig mit L₂ bzw. L₃ so beladen sind, dass sie die Elektroden E_A und E_K soweit bedecken, dass der Stromkreislauf geschlossen ist.

[0175] Das ist insbesondere dann der Fall, wenn kontinuierlich ein Flüssigkeitsstrom von L₃ durch I_KM, V_AM und I_KA und ein Flüssigkeitsstrom von L₂ durch I_KK geleitet wird und der Flüssigkeitsstrom von L₃ die Elektrode E_A und der Flüssigkeitsstrom von L₂ die Elektrode E_K mindestens teilweise, bevorzugt vollständig bedeckt.

[0176] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren kontinuierlich durchgeführt, also Schritt (β1) und Schritt (β2) kontinuierlich durchgeführt und dabei gemäß Schritt (β3) Spannung angelegt.

[0177] Nach Durchführung des Schrittes (β3) wird am Ablauf A_KK die Lösung L₁ erhalten, wobei die Konzentration von XOR in L₁ höher ist als in L₂. Wenn L₂ schon XOR umfasste, ist die Konzentration von XOR in L₁ bevorzugt um das 1.01 bis 2.2-fache, bevorzugter um das 1.04 bis 1.8-fache, noch bevorzugter um das 1.077 bis 1.4-fache, noch mehr bevorzugter um das 1.077 bis 1.08-fache höher als in L₂, am bevorzugtesten um das 1.077-fache höher als in L₂, wobei noch bevorzugter dabei der Massenanteil von XOR in L₁ und in L₂ im Bereich 10 bis 20 Gew.-%, noch mehr bevorzugter 13 bis 14 Gew.-% liegt.

[0178] Am Ablauf A_KA wird eine wässrige Lösung L₄ von S erhalten, wobei die Konzentration von S in L₄ geringer ist als in L₃.

[0179] Die Konzentration des Kations X in der wässrigen Lösung L₃ liegt bevorzugt im Bereich 3.5 bis 5 mol/l, bevorzugter 4 mol/l. Die Konzentration des Kations X in der wässrigen Lösung L₄ ist bevorzugter 0.5 mol/l geringer als jene der jeweils eingesetzten wässrigen Lösung L₃.

[0180] Insbesondere werden die Schritte (β1) bis (β3) des Verfahrens bei einer Temperatur von 20 °C bis 70 °C, bevorzugt 35 °C bis 65 °C, bevorzugter 35 °C bis 60 °C, noch bevorzugter 35 °C bis 50 °C und einem Druck von 0.5 bar bis 1.5 bar, bevorzugt 0.9 bar bis 1.1 bar, bevorzugter 1.0 bar durchgeführt.

[0181] Bei der Durchführung der Schritte (β1) bis (β3) des Verfahrens entsteht im Innenraum I_KK der Kathodenkammer K_K typischerweise Wasserstoff, der über den Ablauf A_KK aus der Zelle zusammen mit der Lösung L₁ abgeführt werden kann. Die Mischung aus Wasserstoff und Lösung L₁ kann dann in einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nach dem Fachmann bekannten Verfahren aufgetrennt werden. Im Innenraum I_KA der Anodenkammer K_A, wenn es sich bei der eingesetzten Alkalimetallverbindung um ein Halogenid, insbesondere Chlorid handelt, kann Chlor oder ein anderes Halogengas entstehen, welches über den Ablauf A_KK aus der Zelle zusammen mit der Lösung L₄ abgeführt werden kann. Daneben kann auch Sauerstoff oder/und Kohlendioxid entstehen, was ebenso abgeführt werden kann. Die Mischung aus Chlor, Sauerstoff und/oder CO₂ und Lösung L₄ kann dann in einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nach dem Fachmann bekannten Verfahren aufgetrennt werden. Genauso kann dann nach Abtrennung der Gase Chlor, Sauerstoff und/oder CO₂ von der Lösung L₄ diese nach dem Fachmann bekannten Verfahren voneinander abgetrennt werden.

4.2.2.4 Zusätzliche Vorteile der Schritte (β1) bis (β3)

[0182] Diese Durchführung der Schritte (β1) bis (β3) bringen noch weitere überraschende Vorteile, die im Lichte des Standes der Technik nicht zu erwarten waren. Durch die Schritte (β1) bis (β3) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der säurelabile Feststoffelektrolyt vor Korrosion geschützt, ohne dass dabei wie im Stand der Technik Alkoholatlösung aus dem Kathodenraum als Pufferlösung geopfert werden muss. Damit sind diese Verfahrensschritte effizienter als die in WO 2008/076327 A1 beschriebene Vorgehensweise, in der die Produktlösung für die Mittelkammer verwendet wird, was den Gesamtumsatz schmälert.

4.3 Kennzeichnendes Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens

[0183] Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine, bevorzugt beide, der folgenden Bedingungen (i), (ii) erfüllt ist/ sind. In einer bevorzugten Ausführungsform ist in den Fällen, in denen die Elektrolysezelle E mindestens eine Mittelkammer K_M umfasst und die Verbindung V_AM außerhalb der Elektrolysezelle E ausgebildet ist, auch die im folgenden beschriebene Bedingung (iii) erfüllt.

4.3.1 Bedingung (i)

[0184] 

(i) O_EA ist im Wesentlichen als Ebene ausgebildet, deren Normale N_OEA einen Winkel ϕ_PEA, wobei 0° < ϕ_EA < 45°, zum Schwerkraftsvektor V_S ausbildet, und der Ablauf A_KA ist auf der oberen Hälfte von O_EA angeordnet.

[0185] Dabei gilt bevorzugt 0.5° ≤ ϕ_EA ≤ 30°, bevorzugter 1° ≤ ϕ_EA ≤ 26°, bevorzugter 1° ≤ ϕ_EA ≤ 12°, bevorzugter 1° ≤ ϕ_EA ≤ 11°, bevorzugter 1° ≤ ϕ_EA ≤ 10°, bevorzugter 1° ≤ ϕ_EA ≤ 9°, bevorzugter 1° ≤ ϕ_EA ≤ 8°, bevorzugter 1° ≤ ϕ_EA ≤ 7°, bevorzugter 1° ≤ ϕ_EA ≤ 6°, bevorzugter 1° ≤ ϕ_EA ≤ 5°, bevorzugter 1° ≤ ϕ_EA ≤ 4°, bevorzugter 1° ≤ ϕ_EA ≤ 3°, bevorzugter 1° ≤ ϕ_EA ≤ 2°.

[0186] "Normale N_OEA" im Sinne der Erfindung bezeichnet die Normalengerade (also orthogonale Gerade) oder auch den Normalenvektor (also orthogonalen Vektor) zu der im Wesentlichen als Ebene ausgebildeten Oberseite O_EA.

[0187] Die Normale N_OEA ist demnach der Vektor oder die Gerade, der bzw. die senkrecht auf der Ebene, die von der Oberseite O_EA ausgebildet wird, steht. Dieser Vektor schneidet den Vektor der Schwerkraft im Winkel ϕ_EA.

[0188] Demnach kann der Winkel ϕ_EA ermittelt werden, in dem die Gerade, die senkrecht auf der durch die Oberseite O_EA ausgebildeten Ebene steht, mit einer zur Richtung der Schwerkraft parallelen Gerade geschnitten wird.

[0189] Wenn diese beiden Geraden bzw. diese beiden Vektoren sich in einem Winkel schneiden, der größer 0° und kleiner 45° ist, dann ist die Bedingung, dass "die Normale N_OEA einen Winkel ϕ_EA zum Schwerkraftsvektor V_s ausbildet, wobei 0° < ϕ_EA < 45°", erfüllt.

[0190] Der Ablauf A_KA ist auf der oberen Hälfte von O_EA angeordnet. Dies bedeutet Folgendes: Durch die Neigung der Oberseite O_EA gegenüber dem Schwerkraftsvektor V_s und durch die Tatsache, dass O_EA im Wesentlichen als Ebene ausgebildet ist, liegt eine Hälfte der Oberseite O_EA höher als die andere Hälfte der Oberseite O_EA. A_KA ist auf dieser oberen Hälfte angebracht. In den bevorzugten Ausführungsformen, in denen A_KA auf dem oberen n_KA-tel von O_EA angeordnet ist, wobei n_KA = 3, 4, 5 oder 10 ist, bedeutet dies, dass A_KA jeweils auf dem obersten n_KA-ten Teil von O_EA angeordnet ist.

[0191] Die Oberseite O_EA ist dadurch, dass ihre Normale N_OEA einen Winkel 0° < ϕ_EA < 45° zum Schwerkraftsvektor V_s ausbildet, gegenüber diesem geneigt, wodurch im Innenraum I_KA entstehende Gase aufgrund des Dichteunterschiedes zum Elektrolyten an die höchste Stelle des Innenraums I_KA steigen. Dieses Aufsteigen der Gase wird dadurch erleichtert, dass die Oberseite O_EA als Ebene ausgebildet ist, insbesondere nicht etwa Stufen oder Zacken aufweist, in denen sich Gasblasen verfangen könnten. Dadurch, dass der Ablauf A_KA auf der oberen Hälfte von O_EA angeordnet ist, passiert mindestens ein Teil der Gase beim Aufsteigen zur höchsten Stelle den Ablauf A_KA und wird so aus dem Innenraum I_KA abgeführt, wodurch der Innenraum I_KA vollständig durch den Elektrolyten L₃ gefüllt werden kann. Dies erhöht die Effizienz der Elektrolyse. Insbesondere ist gemäß Bedingung (i) O_EA als Ebene ausgebildet, deren Normale N_OEA einen Winkel ϕ_EA, wobei 0° < ϕ_EA < 45°, zum Schwerkraftsvektor V_s ausbildet, und der Ablauf A_KA ist auf der oberen Hälfte von O_EA angeordnet.

4.3.2 Bedingung (ii)

[0192] (ii) O_EK ist im Wesentlichen als Ebene ausgebildet, deren Normale N_OEK einen Winkel ϕ_EK, wobei 0° < ϕ_EK < 45°, zum Schwerkraftsvektor V_s ausbildet, und der Ablauf A_KK ist auf der oberen Hälfte von O_EK angeordnet.

[0193] Dabei gilt bevorzugt 0.5° ≤ ϕ_EK ≤ 30°, bevorzugter 1° ≤ ϕ_EK ≤ 26°, bevorzugter 1° ≤ ϕ_EK ≤ 12°, bevorzugter 1° ≤ ϕ_EK ≤ 11°, bevorzugter 1° ≤ ϕ_EK ≤ 10°, bevorzugter 1° ≤ ϕ_EK ≤ 9°, bevorzugter 1° ≤ ϕ_EK ≤ 8°, bevorzugter 1 ° ≤ ϕ_EK ≤ 7°, bevorzugter 1° ≤ ϕ_EK ≤ 6°, bevorzugter 1° ≤ ϕ_EK ≤ 5°, bevorzugter 1° ≤ ϕ_EK ≤ 4°, bevorzugter 1° ≤ ϕ_EK ≤ 3°, bevorzugter 1° ≤ ϕ_EK ≤ 2°.

[0194] "Normale N_OEK" im Sinne der Erfindung bezeichnet die Normalengerade (also orthogonale Gerade) oder auch den Normalenvektor (also orthogonalen Vektor) zu der im Wesentlichen als Ebene ausgebildeten Oberseite O_EK.

[0195] Die Normale N_OEK ist demnach der Vektor oder die Gerade, der bzw. die senkrecht auf der Ebene, die von der Oberseite O_EK ausgebildet wird, steht. Dieser Vektor schneidet den Vektor der Schwerkraft im Winkel ϕ_EK.

[0196] Demnach kann der Winkel ϕ_EK ermittelt werden, in dem die Gerade, die senkrecht auf der durch die Oberseite O_EK ausgebildeten Ebene steht, mit einer zur Richtung der Schwerkraft parallelen Gerade geschnitten wird.

[0197] Wenn diese beiden Geraden bzw. diese beiden Vektoren sich in einem Winkel schneiden, der größer 0° und kleiner 45° ist, dann ist die Bedingung, dass "die Normale N_OEK einen Winkel ϕ_EK zum Schwerkraftsvektor V_s ausbildet, wobei 0° < ϕ_EK < 45°", erfüllt.

[0198] Der Ablauf A_KK ist auf der oberen Hälfte von O_EK angeordnet. Dies bedeutet Folgendes: Durch die Neigung der Oberseite O_EK gegenüber dem Schwerkraftsvektor V_s und durch die Tatsache, dass O_EK im Wesentlichen als Ebene ausgebildet ist, liegt eine Hälfte der Oberseite O_EK höher als die andere Hälfte der Oberseite O_EK. A_KK ist auf dieser oberen Hälfte angebracht. In den bevorzugten Ausführungsformen, in denen A_KK auf dem oberen nKK-tel von O_EK angeordnet ist, wobei nKK = 3, 4, 5 oder 10 ist, bedeutet dies, dass es auf dem obersten n_KK-ten Teil von O_EK angeordnet ist.

[0199] Die Oberseite O_EK ist dadurch, dass ihre Normale N_OEK einen Winkel 0° < ϕ_EK < 45° zum Schwerkraftsvektor V_s ausbildet, gegenüber diesem geneigt, wodurch im Innenraum I_KK entstehende Gase aufgrund des Dichteunterschiedes zum Elektrolyten an die höchste Stelle des Innenraums I_KK steigen. Dieses Aufsteigen der Gase wird dadurch erleichtert, dass die Oberseite O_EK als Ebene ausgebildet ist, insbesondere nicht etwa Stufen oder Zacken aufweist, in denen sich Gasblasen verfangen könnten. Dadurch, dass der Ablauf A_KK auf der oberen Hälfte von O_EK angeordnet ist, passiert mindestens ein Teil der Gase beim Aufsteigen zur höchsten Stelle den Ablauf A_KK und wird so aus dem Innenraum I_KK abgeführt, wodurch der Innenraum I_KK vollständig durch den Elektrolyten L₂ gefüllt werden kann. Dies erhöht die Effizienz der Elektrolyse.

[0200] Insbesondere ist gemäß Bedingung (ii) O_EK als Ebene ausgebildet, deren Normale N_OEK einen Winkel ϕ_EK, wobei 0° < ϕ_EK < 45°, zum Schwerkraftsvektor V_s ausbildet, und der Ablauf A_KK ist auf der oberen Hälfte von O_EK angeordnet.

4.3.3 Bedingung (i) und (ii) erfüllt

[0201] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind beide Bedingungen (i) und (ii) erfüllt. Dann sind noch bevorzugter ϕ_EK und ϕ_EA gleich. Noch mehr bevorzugter gilt für beide dann:
0.5° ≤ ϕ_EK = ϕ_EA ≤ 30°, bevorzugter 1° ≤ ϕ_EK = ϕ_EA ≤ 26°, bevorzugter 1° ≤ ϕ_EK = ϕ_EA ≤ 12°, bevorzugter 1° ≤ ϕ_EK = ϕ_EA ≤ 11°, bevorzugter 1° ≤ ϕ_EK = ϕ_EA ≤ 10°, bevorzugter 1° ≤ ϕ_EK = ϕ_EA ≤ 9°, bevorzugter 1 ° ≤ ϕ_EK = ϕ_EA ≤ 8°, bevorzugter 1 ° ≤ ϕ_EK = ϕ_EA ≤ 7°, bevorzugter 1 ° ≤ ϕ_EK = ϕ_EA ≤ 6°, bevorzugter 1 ° ≤ ϕ_EK = ϕ_EA ≤ 5°, bevorzugter 1 ° ≤ ϕ_EK = ϕ_EA ≤ 4°, bevorzugter 1 ° ≤ ϕ_EK = ϕ_EA ≤ 3°, bevorzugter 1° ≤ ϕ_EK = ϕ_EA ≤ 2°.

[0202] Noch bevorzugter ist dann Ablauf A_KA auf der oberen Hälfte von O_EA angeordnet und Ablauf A_KK auf der oberen Hälfte von O_EK angeordnet, noch bevorzugter ist dann Ablauf A_KA auf dem oberen Drittel von O_EA angeordnet und Ablauf A_KK auf dem oberen Drittel von O_EK angeordnet, noch bevorzugter ist dann Ablauf A_KA auf dem oberen Viertel von O_EA angeordnet und Ablauf A_KK auf dem oberen Viertel von O_EK angeordnet, noch bevorzugter ist dann Ablauf A_KA auf dem oberen Fünftel von O_EA angeordnet und Ablauf A_KK auf dem oberen Fünftel von O_EK angeordnet, noch bevorzugter ist dann Ablauf A_KA auf dem oberen Zehntel von O_EA angeordnet und Ablauf A_KK auf dem oberen Zehntel von O_EK angeordnet.

[0203] Durch die Kombination der beiden Bedingungen (i) und (ii) wird besonders effizient die Ausbildung eines Gaspolsters im jeweiligen Innenraum I_KK und I_KA der Kathodenkammer K_K bzw. Anodenkammer K_A verhindert.

4.3.2 Optionale Bedingung (iii)

[0204] In einer bevorzugten Ausführungsform der Fälle, in denen die Elektrolysezelle E eine Mittelkammer K_M aufweist und die Verbindung V_AM außerhalb der Elektrolysezelle E ausgebildet ist, gilt:
(iii) O_EM ist im Wesentlichen als Ebene ausgebildet, deren Normale N_OEM einen Winkel ϕ_EM, wobei 0° < ϕ_EM < 45°, zum Schwerkraftsvektor V_s ausbildet, und der Ablauf A_KM ist auf der oberen Hälfte von O_EM angeordnet.

[0205] Dabei gilt bevorzugt 0.5° ≤ ϕ_EM ≤ 30°, bevorzugter 1° ≤ ϕ_EM ≤ 26°, bevorzugter 1° ≤ ϕ_EM ≤ 12°, bevorzugter 1° ≤ ϕ_EM ≤ 11°, bevorzugter 1° ≤ ϕ_EM ≤ 10°, bevorzugter 1° ≤ ϕ_EM ≤ 9°, bevorzugter 1° ≤ ϕ_EM ≤ 8°, bevorzugter 1 ° ≤ ϕ_EM ≤ 7°, bevorzugter 1 ° ≤ ϕ_EM ≤ 6°, bevorzugter 1 ° ≤ ϕ_EM ≤ 5°, bevorzugter 1° ≤ ϕ_EM ≤ 4°, bevorzugter 1° ≤ ϕ_EM ≤ 3°, bevorzugter 1° ≤ ϕ_EM ≤ 2°.

[0206] "Normale N_OEM" im Sinne der Erfindung bezeichnet die Normalengerade (also orthogonale Gerade) oder auch den Normalenvektor (also orthogonalen Vektor) zu der im Wesentlichen als Ebene ausgebildeten Oberseite O_EM.

[0207] Die Normale N_OEM ist der Vektor oder die Gerade, der bzw. die senkrecht auf der Ebene, die von der Oberseite O_EM ausgebildet wird, steht. Dieser Vektor schneidet den Vektor der Schwerkraft im Winkel ϕ_EM.

[0208] Genauso kann der Winkel ϕ_EM ermittelt werden, in dem die Gerade, die senkrecht auf der durch die Oberseite O_EM ausgebildeten Ebene steht, mit einer zur Richtung der Schwerkraft parallelen Gerade geschnitten wird.

[0209] Wenn diese beiden Geraden bzw. diese beiden Vektoren sich in einem Winkel schneiden, der größer 0° und kleiner 45° ist, dann ist die Bedingung, dass "die Normale N_OEM einen Winkel ϕ_EM zum Schwerkraftsvektor V_s ausbildet, wobei 0° < ϕ_EM < 45°", erfüllt.

[0210] Der Ablauf A_KM ist in dieser bevorzugten Ausführungsform auf der oberen Hälfte von O_EM angeordnet. Dies bedeutet Folgendes: Durch die Neigung der Oberseite O_EM gegenüber dem Schwerkraftsvektor V_s und durch die Tatsache, dass O_EM im Wesentlichen als Ebene ausgebildet ist, liegt eine Hälfte der Oberseite O_EM höher als die andere Hälfte der Oberseite O_EM. A_KM ist auf dieser oberen Hälfte angebracht. In den bevorzugten Ausführungsformen, in denen A_KM auf dem oberen n_KM-tel von O_EM angeordnet ist, wobei n_KM = 3, 4, 5 oder 10 ist, bedeutet dies, dass es auf dem obersten n_KM-ten Teil von O_EM angeordnet ist.

[0211] Die Oberseite O_EM ist in dieser bevorzugten Ausführungsform dadurch, dass ihre Normale N_OEM einen Winkel 0° < ϕ_EK < 45° zum Schwerkraftsvektor V_s ausbildet, gegenüber diesem geneigt, wodurch im Innenraum I_KM entstehende Gase aufgrund des Dichteunterschiedes an die höchste Stelle des Innenraums I_KM steigen. Dieses Aufsteigen der Gase wird dadurch erleichtert, dass die Oberseite O_EM als Ebene ausgebildet ist, insbesondere nicht etwa Stufen oder Zacken aufweist, in denen sich Gasblasen verfangen könnten. Dadurch, dass der Ablauf A_KM auf der oberen Hälfte von O_EM angeordnet ist, passiert mindestens ein Teil der Gase beim Aufsteigen zur höchsten Stelle den Ablauf A_KM und werden so aus dem Innenraum I_KM abgeführt, wodurch der Innenraum I_KM vollständig durch den Elektrolyten L₂ gefüllt werden kann. Dies erhöht die Effizienz der Elektrolyse.

[0212] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind alle Bedingungen (i), (ii) und (iii) erfüllt. Dann gilt noch bevorzugter ϕ_EK = ϕ_EA = ϕ_EM. Noch mehr bevorzugter gilt für alle drei dann:

0.5° ≤ ϕ_EK = ϕ_EA = ϕ_EM ≤ 30°, bevorzugter 1° ≤ ϕ_EK = ϕ_EA = ϕ_EM ≤ 26°,

bevorzugter 1° ≤ ϕ_EK = ϕ_EA = ϕ_EM ≤ 12°, bevorzugter 1° ≤ ϕ_EK = ϕ_EA = ϕ_EM ≤ 11°,

bevorzugter 1° ≤ ϕ_EK = ϕ_EA = ϕ_EM ≤ 10°, bevorzugter 1° ≤ ϕ_EK = ϕ_EA = ϕ_EM ≤ 9°,

bevorzugter 1° ≤ ϕ_EK = ϕ_EA = ϕ_EM ≤ 8°, bevorzugter 1° ≤ ϕ_EK = ϕ_EA = ϕ_EM ≤ 7°,

bevorzugter 1° ≤ ϕ_EK = ϕ_EA = ϕ_EM ≤ 6°, bevorzugter 1° ≤ ϕ_EK = ϕ_EA = ϕ_EM ≤ 5°,

bevorzugter 1° ≤ ϕ_EK = ϕ_EA = ϕ_EM ≤ 4°, bevorzugter 1° ≤ ϕ_EK = ϕ_EA = ϕ_EM ≤ 3°,

bevorzugter 1° ≤ ϕ_EK = ϕ_EA = ϕ_EM ≤ 2°.

[0213] Insbesondere ist gemäß der optionalen Bedingung (iii) O_EM als Ebene ausgebildet, deren Normale N_OEM einen Winkel ϕ_EM, wobei 0° < ϕ_EM < 45°, zum Schwerkraftsvektor V_s ausbildet, und der Ablauf A_KM ist auf der oberen Hälfte von O_EM angeordnet.

5. Beispiele

5.1 Vergleichsbeispiel 1

[0214] Natriummethylat (NM) wurde über einen kathodischen Prozess hergestellt, wobei in der Anodenkammer 20 Gew.-%-ige NaCI-Lösung (in Wasser) und in der Kathodenkammer 10 Gew.-%-ige methanolische NM-Lösung zugeführt werden. Dabei bestand die Elektrolysezelle aus drei Kammern, wie in Abbildung 7 gezeigt. Die Elektrolysezelle wurde nicht geneigt, so dass die Normale der Oberseite der Elektrolysekammer parallel zum Schwerkraftsvektor verlief. Die Abläufe der Anodenkammer und der Kathodenkammer fanden sich außerdem in der Mitte der Oberseite.

[0215] Die Verbindung zwischen Mittel- und Anodenkammer wurde durch einen Schlauch, der am Boden der Elektrolysezelle angebracht war, hergestellt. Die Anodenkammer und mittlere Kammer waren durch eine 2.83 cm² Anionenaustauschermembran (Tokuyama AMX, Ammoniumgruppen auf Polymer) getrennt. Kathoden und Mittelkammer waren durch eine Keramik vom Typ NaSICON mit einer Fläche von 2.83 cm² getrennt. Die Keramik hatte eine chemische Zusammensetzung der Formel Na_3.4Zr_2.0Si_2.4P_0.6O₁₂.

[0216] Der Anolyt wurde durch die mittlere Kammer in die Anodenkammer überführt. Die Durchflussrate des Anolyten betrug 1 l/h, jene des Katholyten betrug 90 ml/h, und es wurde ein Strom von 0.14 A angelegt. Die Temperatur betrug 35 °C. Die Elektrolyse wurde für 500 Stunden durchgeführt, wobei die Spannung konstant bei 5 V verblieb.

[0217] Es wurde beobachtet, dass sich in der Mittelkammer über längere Zeit ein pH-Gradient ausbildete, was auf die Wanderung der Ionen zu den Elektroden im Zuge der Elektrolyse und die Ausbreitung der an der Anode in Folgereaktionen gebildeten Protonen zurückzuführen ist. Diese lokale Erhöhung des pH-Wertes ist unerwünscht, da er den Festelektrolyten angreifen kann und gerade bei sehr langen Laufzeiten zur Korrosion und Bruch des Festelektrolyten führen kann.

[0218] Daneben kommt es bei längeren Betriebszeiten zur Ausbildung von Gaspolstern in den Innenräumen der Kathoden- und Anodenkammer, insbesondere durch die Entstehung von Chlorgas und Wasserstoff an der Anode bzw. Kathode.

[0219] Dies ist problematisch, da das durch diese Gase in Anspruch genommene Volumen nicht mehr für die Elektrolyse zur Verfügung steht und den Widerstand erhöht. Daneben sollte Chlor möglichst schnell entfernt werden, um die Ansäuerung des Elektrolyten zu einzudämmen. Wird dieser sauer, schädigt das die NaSICON-Keramik.

5.2 Vergleichsbeispiel 2

[0220] Das Vergleichsbeispiel 1 wurde mit einer Zweikammerzelle umfassend nur eine Anoden- und eine Kathodenkammer, wobei die Anodenkammer durch die Keramik vom Typ NaSICON von der Kathodenkammer getrennt war, wiederholt. Die Anordnung entsprach der in Abbildung 6 gezeigten. Somit enthielt diese Elektrolysezelle keine Mittelkammer. Die Elektrolysezelle wurde nicht geneigt, so dass die Normale der Oberseite der Elektrolysekammer parallel zum Schwerkraftsvektor verlief. Die Abläufe der Anodenkammer und der Kathodenkammer fanden sich außerdem in der Mitte der Oberseite.

[0221] Dies schlägt sich in einer noch schnelleren Korrosion der Keramik im Vergleich zum Vergleichsbeispiel 1 nieder, was zu einem schnellen Anstieg der Spannungskurve führt. Bei einem Startwert der Spannung von < 5 V steigt diese innerhalb von 100 Stunden auf > 20 V.

5.3 Erfindungsgemäßes Beispiel 1

[0222] Vergleichsbeispiel 1 wird wiederholt, wobei eine Elektrolysezelle gemäß Abbildungen 2 A und 2 B eingesetzt wird, die geneigt wird. Die Abläufe der Anodenkammer und der Kathodenkammer fanden sich außerdem auf der Oberseite in der Nähe der höchsten Kante.

[0223] Durch diese Anordnung werden die in der Anoden- und Kathodenkammer entstehenden Gase schnell am Ablauf aus der Elektrolysekammer abgeleitet. Dies sorgt dafür, dass das die Volumina der Innenräume nicht durch Gasblasen blockiert werden. Daneben wird der Ansäuerungsprozess der Elektrolyten, insbesondere des Anolyten, eingedämmt.

5.4 Erfindungsgemäßes Beispiel 2

[0224] Vergleichsbeispiel 2 wird wiederholt, wobei eine Elektrolysezelle gemäß Abbildungen 1 A und 1 B eingesetzt wird, die geneigt wird. Die Abläufe der Anodenkammer und der Kathodenkammer fanden sich außerdem auf der Oberseite in der Nähe der höchsten Kante.

[0225] Durch diese Anordnung werden die in der Anoden- und Kathodenkammer entstehenden Gase schnell am Ablauf aus der Elektrolysekammer abgeleitet. Dies sorgt dafür, dass das die Volumina der Innenräume nicht durch Gasblasen blockiert werden. Daneben wird der Ansäuerungsprozess der Elektrolyten, insbesondere des Anolyten, eingedämmt.

5.5 Ergebnis

[0226] Durch die erfindungsgemäße Neigung der Oberseite der Elektrolysezelle im Bereich der Anoden- und Kathodenkammer sowie die erfindungsgemäße Anordnung der Abläufe wird die Ausbildung eines Gaspolsters in dem jeweiligen Innenraum verhindert. Dadurch stehen die Volumina der Innenräume vollständig für die Elektrolyten und somit für die Elektrolyse zur Verfügung und es kommt nicht zu unerwünschten Spannungsanstiegen. An der jeweiligen Elektrode entstehende Gase (wie Chlor) werden schnell abgeführt, was die Ansäuerung des Elektrolyten unterbindet und so die NaSICON-Keramik zusätzlich schont.

[0227] Durch die Verwendung der Dreikammerzelle im erfindungsgemäßen Verfahren wird außerdem die Korrosion des Festelektrolyten verhindert, wobei gleichzeitig kein Alkalimetallalkoholatprodukt für die Mittelkammer geopfert werden muss und die Spannung konstant gehalten wird. Diese Vorteile, die schon aus dem Vergleich der beiden Vergleichsbeispiele 1 und 2 ersichtlich sind, unterstreichen den überraschenden Effekt des Einsatzes der Elektrolysezelle umfassend mindestens eine Mittelkammer in dem erfindungsgemäßen Verfahren.

6. Referenzzeichen in den Abbildungen

[0228] 

Elektrolysezelle	E	<1>
Anodenkammer	KA	<11>
Zulauf	ZKA	<110>
Ablauf	AKA	<111>
Innenraum	IKA	<112>
anodische Elektrode	EA	<113>
Kathodenkammer	KK	<12>
Zulauf	ZKK	<120>
Ablauf	AKK	<121>
Innenraum	IKK	<122>
kathodische Elektrode	EK	<123>
Mittelkammer	KM	<13>
Zulauf	ZKM	<130>
Ablauf	AKM	<131>
Innenraum	IKM	<132>
Diffusionsbarriere	D	<14>
Verbindung	VAM	<15>
Trennwand	W	<16>
Festelektrolytkeramik	FA	<18>
Behältnis	BE	<800>
Teil des Behältnisses BE, der den Anodenkammerinnenraum IKA begrenzt	BEA	<8001>
Teil des Behältnisses BE, der den Kathodenkammerinnenraum IKK begrenzt	BEK	<8002>
Teil des Behältnisses BE, der den Mittelkammerinnenraum IKK begrenzt	BEM	<8003>
Oberseite	OE	<801>
Teil der Oberseite OE, der den Anodenkammerinnenraum IKA begrenzt	OEA	<8011>
Teil der Oberseite OE, der den Kathodenkammerinnenraum IKK begrenzt	OEK	<8012>
Teil der Oberseite OE, der den Mittelkammerinnenraum IKK begrenzt	OEM	<8013>
Alkalimetallalkoholats XOR im Alkohol ROH	L1	<21>
Lösung umfassend den Alkohol ROH	L2	<22>
neutrale oder alkalische, wässrige Lösung eines	L3	<23>
Salzes S umfassend X als Kation
wässrige Lösung von S, wobei [S]L4 < [S]L3.	L4	<24>
Perspektive in Fig. 1 B, 2 B und 3 B, die der Draufsicht in Fig. 1 A, 2 A bzw. 3 A entspricht		<30>
Schwerkraftsvektor	VS	<90>
Normale zu OEA	NOEA	<91>
Normale zu OEK	NOEK	<92>
Winkel zwischen Normale NOEA und Schwerkraftsvektor Vs	ϕEA
Winkel zwischen Normale NOEK und Schwerkraftsvektor Vs	ϕEK

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer Lösung L₁ <21> eines Alkalimetallalkoholats XOR im Alkohol ROH in einer Elektrolysezelle E <1>, wobei X ein Alkalimetallkation ist und R ein Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ist,

wobei die Elektrolysezelle E <1> ein Behältnis B_E <800> und eine Oberseite O_E <801> ausbildet,

wobei die Elektrolysezelle E <1> mindestens eine Anodenkammer K_A <11>, mindestens eine Kathodenkammer K_K <12> und gegebenenfalls mindestens eine dazwischen liegende Mittelkammer K_M <13> umfasst,

wobei die mindestens eine Anodenkammer K_A <11>

- mindestens einen Zulauf Z_KA <110>,

- mindestens einen Ablauf A_KA <111>

- und einen Innenraum I_KA <112>, der eine anodische Elektrode E_A <113> umfasst und durch einen Teil O_EA <8011> der Oberseite O_E <801> und einen Teil B_EA <8001> des Behältnisses B_E <800> begrenzt wird,

umfasst,

wobei die mindestens eine Kathodenkammer K_K <12>

- mindestens einen Zulauf Z_KK <120>,

- mindestens einen Ablauf A_KK <121>

- und einen Innenraum I_KK <122>, der eine kathodische Elektrode E_K <123> umfasst und durch einen Teil O_EK <8012> der Oberseite O_E <801> und einen Teil B_EK <8002> des Behältnisses B_E <800> begrenzt wird,

umfasst,

und wobei in den Fällen, in denen die Elektrolysezelle E <1> mindestens eine Mittelkammer K_M <13> umfasst, die Mittelkammer K_M <13>

- mindestens einen Zulauf Z_KM <130>,

- mindestens einen Ablauf A_KM <131>

- und einen Innenraum I_KM <132>, der durch einen Teil O_EM <8013> der Oberseite O_E <801> und einen Teil B_EM <8003> des Behältnisses B_E <800> begrenzt wird,

umfasst,

und wobei dann I_KA <112> und I_KM <132> durch eine Diffusionsbarriere D <14> voneinander abgetrennt sind, und A_KM <131> durch eine Verbindung V_AM <15> mit dem Zulauf Z_KA <110> verbunden ist, so dass durch die Verbindung V_AM <15> Flüssigkeit aus I_KM <132> in I_KA <112> geleitet werden kann,

wobei

in den Fällen, in denen die Elektrolysezelle E <1> keine Mittelkammer K_M <13> umfasst, I_KA <112> und I_KK <122> durch eine Trennwand W <16> umfassend mindestens eine alkalikationenleitende Festelektrolytkeramik F_A <18> voneinander abgetrennt sind, wobei die von der Trennwand W <16> umfassten alkalikationenleitenden Festelektrolytkeramiken den Innenraum I_KK <122> und den Innenraum I_KA <112> direkt kontaktieren,

in den Fällen, in denen die Elektrolysezelle E <1> mindestens eine Mittelkammer K_M <13> umfasst, I_KK <122> und I_KM <132> durch eine Trennwand W <16> umfassend mindestens eine alkalikationenleitende Festelektrolytkeramik F_A <18> voneinander abgetrennt sind, wobei die von der Trennwand W <16> umfassten alkalikationenleitenden Festelektrolytkeramiken den Innenraum I_KK <122> und den Innenraum I_KM <132> direkt kontaktieren,

(α) wobei in den Fällen, in denen die Elektrolysezelle E <1> keine Mittelkammer K_M <13> umfasst, die folgenden, gleichzeitig ablaufenden Schritte (α1), (α2), (α3) durchgeführt werden:

(α1) eine Lösung L₂ <22> umfassend den Alkohol ROH wird durch I_KK <122> geleitet,

(α2) eine neutrale oder alkalische, wässrige Lösung L₃ <23> eines Salzes S umfassend X als Kation wird durch I_KA <112> geleitet,

(α3) zwischen E_A <113> und E_K <123> wird Spannung angelegt,

oder

(β) wobei in den Fällen, in denen die Elektrolysezelle E <1> mindestens eine Mittelkammer K_M <13> umfasst, die folgenden, gleichzeitig ablaufenden Schritte (β1), (ß2), (ß3) durchgeführt werden:

(β1) eine Lösung L₂ <22> umfassend den Alkohol ROH wird durch I_KK <122> geleitet,

(β2) eine neutrale oder alkalische, wässrige Lösung L₃ <23> eines Salzes S umfassend X als Kation wird durch I_KM <132>, dann über V_AM <15>, dann durch I_KA <112> geleitet,

(β3) zwischen E_A <113> und E_K <123> wird Spannung angelegt,

wodurch am Ablauf A_KK <121> die Lösung L₁ <21> erhalten wird, wobei die Konzentration von XOR in L₁ <21> höher ist als in L₂ <22>,

und wodurch am Ablauf A_KA <111 > eine wässrige Lösung L₄ <24> von S erhalten wird, wobei die Konzentration von S in L₄ <24> geringer ist als in L₃ <23>,

dadurch gekennzeichnet, dass

mindestens eine der folgenden Bedingungen (i), (ii) erfüllt ist:

(i) O_EA <8011> ist im Wesentlichen als Ebene ausgebildet, deren Normale N_OEA <91> einen Winkel ϕ_EA zum Schwerkraftsvektor V_s <90> ausbildet, und der Ablauf A_KA <111> ist auf der oberen Hälfte von O_EA <8011 > angeordnet, wobei 0° < ϕ_EA < 45°;

(ii) O_EK <8012> ist im Wesentlichen als Ebene ausgebildet, deren Normale N_OEK <92> einen Winkel ϕ_EK zum Schwerkraftsvektor V_s <90> ausbildet, und der Ablauf A_KK <121> ist auf der oberen Hälfte von O_EK <8012> angeordnet, wobei 0° < ϕ_EK < 45°.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei beide Bedingungen (i) und (ii) erfüllt sind.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei ϕ_EK und ϕ_EA gleich sind.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die von der Trennwand W <16> umfassten alkalikationenleitenden Festelektrolytkeramiken unabhängig voneinander eine Struktur der Formel M^I₁+2w+x-y+z M^IIw M^III_x Zr^IV_2-w-x-y M^V_y (SiO₄)_z (PO₄)_3-z aufweisen,

wobei M^I ausgewählt aus Na⁺, Li⁺ ist,

M^II ein zweiwertiges Metallkation ist,

M^III ein dreiwertiges Metallkation ist,

M^V ein fünfwertiges Metallkation ist,

die römischen Indizes I, II, III, IV, V die Oxidationszahlen angeben, in der die jeweiligen Metallkationen vorliegen,

und w, x, y, z reelle Zahlen sind, wobei gilt, dass 0 ≤ x < 2, 0 y < 2, 0 ≤ w < 2, 0 ≤ z < 3,

und wobei w, x, y, z so gewählt werden, dass 1 + 2w + x - y + z ≥ 0 und 2 - w - x - y ≥ 0 gilt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei X aus der Gruppe bestehend aus Li⁺, Na⁺, K⁺ ausgewählt ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei X = Na⁺.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei S ein Halogenid, Sulfat, Sulfit, Nitrat, Hydrogencarbonat oder Carbonat von X ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei S ein Chlorid von X ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei R aus der Gruppe bestehend aus Methyl, Ethyl ausgewählt ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei R = Methyl ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Elektrolysezelle E <1> keine Mittelkammer K_M <13> umfasst.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Elektrolysezelle E <1> mindestens eine Mittelkammer K_M <13> umfasst.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Verbindung V_AM <15> innerhalb der Elektrolysezelle E <1> ausgebildet ist.

14. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Verbindung V_AM <15> außerhalb der Elektrolysezelle E <1> ausgebildet ist.

15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die folgende Bedingung (iii) erfüllt ist: (iii) O_EM ist im Wesentlichen als Ebene ausgebildet, deren Normale N_OEM einen Winkel ϕ_EM, wobei 0° < ϕ_EM < 45°, zum Schwerkraftsvektor V_s ausbildet, und der Ablauf A_KM ist auf der oberen Hälfte von O_EM angeordnet.

Zeichnung