[發明專利]電解水制氫的裝置及其方法

有效

• 申請號: 201110257885.X
• 申請日: 2011-09-02
• 公開（公告）號: CN102758212A
• 公開（公告）日: 2012-10-31
• 發明（設計）人: 譚延泰
• 申請（專利權）人: 譚延泰
• 主分類號: C25B1/06
• 分類號: C25B1/06;C25B11/03;C25B11/12
• 代理公司: 北京市安倫律師事務所 11339
• 代理人: 劉良勇;李瑞峰

技術領域：

本發明涉及一種電解水制氫的方法及其裝置，具體地涉及一種在超低電壓下通過電解水制氫的方法及其裝置。

背景技術：

氫氣是最輕的氣體，最常見的用途是充填氫氣球和氫氣飛艇。其次氫氣是重要的化工原料。傳統工業上制氫的方法有：(1)氯堿工業電解食鹽水可副產氫氣；或用鍍鎳的鐵電極電解15％的KOH電解液，可制得純氫；(2)從天然氣或裂解石袖氣制氫氣，這是現在制氫的主要方法；(3)水煤氣法制氧，用紅熱的焦煤與水蒸氣反應制得氫氣。此外，還有一種通過電解水制造氫氣的方法，但是由于其耗能巨大，因而在傳統制氫工業中一直未被大規模推廣使用。

在傳統的電解水制造氫氣的工藝上，如圖1所示，電解反應剛開始時，由電源1施加到電解池2的陰極電極板3和陽極電極板4之間的外加電壓較小，且流過電解池2的電流也很小，兩電極板3和4上觀察不到電解現象。之后，隨著兩電極板3和4之間的外加電壓(即電動勢E)的增大，兩電極板3、4表面附著少量氫氣和氧氣，該反應(也稱為正反應)的電化學方程式如下：陰極：4H⁺+4e＝2H₂；陽極4OH^--4e＝2H₂O+O₂。除一部分氫氣和氧氣溶解到電解池2的電解液中，而吸附在兩電極板3和4上的氫氣和氧氣發生了逆反應，逆反應產生的電動勢與外加電壓相反，其電化學方程式如下：陰極2H₂-4e＝4H⁺；陽極2H₂O+O₂+4e＝4OH^-。逆反應阻礙了正反應的進行但始終不超過正反應。因此，外加電壓必須克服逆反應產生的電動勢。如果繼續增大兩電極板3和4之間的電壓，電路中的電流有少許增加，如圖2所示的0-E1段。如圖2所示，當電壓增至E1-E2段時，氫氣和氧氣的壓力等于大氣壓力，呈氣泡逸出，反電動勢達極大值e_max，此后再增加電壓至E2，電流I就呈直線上升。將直線反向外推到于電壓軸相交，此交點的電壓為分解電壓，這是維持電解質電解液不斷發生電解所必需外加的最小電壓，也叫分解電壓(E分解)。例如，用光亮鉑作電極電解H₂SO₄電解液的過程中，水的分解電壓為1.67V(E分解＝1.67V)。也就是說，在傳統電解水制造氫氣的工藝中，當外加電解電壓必須不小于分解電壓時，才能持續地電解電解液中的水而獲取氫氣。

發明內容：

本發明的范圍只由后附的權利要求書所規定，在任何程度上都不受這一節發明內容的陳述所限。

本發明提供一種電解水制氫系統，包括：用于電解電解液中的水的電解單元；用于向所述電解單元供電的電源模塊；用于從含有氫氣的電解液中分離出氫氣的氫氣分離裝置；其中，所述電解單元具有第一極板(陰極室16內置極板30)和第二極板(陽極室15內置極板20)，所述第一極板和第二極板分別由比表面積大的導電材料制成并具有粉末間隙結構。

其中，所述比表面積大的導電材料為導電活性炭粉末，以及由所述導電活性炭粉末制成的所述第一極板和第二極板均具有粉末間隙利粉末內細孔結構。

其中，所述第一極板和第二極板分別包括金屬框架和被并列地放置在所述金屬框架上的多個微極板，其中所述微極板由所述導電活性炭粉末制成并具有粉末間隙和粉末內細孔結構。

其中，所述電源模塊能夠控制所述電解單元的所述第一極板和所述第二極板上的因氫氣、氧氣發生逆反應而產生的逆向電流值不超過所述電源模塊向所述電解單元提供的直流電流的值。

其中，還包括氧氣分離裝置，用于從含有氧氣的電解液中分離出氧氣。

其中，還包括補充水注入裝置，用于補充電解液在反應中失去的水。

其中，還包括泵，用于維持電解液的工作壓力及保持電解液的循環流動。

其中，還包括加熱裝置，所述加熱裝置對被輸入所述氫氣分離裝置和/或氧氣分離裝置之前的所述電解液進行加熱。

其中，所述電解液的成分為OH^-、H₂O。

其中，所述電解液的成分為H⁺、H₂O。