[發明專利]用于從水中制氫的高壓電解槽

有效

• 申請號: 201010224008.8
• 申請日: 2010-04-30
• 公開（公告）號: CN101886270A
• 公開（公告）日: 2010-11-17
• 發明（設計）人: N·A·凱莉;T·L·吉布森;D·B·烏維克爾克
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作公司
• 主分類號: C25B15/02
• 分類號: C25B15/02;C25B1/10;C25B11/08
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 薛峰

技術領域

本公開總體涉及的領域包括通過電解水制備高壓氫氣的電解槽裝置和方法。

背景技術

水電解是指由于電流從水中通過使得水(H₂O)分解成氧氣(O₂)和氫氣(H₂)。

傳統的堿性水電解槽是通過在液體電解質，例如氫氧化鉀(KOH)水溶液中放置兩個電極而工作。一個電極作為陽極，另一個電極作為陰極，它們通過離子選擇性透過而氣體不能透過的隔膜或電解槽膜被互相隔開。當在電極之間施加電壓時，電流通過電極之間的電解質。氫氣在陰極生成，氧氣在陽極生成。當產生的氣泡從液體電解質中溢出時，隔膜保持氫氣和氧氣被隔開。這種電解槽的效率主要受到在陽極上反應放氧的限制。同樣，這些電解槽的高壓極限可能受到氫氣擴散通過隔膜并進入氧氣室的不利影響，在氧氣室氫氣與氧氣在放熱反應中結合，其中這種生成熱可不利地影響與電解槽相關聯的一個或多個彈性部件，該彈性部件包括與氣體出口相連的彈性軟管，這最終可導致電解槽損壞。

發明內容

示例性的實施方式包括提高高壓電解槽的電解效率的方法和裝置，它們通過在高壓電解槽運行時，降低陽極電流密度和降低陽極過電壓同時降低透過電解槽膜從陰極室進入陽極室的氫氣量來實現。

本發明其他示例性的實施方式將在下文中的詳細說明變得明顯。應當理解，當公開本發明示例性的實施方式時，詳細說明和具體例子僅僅是為了說明，而不是用于限制本發明的范圍。

本發明還提供了下列方案：

方案1、一種提高高壓電解槽效率的方法，所述高壓電解槽具有陽極和陰極，其限定了它們之間的內部，所述方法包括：

在所述高壓電解槽工作時，減小陽極電流密度并且降低陽極過電壓；和

在高壓堿性電解槽工作時，減小從陰極室滲透通過電解槽膜進入陽極室的氫氣量。

方案2、根據方案1所述的方法，其中，減小陽極電流密度并且降低陽極過電壓包括相對于陰極表面積增加陽極表面積。

方案3、根據方案2所述的方法，其中，減小滲透通過電解槽膜的氫氣包括相對于陰極室體積增加陽極室體積。

方案4、根據方案1所述的方法，進一步包含通過增加陽極表面上不規則物的量來增加陽極表面積。

方案5、根據方案1所述的方法，其中，減小滲透通過電解槽膜的氫氣包括相對于陰極室體積增加陽極室體積。

方案6、根據方案1所述的方法，其中，減小陽極電流密度并且降低陽極過電壓包括向陽極表面引入催化劑，所述催化劑選自磨碎的鉑和氧化釕構成的組。

方案7、一種高壓電解槽，包括：

具有內表面的陽極；

至少部分連接在所述陽極內的陰極，所述陰極具有外表面；

直流電源，其具有電連接到所述陽極的正極端子，以及電連接到所述陰極的負極端子；

所述陰極的所述外表面和所述陽極的所述內表面之間限定的內部；

連接在所述內部中的電解槽膜，所述電解槽膜將所述內部分成陽極室和陰極室；和

液體電解質，其被包含在所述內部中。

方案8、根據方案7所述的高壓電解槽，其中，所述陽極的所述內表面的表面積大于所述陰極的所述外表面的表面積。

方案9、根據方案8所述的高壓電解槽，其中，所述陽極室的體積大于所述陰極室的體積。

方案10、根據方案7所述的高壓電解槽，其中，所述陽極室的體積大于所述陰極室的體積。

方案11、根據方案7所述的高壓電解槽，其中，所述內表面包括基本上圓柱形的內表面。

方案12、根據方案11所述的高壓電解槽，其中，所述基本上圓柱形的內表面包括不規則形狀的圓柱內表面。

方案13、根據方案11所述的高壓電解槽，其中，所述外表面包括基本上圓柱形的外表面。

方案14、根據方案13所述的高壓電解槽，其中，所述外表面包括不規則形狀的圓柱外表面。

方案15、根據方案7所述的高壓電解槽，進一步包括應用于所述陽極的所述內表面上的催化劑涂層。

方案16、根據方案15所述的高壓電解槽，其中，所述催化劑選自磨碎的鉑和氧化釕構成的組。

方案17、一種提高高壓電解槽效率的方法，所述高壓電解槽具有陽極和陰極，其限定了它們之間具有限定體積的內部，所述方法包括：

在不增加所限定的內部體積的情況下，相對于陰極表面積增加陽極表面積，以在所述高壓電解槽工作時減小陽極電流密度。

方案18、根據方案17所述的方法，進一步包括在不增加所限定的內部體積的情況下，相對于陰極室體積增加陽極室體積。