[發(fā)明專利]高效交換膜電解水制氫裝置

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210580039.6
• 申請(qǐng)日: 2012-12-28
• 公開（公告）號(hào): CN102978652A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 不公告發(fā)明人
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長(zhǎng)春盛舉新能源科技有限公司
• 主分類號(hào): C25B1/10
• 分類號(hào): C25B1/10;C25B9/08
• 代理公司: 吉林長(zhǎng)春新紀(jì)元專利代理有限責(zé)任公司 22100
• 代理人: 王怡敏

技術(shù)領(lǐng)域

????本發(fā)明涉及電解水制氫領(lǐng)域，特別涉及一種高效交換膜電解水制氫裝置。

背景技術(shù)

隨著化石燃料的日益減少，環(huán)境污染的嚴(yán)重，就迫切需要一種儲(chǔ)量豐富且環(huán)保的燃料。氫是在燃燒時(shí)無污染的燃料，被人們認(rèn)為是一種理想能源。氫能正是符合需要的理想新能源。氫能的開發(fā)利用必須解決氫能：來源問題，大量、廉價(jià)、安全及規(guī)模化生產(chǎn)是實(shí)現(xiàn)氫能利用的根本。目前生產(chǎn)氫，耗能高，同時(shí)有很多技術(shù)壁壘沒突破。因此，必須尋找一種低能耗、高效率、大規(guī)模制氫的技術(shù)方法。

目前的酸堿式的電解水制氫裝置，不僅電解效率低，而且腐蝕性強(qiáng)，對(duì)環(huán)境造成污染，同時(shí)產(chǎn)生氫氣純度低，需要繁瑣的凈化處理工藝，才能應(yīng)用。

傳統(tǒng)酸堿式的電解水制氫氣裝置和普通的質(zhì)子交換膜電解水制氫裝置里的水和氣體都需要額外的氣水分離裝置，都只能在地面環(huán)境使用，并且都要有增壓裝置才能向氣瓶和儲(chǔ)存設(shè)備充氣。目前的制氫技術(shù)還不能讓氫作為能源廣泛使用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種高效交換膜電解水制氫裝置，解決了現(xiàn)在技術(shù)存在的上述問題。本發(fā)明是一種低能耗、高效率、能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模制氫的工業(yè)化新技術(shù)裝置，可以把常壓的水直接電解成填裝高壓氣瓶及其它儲(chǔ)存設(shè)備的高壓氫氧氣體，不額外需要增壓裝置和汽水分離裝置，產(chǎn)生的氣體壓力最小不低于20MPa，產(chǎn)生的氫氧氣體分離、純度高、不污染環(huán)境，可以直接使用。系統(tǒng)簡(jiǎn)單、安全、輕便、耗能低、效率高、質(zhì)量小，造價(jià)低。可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，是新一代氫氣、氧氣工業(yè)化大規(guī)模制備系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)高純度氫氧氣體的快速制備和規(guī)模化生產(chǎn)，可以廣泛應(yīng)用于各類車輛，船舶，航空飛行器，航天，發(fā)電等領(lǐng)域。

本發(fā)明的上述目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

高效交換膜電解水制氫裝置，多孔透性離子組件2及普通加強(qiáng)膜組件4分別固定設(shè)置在箱體內(nèi)，并將箱體分隔為儲(chǔ)水腔1、氫氣生成腔3及氧氣生成腔5；所述的多孔透性離子組件2及普通加強(qiáng)膜組件4的兩側(cè)表面的周邊均設(shè)置絕緣層。

所述的多孔透性離子組件2由順序壓合在一起的左側(cè)支撐抗壓金屬件16、左側(cè)多孔催化層17、多孔透性離子膜18、右側(cè)多孔催化層19及右側(cè)支撐抗壓金屬件20構(gòu)成，其中左側(cè)支撐抗壓金屬件16與儲(chǔ)水腔1相接觸，右側(cè)支撐抗壓金屬件20與氫氣生成腔3相接觸。

所述的左側(cè)支撐抗壓金屬件16覆蓋在左側(cè)多孔催化層17上，并設(shè)有一個(gè)接線端子Ⅰ6與外界電源正極相連；左側(cè)多孔催化層17用于將氫氣分解成氫離子，材料采用表面布滿小孔的碳載鉑介質(zhì)催化層；左側(cè)多孔催化層17只允許水分子和質(zhì)子通過，而不允許氫分子自由通過；多孔透性離子膜18為表面布滿小孔的全氟磺酸離子交換膜；右側(cè)多孔催化層19用于促進(jìn)氫離子重新生成氫氣，材料采用表面布滿小孔的碳載鉑介質(zhì)催化層；右側(cè)支撐抗壓金屬件20覆蓋在右側(cè)多孔催化層19上，并設(shè)有一個(gè)接線端子Ⅱ7與外界電源負(fù)極相連。

所述的左、右側(cè)支撐抗壓金屬件16、20均采用表面布滿小孔的鈦合金。

所述的氫氣生成腔3的寬度小于2毫米，在頂端設(shè)有氫氣出口11。

所述的普通加強(qiáng)膜組件4由左側(cè)膜電極支撐金屬件21、普通膜電極22及右側(cè)膜電極支撐金屬件23依序壓合成型的高活性零極距電極。

所述的左、右側(cè)膜電極支撐金屬件21、23均采用表面布滿小孔的介質(zhì)材料，且分別完全覆蓋在它們中間的普通膜電極22上，外部分別設(shè)置接線端子Ⅵ、Ⅲ13、12外界電源連接；其中，左側(cè)膜電極支撐金屬件21的接線端子Ⅵ13與外界的電源負(fù)極連接，右側(cè)膜電極支撐金屬件23的接線端子Ⅲ12與外界的電源正極連接。

所述的左、右側(cè)膜電極支撐金屬件21、23材料分別采用表面布滿小孔的316L和301L不銹鋼。

所述的儲(chǔ)水腔1的頂端設(shè)有進(jìn)水口15與進(jìn)水管路14相連，底端設(shè)有出水口9與出水管路8相連。

所述的氧氣生成腔5的頂端設(shè)有氧氣輸出口10。

本發(fā)明的儲(chǔ)水腔1內(nèi)的水在擴(kuò)散后通過多孔透性離子膜組件2，以蒸汽的形式到達(dá)氫氣生成腔3，再擴(kuò)散到普通加強(qiáng)膜組件4。普通加強(qiáng)膜組件4將蒸汽電解，在靠近氫氣生成腔3一側(cè)生成氫氣，再在靠近氧氣生成腔5一側(cè)生成氧氣，通過管道集中就可以使用了。

儲(chǔ)水腔1是普通的存水容器，能夠長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)常壓的水，頂端有進(jìn)水口15，底端有出水口9。氫氣、氧氣分別通過氫氣出口11、氧氣輸出口10由單獨(dú)管道輸出。氧氣生成腔5的壁采用301L不銹鋼。氧氣生成腔5的壁是右側(cè)膜電極支撐金屬件23的一個(gè)側(cè)面，采用301L不銹鋼。