[發(fā)明專利]一種用于SPE水電解池外加參比電極的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010563766.2
• 申請(qǐng)日: 2010-11-29
• 公開（公告）號(hào): CN102478536A
• 公開（公告）日: 2012-05-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邵志剛;張林松;揭曉;衣寶廉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號(hào): G01N27/403
• 分類號(hào): G01N27/403
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及固體聚合物電解質(zhì)(SPE)水電解領(lǐng)域，具體為一種用于在線測量SPE水電解池陰陽極電極電勢的外加參比電極的方法。

背景技術(shù)

SPE水電解是以固體聚合物為電解質(zhì)的水電解技術(shù)，其工作電流密度可以高達(dá)1～3Acm^-2，并且具有電解效率高、裝置體積小、生成氫氣純度高(99.999％)及對(duì)環(huán)境無污染等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最有發(fā)展前景的水電解技術(shù)。

在研究SPE水電解池時(shí)，尤其是研究性能衰減機(jī)理和催化劑性能時(shí)，往往需要將陰陽極電極電勢分開測量。文獻(xiàn)報(bào)道中使用可逆氫電極(RHE)、微管氫電極或動(dòng)態(tài)氫電極(DHE)等參比電極將陰陽極電極電勢分開測量。RHE的制備是將膜電極MEA中質(zhì)子交換膜延長，并在延長的質(zhì)子交換膜頂端噴涂Pt黑催化劑。測試時(shí)向Pt黑催化劑處通入氫氣構(gòu)成RHE參比電極。微管氫電極包括微管、Pt黑催化劑和鉑絲。聚合物電解質(zhì)做成微管，將Pt黑催化劑和Nafion的混合物注入微管中，鉑絲放入微管作為集流體，向微管中通入氫氣可作為微管氫電極參比電極。DHE的制備較為復(fù)雜。首先取兩根鉑絲，每根鉑絲兩端露出1mm其余部分用PTFE包覆。將鉑黑、Nafion溶液和異丙醇混合物涂在兩根鉑絲的一端。室溫晾干后，將兩根鉑絲涂有混合物的一端相距1mm熱壓在兩片Nafion膜中間。兩根鉑絲一根作為析氫電極一根作為對(duì)電極。此外，在使用時(shí)還需要恒流電源(9V干電池)和可調(diào)式電阻器(0-1MΩ)使恒定電流(μA級(jí))通過DHE，以保證析出的氫氣覆蓋析氫電極。以上幾種參比電極存在制備較為復(fù)雜，成本較高，以及操作不方便等問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服SPE水電解池參比電極結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，使用鉑絲和氫氣，以及操作不方便等問題，本發(fā)明的目的在于針對(duì)測量SPE水電解池陰陽極電極電勢而提供一種制備簡單，操作方便的外加參比電極制備方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種用于SPE水電解池外加參比電極的方法，包括SPE水電解池，SPE水電解池包括覆膜催化層(CCM)、陰陽極擴(kuò)散層和端板，CCM中的質(zhì)子交換膜的一端延伸出端板外側(cè)，延長出來的質(zhì)子交換膜伸入到一電解質(zhì)溶液儲(chǔ)槽內(nèi)，質(zhì)子交換膜浸入到電解質(zhì)溶液中，于儲(chǔ)槽內(nèi)的電解質(zhì)溶液中設(shè)置有參比電極，參比電極浸入電解質(zhì)溶液中通過質(zhì)子交換膜與SPE水電解池陰陽極連通，構(gòu)成外加參比電極。

所述SPE水電解池CCM中質(zhì)子交換膜延長至端板外側(cè)，處于電解池外的質(zhì)子交換膜兩側(cè)均無催化層，為固體聚合物電解質(zhì)膜。

所述電解質(zhì)溶液為酸性溶液，如0.1-2M的H₂SO₄溶液；

所述參比電極為甘汞電極、汞-硫酸亞汞電極或銀-氯化銀電極。

參比電極和SPE水電解池中CCM的質(zhì)子交換膜通過電解質(zhì)溶液連通，構(gòu)成三電極體系，從而對(duì)陰陽極電極電勢進(jìn)行測定。

本發(fā)明具有以下特點(diǎn)：

(1)本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，減少貴金屬使用，成本低。

(2)本發(fā)明能夠快速、準(zhǔn)確地測量SPE水電解池陰陽極電勢，可以實(shí)時(shí)測量到電解池運(yùn)行過程中陰陽極電勢。

(3)本發(fā)明將CCM中質(zhì)子交換膜延長至SPE水電解池外，電解過程和測量過程不會(huì)造成相互干擾。

本發(fā)明測量精度高，穩(wěn)定性好。在SPE水電解池運(yùn)行過程中采用此種外加參比電極，可實(shí)現(xiàn)電解池陰陽極電勢變化的實(shí)時(shí)監(jiān)測，為探討SPE水電解池性能衰減機(jī)理提供重要的在線依據(jù)。

附圖說明

圖1中a為水電解池CCM示意圖，b為外加參比電極示意圖。(1)質(zhì)子交換膜，(2)催化層，(3)SPE水電解池，(4)參比電極，(5)電解質(zhì)溶液。

圖2為參比電極穩(wěn)定性。

圖3為SPE水電解池、陰陽極極化曲線。

圖4為0.002M?Na⁺離子污染溶液對(duì)SPE水電解池影響。

圖5為不同濃度Na⁺離子污染對(duì)SPE水電解池影響。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

本發(fā)明所述CCM由催化層和質(zhì)子交換膜組成，如圖1a所示質(zhì)子交換膜1是將CCM中質(zhì)子交換膜延長，在組裝電解池時(shí)使質(zhì)子交換膜1延伸至電解池3的端板外，且質(zhì)子交換膜1兩側(cè)均無催化劑。