[發明專利]電解器裝置及其制造方法

有效

• 申請號: 201380070959.6
• 申請日: 2013-11-01
• 公開（公告）號: CN104955986A
• 公開（公告）日: 2015-09-30
• 發明（設計）人: 埃利亞斯·戈林鮑姆
• 申請（專利權）人: GTA公司
• 主分類號: C25B11/02
• 分類號: C25B11/02;C25B1/10;C02F1/461
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 沈同全;車文

技術領域

本發明涉及電解，并且更具體地涉及用于將水電解分離成氫氣和氧氣的電解器裝置。

背景技術

氫氣是用于諸如石油提煉、化肥制造、玻璃制造等等的各種制造工藝中的商業化學制品。氫氣也可用于儲存諸如風電能和太陽電能的間隙性可再生能源。電解的氫和氧能夠使用核能產生的電來生產并在管道中被輸送到遠離核反應堆的地方。

一種制氫的工業化制造過程是從烴蒸汽重整。然而，蒸汽重整可使用不可再生能源。一氧化碳和二氧化碳是基于化石燃料的制氫方法的副產物。對尋找諸如電解水的大規模制氫的無污染方法有相當大的興趣。

太陽能光伏發電和風力發電是可再生能源的技術活動領域。這些技術可能患有間歇性問題：太陽能和風能不是持續可用的。水的電解可通過儲存氫氣并且當太陽能和風能不可用時將其用作燃料電池的備用品來解決這個問題。然而，傳統電解器可以是需要大量勞動力來建造，其使用材料上需要大量金屬的復雜結構以及/或可能不足以使它們本身適用于大規模能源應用的模塊化工業放大。全世界政府過去20年已經花了超過50億美元努力解決引進先進制造技術以擴大大規模能源應用的電解器供應鏈的問題。然而，這個長期存在且重要問題的解決方案，廉價電解器的實際大規模制造的先進制造技術的使用可能還未實現。解決問題的障礙在能源部能源效率&可再生能源辦公室的《2011NREL/DOE氫和燃料電池制造研發專題討論報告，2011年8月11-12日》(《2011NREL/DOE?Hydrogen?and?Fuel?Cell?Manufacturing?R&D?Workshop?report,August?11-12,2011》)中提出，其全部內容以引用的方式并入本文。工作室的總體目的是確定和優先考慮：(1)氫氣和燃料電池系統及部件的制造障礙，以及(2)政府可能支持以解決障礙的高優先級需求和研發活動。工作室報告的關鍵結果是關于解決障礙的補充研究的計劃。工作室參與者對電極策略的一致決議是如何將油墨直接施加到薄膜。由于上述原因，有保持對解決長期存在的將先進制造技術集成到制造工藝的廉價電解器的大規模制造問題的需求。2012燃料電池技術和先進制造聯合辦公室在線研討會的報告材料全部以引用方式并入本文。2011年報告和2012年在線研討會材料作為PDF文件可從能源部能源效率&可再生能源辦公室在http://www1.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/wkshp_h2_fc_manufa?cturing.html得到。

水的電解是制氫的途徑。此外，氣態氧可作為副產物制造，該副產物可以是有用和有價值的工業和醫療產品。通過諸如風、水力發電、太陽能和核能的可再生能源產生的電可用于氫氣和氧氣的電解制造而沒有伴隨化石燃料制氫產生的一氧化碳和二氧化碳。涉及電解技術的專利參考包括，例如，美國專利8,277,620、8,273,495、8,075,750、8,075,749、8,066,784、7,964,068、7,959,773、7,951,274、7,922,879、7,906,006、7,901,549、7,892,6947、704,353、7,323,090、7,132,190、6,797,136、6,582,571、6,282,774、5,728,485、5,660,698、5,606,488、5,599,430、5,171,644、5,130,006、5,080,963、4,773,982、4,636,291、4,615,783、4,541,91、4,474,612、4,432,859、4,367,134、4,311,577、4,250,002、4,206,030、4061,557、4,014,776、3,976,550、3,855,104、3,554,893、RE34,233，以及美國申請公開號2012/0193242、2012/0149789、2011/0243294、2010/028034、2010/0032221、2009/0026089、2008/0067078、2004/0182695、2003/0057088、2002/0157958、2002/0037422。

水的電解可包括通過施加到隔著相反極性的電極的水的電壓的作用而將水分解成氧氣和氫氣。氫氣可在負電極(陰極)處產生，而氧氣可在正電極(陽極)處產生，如通過下列反應所示：

陰極(還原)：4H⁺(aq)+4e^-→2H₂(g)