[發明專利]一種SO2

有效

• 申請號: 202010128777.1
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN111424286B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 陳崧哲;張平;王來軍
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B9/23;C25B9/65;C25B13/05;C25B11/054;C25B11/031
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

一種SO₂去極化電解池，屬于電化學技術領域。該電解池包括一個或多個依次排布的單電池，每個單電池含有膜電極組件、陰極側支撐體、陽極側支撐體、密封圈、上極板和下極板。陽極側支撐體采用大孔隙率的石墨氈材質；上極板和下極板采用平板形結構。大孔隙率石墨氈能夠提供良好的填充、支撐作用，使得陽極物料能夠在其內部均勻、快速通過，并且在料液浸泡、高電流電化學反應條件下能夠長期穩定使用。同時石墨氈上易于擔載催化劑，從而可進一步提高電解池內部電化學反應的效率。本發明有效避免了對上下極板進行流道刻制所帶來的加工難度大、加工成本高等問題。采用本發明的技術方案，能夠構建出高效、穩定、緊湊，且成本低廉的SO₂去極化電解池。

技術領域

本發明涉及一種電化學裝置，具體涉及一種用于SO₂去極化電解的電解池，屬于電化學技術領域。

背景技術

SO₂去極化電解電解，即SDE，是混合硫循環制氫(HyS-cycle)的關鍵步驟之一。混合硫循環作為熱化學分解水工藝中最簡單的一種，僅含有兩個反應，其中一個為熱化學反應——硫酸分解反應；而另一個反應是電化學反應——即SDE過程。上述兩個反應的反應式依次如下：

H₂SO₄→SO₂+H₂O+1/2O₂

2H₂O+SO₂→H₂SO₄+H₂

上述兩個反應組合起來，凈反應為水分解生成氫氣和氧氣。

可以看出，SDE為混合硫循環的產氫步驟，其所對應的半電池反應為：

陽極：2H₂O(l)+SO₂(aq.)→H₂SO₄(aq.)+2H⁺+2e^-

陰極：2H⁺+2e^-→H₂(g)。

在25℃下電解水反應的標準電勢電位為1.229V，而SO₂去極化電解反應的標準電勢僅為0.158V，因此引入SDE電解，有望大幅度提高電解效率。在將混合硫循環的硫酸分解反應(需在850℃下進行)與高溫氣冷堆耦合的情況下，混合硫循環有望實現高效、大規模的清潔制氫。另外，在有SO₂供應的條件下，SDE電解過程也可獨立應用，即由SO₂制備硫酸，并同時電解水制氫。

自美國西屋公司提出混合硫循環以來，SDE電解獲得了較多的研究。在電解池結構方面，已由最初西屋公司的平行板結構過渡到了當前的PEM(質子交換膜)型電解池結構。美國塞文納河國家實驗室(SRNL)設計并使用了基于PEM的液相進料(即陽極電解質為溶有SO₂的硫酸) 的電解池結構。在此基礎上，美國南卡羅來納大學(USC)提出了基于PEM的氣相進料(即陽極氣態SO₂，陰極為純水)的電解池結構。

在SDE池中，由陽極催化層、PEM和陰極催化層組成的膜電極組件是其重要部件，也是各國研究者的研發重點。此外，在SDE操作參數、SDE電解電壓組成、電流效率，以及混合硫循環過程模擬等諸多方面，都有一些研究進展見諸報道。

為提高設備緊湊性、控制成本，要求在較高電流密度下進行SDE操作，同時由于硫酸、 SO₂具有極強的腐蝕性，因此SDE池的結構設計和材質選擇非常重要。