[發明專利]具有擴散層電極的高壓氫氣制備裝置

在審

• 申請號: 201710904165.5
• 申請日: 2017-09-29
• 公開（公告）號: CN107528078A
• 公開（公告）日: 2017-12-29
• 發明（設計）人: 丹尼斯·普騰科;李俊志;韓煒;周亮;韓曉松
• 申請（專利權）人: 吉林科領科技有限公司
• 主分類號: H01M8/0656
• 分類號: H01M8/0656
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司22201
• 代理人: 劉世純

技術領域

本發明屬于電化學技術領域，具體涉及一種具有擴散層電極的高壓氫氣制備裝置。

背景技術

氫是公認的最潔凈的燃料，也是重要的化工合成原料。但它不是一次能源，它是要從一次能源通過轉換生產出來的能量載體。由于燃料電池新技術的發展，氫氣作為燃料電池的燃料，展現了極廣泛的和潛在的市場。如何從規劃及技術上準備和迎接這一必然要到來的發展，將是一項極為重大的事情。選擇先進的技術，合理的方法來生產和應用氫，以獲得最大的經濟和環境效益，這是未來的發展趨勢。目前，堿性電解水由于電解過程中需要提供的電壓過高，從而導致成本升高。

發明內容

為了克服現有技術制備氫氣成本過高等缺陷，本發明提供了一種具有擴散層電極的高壓氫氣制備裝置。該裝置采用了具有高表面積活性物質的工作電極，該電極能夠強化電解的浸透以及在不均勻活性物質層中的質量交換過程，從而調解氫氣的釋放速率以及產率，通過提高電極電解水效率從而達到降低成本的目的。

本發明提供了一種具有擴散層電極的高壓氫氣制備裝置，包括外殼1、第一連接管2、第二連接管3、陽極4和陰極5、法蘭9、第一螺紋10及第二螺紋11；其中，外殼1為充滿電解液的高壓室，第一連接管2位于外殼1的上端，用于電解液的供給，第二連接管3位于外殼1的下端，用于氣體的排出；陽極4和陰極5位于外殼1內部，交替安裝組成電極組，并由第二螺紋11固定在法蘭9上，法蘭9通過第一螺紋10連接固定在外殼1上，連接內部空腔12和上部氣體腔13；

進一步地，所述的陽極4是通過等離子噴涂方法制得，陽極上由下至上依次為導電基底6、擴散層7、襯底8，具體步驟如下：

(1)、按質量百分比將50-70％鐵或鎳粉、10-15％粘結劑、10-15％分散劑及10-20％阻燃劑混合，分散到等量的水里制成均勻懸濁液，水的質量與懸濁液的質量相同；

(2)、采用由直流電驅動的等離子電弧作為熱源，先將粘結劑噴涂到導電基底6上，形成擴散層7(擴散層7的作用是使導電基底6和襯底8緊密連接增加電極穩定性)，擴散層厚度為50-100微米；

(3)、將步驟(1)的懸濁液在500℃下加熱干燥，并以0.8-1M³/h的噴射量噴涂到擴散層7上，形成襯底8，襯底8的厚度為100-120微米，孔徑為10-50微米。

進一步地，所述的粘結劑為酚醛樹脂導電膠，所述的分散劑為羧甲基纖維素鈉鹽，所述的阻燃劑為六偏磷酸鈉。

進一步地，所述的外殼1的材質為不銹鋼，所述的導電基底6為鐵片，所述的陰極5為鐵片或鎳片。

進一步地，所述的第一連接管2及第二連接管3為2分鐵管。

進一步地，所述的陽極4的數量為13-15個，陰極5的數量為12-14個。

進一步地，所述的電解液為氫氧化鉀或氫氧化鈉溶液，質量濃度為20％-30％。

本發明的一種具有擴散層電極的高壓氫氣和氧氣制備裝置的工作原理：向陽極和電解液之間加上電勢，陽極為利用等離子噴涂方法制得的具有擴散層7和襯底8的層板，擴散層7和襯底8上為多孔鎳或鐵，形成方向為從襯底向外，襯底8質量為350-700克，孔徑為10-50微米。擴散層7和襯底8的多孔表面有助于電解液在陽極中自由滲透，同時保證了氫氣釋放最佳釋放狀態和操作安全性以及裝置產率。此時出現強烈的離子交換，離子滲透到擴散層和襯底中，同時進行擴散層7、襯底8與電解液的反應通過反應①:

2OH^--e＝+H₂O,①

在此期間釋放出的氧原子氧化電極擴散層和襯底中的多孔鐵通過反應②:

2Fe+2O＝2FeO②

總反應寫成③:

Fe+H₂O＝FeO+H₂.③

釋放出的氫氣進入外殼內部高壓室內，在確定的壓強下通過第二連接管3輸送給用戶。

與現有技術相比，本發明的優點如下：

(1)通過調整活性物質層數，尺寸，可以控制放氫反應，活性物質的再生是通過金屬氧化物的電化學還原而不是對裝置拆開更換。

(2)裝置在進行特定壓強參數和放氫速度下穩定工作，放氫速度只取決于流過裝置的電流值，以及電極的多孔襯底。

(3)該裝置由于擴散層、襯底與電極基底的堅固連接，保證了電極穩定性，同時擴散層、襯底的高比表面提高了高壓高純度氫氣產生速率。

附圖說明

圖1為本發明的具有擴散層電極的高壓氫氣制備裝置的結構示意圖。