电解水制气装置和方法转让专利
申请号 : CN202010712332.8
文献号 : CN111826671B
文献日 : 2021-10-01
发明人 : 刘太楷 , 邓春明 , 刘敏 , 宋琛
申请人 : 广东省科学院新材料研究所
摘要 :
权利要求 :
1.电解水制气装置,其特征在于,包括多个串联的电解水制气单元,每个所述电解水制气单元包括:相互独立的一个阳极反应室、两个阴极反应室,以及阳极和两个面积为阳极一半的阴极,两个所述阴极并联设置于阳极的同一侧,两个所述阴极的电阻值相差不大于
5%,所述阳极位于阳极反应室中,两个所述阴极分别位于两个阴极反应室中;
每个所述电解水制气单元还包括隔膜、阳极极板以及阴极极板;
所述阳极极板上设置有与所述阳极匹配的阳极安装槽,所述阴极极板上设置有与两个所述阴极匹配的两个阴极安装槽,所述阳极设置于所述阳极安装槽内,两个所述阴极一一对应设置于两个所述阴极安装槽内;
所述阳极极板和所述阴极极板相对设置,所述隔膜设置于所述阳极极板与所述阴极极板之间,所述隔膜与所述阳极安装槽围成所述阳极反应室,所述隔膜与两个所述阴极安装槽分别围成两个阴极反应室;
所述阳极极板上开设有阳极电解液进口和阳极电解液出口,所述阳极安装槽内开设有阳极电解液导流槽,所述阳极电解液导流槽的相对两端分别与所述阳极电解液进口及所述阳极电解液出口连通;
所述阴极极板上开设有阴极电解液进口和阴极电解液出口,每个所述阴极安装槽内均开设有阴极电解液导流槽,每个所述阴极电解液导流槽的相对两端分别与所述阴极电解液进口及所述阴极电解液出口连通;
两个所述阴极电解液导流槽的容积分别与所述阳极电解液导流槽的容积相差不大于
5%。
2.根据权利要求1所述的电解水制气装置,其特征在于,两个所述阴极的电阻值相同。
3.根据权利要求2所述的电解水制气装置,其特征在于,两个所述阴极的形状和材质完全相同。
4.根据权利要求1所述的电解水制气装置,其特征在于,所述阳极的面积等于两个所述阴极的面积之和。
5.根据权利要求1所述的电解水制气装置,其特征在于,所述阳极电解液导流槽与所述阴极电解液导流槽的宽度相同,所述阳极电解液导流槽的深度为所述阴极电解液导流槽的深度的一半,所述阳极电解液导流槽的长度为每个所述阴极电解液导流槽长度的两倍。
6.根据权利要求1所述的电解水制气装置,其特征在于,所述阳极电解液导流槽和所述阴极电解液导流槽均呈往复蜿蜒的蛇形分布。
7.根据权利要求1所述的电解水制气装置,其特征在于,所述阳极电解液导流槽包括两个对称设置的阳极电解液分槽,所述阳极电解液进口的数量为2个,所述阳极电解液出口为
1个,两个所述阳极电解液分槽的一端各自与对应的1个所述阳极电解液进口分别连通,两个所述阳极电解液分槽的另一端均与所述阳极电解液出口连通;
所述阴极电解液出口的数量为2个,所述阴极电解液进口的数量为1个,两个所述阴极电解液导流槽的一端各自与对应的1个所述阴极电解液出口连通,两个所述阴极电解液导流槽的另一端均与所述阴极电解液进口连通。
8.根据权利要求7所述的电解水制气装置,其特征在于,相邻两个串联的所述电解水制气单元通过其分别的所述阴极极板与所述阳极极板连接,且一体成型为双极板。
9.根据权利要求8所述的电解水制气装置,其特征在于,每个所述阳极极板上还设置有与两个所述阴极电解液出口位置对应的两个第一通孔,每个阳极极板上还设置有与阴极电解液进口位置对应的第二通孔;每个所述阴极极板上还设置有与两个所述阳极电解液进口位置对应的两个第三通孔;每个阴极极板上还设置有与阳极电解液出口位置对应的第四通孔;
多个所述电解水制气单元中对应的多个所述阳极电解液出口和多个对应的所述第四通孔连通形成阳极电解液出液通道;多个所述电解水制气单元中对应的多个所述阳极电解液进口和多个对应的所述第三通孔连通形成阳极电解液进液通道;
多个所述电解水制气单元中对应的多个阴极电解液出口和对应的多个所述第一通孔连通形成阴极电解液出液通道;多个所述电解水制气单元中对应的多个所述阴极电解液进口和对应的多个第二通孔连通形成阴极电解液进液通道。
10.根据权利要求9所述的电解水制气装置,其特征在于,所述电解水制气装置包括两个阴极电解液出水管,一个阴极电解液进水管,两个阳极电解液进水管,一个阳极电解液出水管;
两个所述阴极电解液出水管一一对应与两个所述阴极电解液出水通道连通,所述阴极电解液进水管与所述阴极电解液进液通道连通;
两个所述阳极电解液进水管一一对应与两个所述阳极电解液进液通道连通,所述阳极电解液出水管与所述阳极电解液出水通道连通。
11.根据权利要求10所述的电解水制气装置,其特征在于,所述电解水制气装置还包括底板,所述底板设置于所述电解水制气装置的最外端,与所述底板对应的另一端的最端部的极板为所述阴极极板时,两个所述阴极电解液出水管、一个所述阴极电解液进水管、两个所述阳极电解液进水管、一个所述阳极电解液出水管分别与该最端部的所述阴极极板的两个所述阴极电解液出口、一个阴极电解液进口、两个所述第三通孔以及一个所述第四通孔连通;与所述底板对应的另一端的最端部的极板为所述阳极极板时,两个所述阴极电解液出水管、一个所述阴极电解液进水管、两个所述阳极电解液进水管、一个所述阳极电解液出水管分别与该最端部的所述阳极板的两个所述第一通孔、一个所述第二通孔、两个所述阳极电解液进口以及一个所述阳极电解液出口连通。
12.根据权利要求10所述的电解水制气装置,其特征在于,所述电解水制气装置包括分别设置于所述电解水制气装置相对两端的所述阳极极板和所述阴极极板外侧的两个底板,两个所述阴极电解液出水管、一个所述阴极电解液进水管、两个所述阳极电解液进水管、一个所述阳极电解液出水管均设置于一个所述双极板的周壁上。
13.根据权利要求10所述的电解水制气装置,其特征在于,所述电解水制气装置包括分别设置于所述电解水制气装置相对两端的所述阳极极板和所述阴极极板外侧的两个底板,两个所述阴极电解液出水管、一个所述阳极电解液出水管设置于一个所述底板上、两个阳极电解液进水管和一个阴极电解液进水管设置于另一个所述底板上。
14.根据权利要求9所述的电解水制气装置,其特征在于,所述电解水制气装置还包括阳极电解液进水管、阳极电解液出水管、阴极电解液进水管以及阴极电解液出水管,多个所述电解水制气单元包括位于所述电解水制气装置相对两端的第一电解水制气单元和第二电解水制气单元;
所述第一电解水制气单元和所述第二电解水制气单元的阳极安装槽内均开设有阳极电解液导流槽,所述第一电解水制气单元和所述第二电解水制气单元的阴极安装槽内开设有阴极电解液导流槽,
所述阳极电解液进水管、阳极电解液出水管、阴极电解液进水管以及阴极电解液出水管分别与所述阳极电解液进液通道、所述阳极电解液出液通道、所述阴极电解液进液通道以及阴极电解液出液通道连通;
所述阳极电解液进水管、阳极电解液出水管、阴极电解液进水管以及阴极电解液出水管均设置于所述第一电解水制气单元的阳极极板与所述阳极电解液导流槽位置相对的一侧;
或者,所述阳极电解液进水管、所述阳极电解液出水管、阴极电解液进水管以及阴极电解液出水管均设置于所述第二电解水制气单元的阴极极板与所述阴极电解液导流槽位置相对的一侧;
或者,所述阳极电解液进水管和所述阴极电解液进水管设置于所述第一电解水制气单元的阳极极板与所述阳极电解液导流槽位置相对的一侧,所述阳极电解液出水管和所述阳极电解液出水管设置于所述第二电解水制气单元的阴极极板与所述阴极电解液导流槽位置相对的一侧;
或者,所述阳极电解液进水管和所述阴极电解液进水管设置于所述第二电解水制气单元的阴极极板与所述阴极电解液导流槽位置相对的一侧,所述阳极电解液出水管和所述阳极电解液出水管设置于所述第一电解水制气单元的阳极极板与所述阳极电解液导流槽位置相对的一侧;
或者,相邻两个串联的所述电解水制气单元通过其分别的所述阴极极板与所述阳极极板连接,且一体成型为双极板,所述阳极电解液进水管、所述阳极电解液出水管、阴极电解液进水管以及阴极电解液出水管均设置于所述双极板的周壁。
15.根据权利要求14所述的电解水制气装置,其特征在于,多个所述电解水制气单元还包括至少一个中部电解水制气单元,至少一个所述中部电解水制气单元设置于所述第一电解水制气单元和所述第二电解水制气单元之间;
每个所述中部电解水制气单元的阴极极板与相邻的电解水制气单元的阳极极板一体成型为双极板,每个所述中部电解水制气单元的阳极极板与相邻的电解水制气单元的阴极极板一体成型为双极板,每个所述双极板上均设置有对应与所述阳极电解液进液通道、所述阳极电解液出液通道、所述阴极电解液进液通道以及阴极电解液出液通道连通的连通孔。
16.根据权利要求1所述的电解水制气装置,其特征在于,电解液为酸性水溶液、碱性水溶液、纯水或海水;
所述电解水制气单元所用到的隔膜的材料为只允许离子透过而不允许气体透过的材料、不允许离子透过也不允许气体透过的材料,或者采用表面带有微孔允许少量电解液透过的材料。
17.根据权利要求1所述的电解水制气装置,其特征在于,所述隔膜包括质子交换膜、阴离子交换膜或阳离子交换膜。
18.一种电解水制气方法,其特征在于,包括:采用如权利要求1~17任一项所述的装置进行电解水制气。
19.根据权利要求18所述的电解水制气方法,其特征在于,通入所述阳极反应室和每个所述阴极反应室内的电解液的量相同。
说明书 :
电解水制气装置和方法
技术领域
背景技术
接并网发电会给电网带来毁灭性破坏。通过电解水制氢将可再生能源转变为化学能是一种
切实可行的储能方式,将之与可再生能源结合可很好地解决可再生能源对电网的冲击。
电解水制氢工艺有质子交换膜电解水、碱式电解水、高温电解水、光催化电解水等。但不论
采用何种工艺,由于1个水分子含有2个质子和1个氧离子,电解时必然就生成2个体积的氢
气和1个体积的氧气,因此阳极反应室和阴极反应室必然存在压差。且该压差随着电解速度
的增加而增加。为解决这一问题,工业上常将阳极电解小室(或电解反应室)与外置压力泵
相连,电解时根据阴阳极两侧压差对阳极反应室压力进行实时调整,从而使两极间压差维
持在较低水平。但在压力平衡过程存在压差信号采集、压力泵执行压力平衡等过程,因此该
电解槽进行压力动态平衡时需要一定的响应时间,且由于压力泵的技术限制,其仅允许在
一定的压差范围内工作,因此传统的电解系统载荷的动态变换范围较小。另外,外置压力泵
的使用必然提高电解系统复杂度和技术难度,导致成本的明显上升,不利于电解技术推广
和使用。
膜只允许H通过。将单阴极和单阳极布置在隔膜两侧。氢离子透过高分子聚合物隔膜在阴
极形成氢气,电解产生的氧气则和电解液混合一起排出,通过外置压力平衡装置调整阳极
电解液的压力,从而实现阴极和阳极间压力平衡。该发明依赖外置的压力平衡装置进行压
力平衡,动态响应慢,系统成本高。
分别产生氧气和氢气,并通过循环水泵将阳极液和混合在其中的氧气排出,实现压力平衡。
同样的,该发明依赖外置的压力平衡装置进行压力平衡,动态响应慢,系统成本高。
动态平衡和电解单元的叠加制气,因此存在较大缺陷。
该发明虽可实现产气压力平衡,但缺少规模化应用可行性,尤其缺乏高压电解水制氢可行
性。
膜采用了铂浸入,可提供较高的析氧活性,另外一层未处理的离子交换膜位于阳极和处理
过的离子交换膜之间。电解时,由于离子交换膜的选择性透过功能,在阳极形成了一个高压
区,在阴极形成低压区,从而获得高压的氧气。该发明以制氧为应用目标,主要用于航空航
天领域,无法满足规模化制氢需求。
具有催化作用的析氢催化电极、对电解水生成氧气具有催化作用的析氧催化电极和氢氧化
镍(Ni(OH)2)电极。电解时,一个电解槽用于产氢气,另外一个电解槽用于产氧气;产氢气
时,阴极连接析氢催化电极,阳极连接氢氧化镍电极;产氧气时,阴极连接氢氧化镍电极,阳
极连接析氧催化电极。该发明专利涉及一种分开产生氢气和氧气的方法,不涉及电解系统
的压力平衡。
采用的是两通道设计,即两个阴极共用一个进液通道和一个排液通道,阳极则使用另外一
个进液通道和排液通道,电解时两个阴极上产生的气体总量是阳极产生气体的2倍,因此在
阴极排液通道极容易由于产气过多而来不及排出,导致阴极电解小室压力过大,从而使隔
膜两侧的压差增加,最终导致隔膜破裂。
发明内容
极反应室,以及阳极和两个阴极,两个阴极并联,两个阴极的电阻值相差不大于5%,阳极位
于阳极反应室中,两个阴极分别位于两个阴极反应室中;
内;
口及阳极电解液出口连通;
解液出口连通;
阴极电解液导流槽长度的两倍;
对应的1个阳极电解液进口分别连通,两个阳极电解液分槽的另一端均与阳极电解液出口
连通;
阴极电解液进口连通;
部电源负极相连,相邻的两个电解水制气单元通过设置于阴极极板后的绝缘垫片隔开。
阴极极板上还设置有与两个阳极电解液进口位置对应的两个第三通孔;每个阴极极板上还
设置有与阳极电解液出口位置对应的第四通孔;
的第三通孔连通形成阳极电解液进液通道;
个第二通孔连通形成阴极电解液进液通道。
个阴极电解液进水管、两个阳极电解液进水管和一个阳极电解液出水管分别与该最端部的
阴极极板的两个阴极电解液出口、一个阴极电解液进口、两个第三通孔以及一个第四通孔
连通;与底板对应的另一端的最端部的极板为阳极极板时,两个阴极电解液出水管、一个阴
极电解液进水管、两个阳极电解液进水管和一个阳极电解液出水管分别与该最端部的阳极
板的两个第一通孔、一个第二通孔、两个阳极电解液进口以及一个阳极电解液出口连通;
两个阳极电解液进水管和一个阳极电解液出水管均设置于一个双极板的周壁上;
设置于一个底板上,两个阳极电解液进水管和一个阴极电解液进水管设置于另一个底板
上。
电解水制气单元包括位于电解水制气装置相对两端的第一电解水制气单元和第二电解水
制气单元;
导流槽,
液导流槽连通的阳极电解液出口和阳极电解液进口;第二电解水制气单元的阳极极板上还
设置有与第一电解水制气单元的阴极电解液出口连通的第一通孔、与第一电解水制气单元
的阴极电解液进口连通的第二通孔;第一电解水制气单元的阴极极板上均设置有与第二电
解水制气单元的阳极电解液进口连通的第三通孔、与第二电解水制气单元的阳极电解液出
口连通的第四通孔;第一通孔和阴极电解液出口连通形成阴极电解液出液通道,第二通孔
和阴极电解液进口连通形成阴极电解液进液通道,第三通孔和阳极电解液进口连通形成阳
极电解液进液通道,第四通孔和阳极电解液出口连通形成阳极电解液出液通道;阳极电解
液进水管、阳极电解液出水管、阴极电解液进水管以及阴极电解液出水管分别与阳极电解
液进液通道、阳极电解液出液通道、阴极电解液进液通道以及阴极电解液出液通道连通;
槽位置相对的一侧;
液导流槽位置相对的一侧;
和阳极电解液出水管设置于第二电解水制气单元的阴极极板与阴极电解液导流槽位置相
对的一侧;
和阳极电解液出水管设置于第一电解水制气单元的阳极极板与阳极电解液导流槽位置相
对的一侧;
阴极电解液进水管以及阴极电解液出水管均设置于双极板的周壁。
阳极电解液出液通道、阴极电解液进液通道以及阴极电解液出液通道连通的电解液通孔,
阳极电解液进水管、阳极电解液出水管、阴极电解液进水管以及阴极电解液出水管均设置
于绝缘垫片的周壁且与对应的电解液通孔连通,多个电解水制气单元的阴极极板均电连
接,多个电解水制气单元的阳极极板均电连接。
间;
解水制气单元的阴极极板一体成型为双极板,每个双极板上均设置有对应与阳极电解液进
液通道、阳极电解液出液通道、阴极电解液进液通道以及阴极电解液出液通道连通的连通
孔;
电解液出液通道、阴极电解液进液通道以及阴极电解液出液通道连通的电解液通孔。
过的材料;
薄膜。
两个阴极上的电荷量之和,即单位时间内通过阳极的电荷量等于单位时间内通过阴极电荷
量的2倍。而每产生一个体积的氧气所消耗的电荷量为产生一个体积氢气所消耗的电荷量
的2倍,因此在阳极上产生的氧气量与阴极上产生的氢气量相等,因此阳极反应室、与两个
阴极反应室产气量相等,如此,不论装置运行多长时间也可保持阳极反应室和两个阴极反
应室之间的压差基本为零,该电解水制气装置稳定性好;在压差为零的条件下电解产生的
气体压力也将极高,因此有望不需后加压就可直接产生高压气体,从而满足现场高压制氢
需求。该方案的应用可使加氢站不使用高压气体存储罐或仅使用较小的存储罐就可满足日
常加氢需求,该方案的使用可有效降低电解水制气成本,提高绿色能源制氢市场竞争力。
附图说明
范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这
些附图获得其他相关的附图。
105‑双极板;106‑阴极电解液出水管;107‑阴极电解液进水管;108‑阳极电解液进水管;
109‑阳极电解液出水管;110‑阳极极板;111‑阳极安装槽;112‑阳极电解液导流槽;113‑阳
极电解液出口;114‑阳极电解液进口;115‑第一通孔;116‑第二通孔;120‑阴极极板;121‑阴
极安装槽;122‑阴极电解液导流槽;123‑阴极电解液出口;124‑阴极电解液进口;125‑第三
通孔;126‑第四通孔;130‑隔膜;140‑底板;150‑中板。
具体实施方式
本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施
例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范
围。
位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元
件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
示)、两个阴极反应室(图未示),一个与外阳极101和两个阴极102,两个阴极102并联,两个
阴极102的电阻值相差不大于5%,阳极101位于阳极反应室中,两个阴极102分别位于两个
阴极反应室中。优选地,两个阴极102的电阻值相同,更优选地,在本实施例中,两个阴极102
的电阻值相同是指两个阴极的形状和材质完全相同。
而增加。而本申请中由于两个阴极102的电阻值基本相同,故通过两个阴极102的电荷基本
相等,电解时产生的氢气量基本相等,因此阳极反应室、与两个阴极反应室产气量基本相
等,如此,不论装置运行多长时间也可保持阳极反应室和两个阴极反应室之间的压差基本
为零。因此,本发明提供的电解水制气装置稳定性好。而优选地,当两个阴极101的材质和大
小完全相同时,通过两个阴极102的电荷量相等,可达到阳极反应室和两个阴极反应室之间
的压差为零,更进一步保证了装置的稳定性。
两个阴极102匹配的两个阴极安装槽121,阳极101设置于阳极安装槽111内,两个阴极102一
一对应设置于两个阴极安装槽121内。阳极极板110和阴极极板120相对设置,隔膜130设置
于阳极极板110与阴极极板120之间,隔膜130与阳极安装槽111围成阳极反应室,隔膜130与
阴极安装槽121围成阴极反应室。
阳极电解液和阴极电解液选择同种电解液。
130包括但不限于质子交换膜、阴离子交换膜、氢氧根离子交换膜、阳离子交换膜、氧离子导
体氧化物隔膜、质子导体氧化物隔膜、氢氧化物隔膜、聚砜薄膜或高分子负载ZrO2薄膜。
料包括但不限定于镍、铂、钯、铱、铟、钌、氧化钴、氧化镍、氢氧化镍、氧化铁。
电解液进口114及阳极电解液出口113连通。
极电解液进口124及阴极电解液出口123连通。
生的氧气经阳极101电解后的电解液从阳极电解液出口113排出,反应剩余的电解液和产生
的氢气从阴极电解液出口123排出;在导流槽容积基本相同的情况下通过合理通知电解液
的通入速率可保证每个电解室参与反应的电解液的量基本相同,保证气压平衡,保证装置
的稳定性。
度为阴极电解液导流槽122的深度的一半,阳极电解液导流槽112的长度为每个阴极电解液
导流槽122长度的两倍,可保证两个阴极电解液导流槽的容积分别与阳极电解液导流槽的
容积相同。
各自与对应的2个阳极电解液进口114分别连通,两个阳极电解液分槽的另一端均与阳极电
解液出口113连通。
122的另一端均与阴极电解液进口124连通。
解水制气单元100b。
同,另一侧与阳极极板110相同。此种设置便于将使多个电解水制气单元100装配为一体。装
配后得到的装置结构如图8所示。中部电解水制气单元100b的每个阳极极板110上还设置有
与两个阴极电解液出口123位置对应的两个第一通孔115,每个阳极极板110上还设置有与
阴极电解液进口124位置对应的第二通孔116;每个阴极极板120上还设置有与两个阳极电
解液进口114位置对应的两个第三通孔125;每个阴极极板120上还设置有与阳极电解液出
口113位置对应的第四通孔126。
进口114、第一通孔115以及第二通孔116封闭。实现上述内容中提到的“封闭”的方式可以是
直接在生产加工时就对需要封闭的位置不开孔;也可以采用橡胶塞等填塞物对需要封闭的
孔进行填塞。第二电解水制气单元100c与中部电解水制气单元100b的结构完全相同。
口114和多个对应的第三通孔125连通形成阳极电解液进液通道。
口124和对应的多个第二通孔116连通形成阴极电解液进液通道。
通道进入各个电解水制气单元100的电解液导流槽中参与电解水反应。然后产生的气体以
及电解液从阴极电解液出口123和第四通孔126排出。
水制气单元100c,并最终在第二电解水制气单元100c的阴极102流出,回到外部电源负极。
106一一对应与两个阴极电解液出水通道连通,阴极电解液进水管107与阴极电解液进液通
道连通,两个阳极电解液进水管108一一对应与两个阳极电解液进液通道连通,阳极电解液
出水管109与阳极电解液出水通道连通。即在本实施例中,两个阴极电解液出水管106,一个
阴极电解液进水管107,两个阳极电解液进水管108,一个阳极电解液出水管109均设置于第
二电解水制气单元100c的阴极极板120与阴极电解液导流槽位置相对的一侧,依次与阴极
极板120上的两个阴极电解液出口123、一个阴极电解液进口124、两个第三通孔125以及一
个第四通孔126连通。
制气单元100b的结构基本相同,不同之处仅在于:将第二电解水制气单元100c的阴极极板
120上的阴极电解液出口123、阴极电解液进口124、第三通孔125以及第四通孔126封闭。而
两个阴极电解液出水管106,一个阴极电解液进水管107,两个阳极电解液进水管108,一个
阳极电解液出水管109均设置于第一电解水制气单元100a的阳极极板110与阳极电解液导
流槽位置相对的一侧,依次与阳极极板上的两个第一通孔115、一个第二通孔116,两个阳极
电解液进口114、一个阳极电解液出口113连通。
其实现原理与本实施例提供的电解水制气装置10基本相同。
产气排出设计也相同,因此电解时各电解小室的压力状态也始终保持一致。以图6所示第一
电解水制气单元100a为例,在阳极101上产生的1个体积的氧气经双极板105上的阳极电解
液导流槽导流至顶部出口,在阳极反应室形成一定的压力。同时,第一电解水制气单元100a
的两个阴极上各产生1个体积的氢气,并在各自的阴极反应室形成与阳极反应室相等的压
力,使隔膜130两侧的压力相等。隔膜在一定的压差范围内可保持各项特性稳定,因此即使
电解反应发生在极高压力下,如200MPa,300MPa,500MPa,甚至更高,但只要隔膜两侧的压差
始终保持在极低水平,电解过程也可正常进行。在此压力下电解产生的气体压力也将极高,
从而有望不需后加压就可直接产生高压气体,从而满足现场高压制氢需求。此外,该技术的
应用可使加氢站不使用高压气体存储罐或仅使用较小的存储罐就可满足日常加氢需求。
需要灵活选择叠加单元的数量,从而形成一定功率的电解系统,满足特定需求。双极板105
采用可耐强碱腐蚀的不锈钢,如304不锈钢,316不锈钢等。电解液从右侧极板上底部的三个
电解液进口进入,并经各部件底部的电解液进液通道进入电解水制气单元,多余的电解液
和电解产生的气体则在顶部三个电解液出水通道汇集排出。三个电解液进液通道可使用三
个独立的电解液循环系统,也可共用一个电解液循环系统,但为保证进液行为一致,三个电
解液进液通道所用电解液循环系统在配件、电气化控制、布管排线等方面应严格保持一致。
面板上的三个电解液出水通道分别与气液分离器相连,其中气体经分离干燥后进入储罐,
电解液则被循环使用。
板105的周壁上,该双极板105命名为中板150,中板150的结构如图11所示。
置阴极电解液出口123、阴极电解液进口124、第三通孔125以及第四通孔126。
100a的阳极极板110上未设置阳极电解液进口114和第二通孔116。两个阳极电解液进水管
108和一个阴极电解液进水管107设置于第二电解水制气单元100c的阴极极板120上,阴极
极板120上未设置阴极电解液出口123和第四通孔126。
阴极极板120上未设置阴极电解液进口124和第三通孔125。两个阳极电解液进水管108和一
个阴极电解液进水管107设置于第一电解水制气单元100a的阳极极板110上,该阳极极板
110上未设置阳极电解液除出口113和第一通孔115。
中的每个电解水制气单元的结构均与中部电解水制气单元100b相同,除此之外,本实施例
中,装置还包括了分别设置于两端部的两个底板140。两个底板140分别将与其相邻的极板
上的通孔、进液口或出液口封闭。
105。底板140每个的边缘位置均匀开设有螺孔,通过将螺柱的相对两端分别穿过对应的两
个底板140上的螺孔并用螺帽紧固实现装置的封装。
同,在本实施例中,第一电解水制气单元100a的结构与中部电解水制气单元100b的结构完
全相同,此外,本实施例提供的装置还包括底板140,底板140设置于第一电解水制气单元
100a的外端,将第一电解水制气单元100a上的通孔、进液口或出液口全部封闭。
板和阴极极板外侧的两个底板,两个阴极电解液出水管,一个阳极电解液出水管设置于一
个底板上,两个阳极电解液进水管和一个阴极电解液进水管设置于另一个底板上。
和阴极极板之间设置有绝缘垫片,每个绝缘垫片上开设有分别与阳极电解液进液通道、阳
极电解液出液通道、阴极电解液进液通道以及阴极电解液出液通道连通的电解液通孔,阳
极电解液进水管、阳极电解液出水管、阴极电解液进水管以及阴极电解液出水管均设置于
绝缘垫片的周壁且与对应的电解液通孔连通,多个电解水制气单元的阴极极板均电连接,
并且与外部电源负极相连,多个电解水制气单元的阳极极板均电连接,并且与外部电源正
极相连。
电荷量之和,因此,通过阳极的电荷量为通过两个阴极的电荷量的两倍,因此电解时在两个
阴极上产生的氢气量基本相等。而由于产生等量的氧气和氢气时,产生氧气需要消耗的电
荷量为产生氢气需要消耗的电荷量的两倍,因此,在两个阴极上产生氢气量基本相等时,在
阳极上产生的氧气量基本等于在两个阴极上产生的氢气量,且在阳极上产生的氧气量必然
等于在两个阴极产生的氢气量之和。因此阳极反应室、与两个阴极反应室产气量基本相等,
如此,不论装置运行多长时间也可保持阳极反应室和两个阴极反应室之间的压差基本为
零,该电解水制气装置稳定性好;在压差为零的条件下电解环境压力即使达到极高值,电解
始终能稳定进行,且产生的气体压力也将极高,从而有望不需后加压就可直接产生高压气
体,从而满足现场高压制氢需求。该方案的应用可使加氢站不使用高压气体存储罐或仅使
用较小的存储罐就可满足日常加氢需求。优选地,当两个阴极完全相同(材质和大小完全相
同)的情况下可保证通过两个阴极的电荷量相同,进行保证产气量完全相等,进一步提高装
置的稳定性。
动态载荷、快速响应的电解水制气,尤其适合与风能、太阳能等波动性较大的能源结合,该
技术的使用可有效降低电解水制气成本,提高绿色能源制氢市场竞争力。
不需要高压气体存储罐,从而大大提高加氢站的安全性,大大有利于我国新能源技术的发
展和应用,尤其是氢能相关技术的发展和推广。
涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为
准。