[發明專利]三腔室電化學反應器

在審

• 申請號: 202010138130.7
• 申請日: 2020-03-03
• 公開（公告）號: CN111188046A
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 康鵬;張雄;汪秀萍;張紅飛;張春榮
• 申請（專利權）人: 碳能科技（北京）有限公司
• 主分類號: C25B1/00
• 分類號: C25B1/00;C25B3/04;C25B9/08;C25B15/02
• 代理公司: 北京律智知識產權代理有限公司 11438
• 代理人: 李華;崔香丹

本發明公開一種三腔室電化學反應器，包括陽極腔室、中間腔室和陰極腔室組成；所述陽極腔室和中間腔室之間用陽離子交換膜分隔開，所述陽極腔室包括陽極框板、陽極板；所述中間腔室包括中間框板和內部流場；所述陰極腔室和中間腔室由陰離子交換膜分隔開，所述陰極腔室包括催化反應層、陰極板和陰極框板；其中，所述陰極框板和陽極框板都設置有電極電位測試孔，所述電極電位測試孔露出所述陽離子交換膜或所述陰離子交換膜。本發明的三腔室電化學反應器中陰極框板和陽極框板都設置有電位測試孔，可以準確診斷和監控反應器的運行狀態，并適當調整相應的參數實現控制產物選擇性和提高電流效率的目的，進而使增大產量成為可能。

技術領域

本發明涉及電化學領域，具體涉及三腔室電化學反應器。

背景技術

電化學轉化是實現二氧化碳資源化再利用的重要途徑，電解池是完成這種轉化的關鍵設備。目前，二氧化碳電化學轉化技術普遍采用單膜兩室型電解池結構，陰膜或陽膜。陰膜兩室池和陽膜兩室電解池各有優缺點，沖突焦點之一在于不能兼顧二氧化碳利用率和選擇性。陽膜兩室電解池是研究較多的傳統二氧化碳電化學反應器，在這種反應器中由于二氧化碳從陰極到陽極的越膜傳輸行為相當輕微，故而二氧化碳的利用率較高，但因陰極電解質環境對析氫比對二氧化碳電還原更有利，故而二氧化碳電化學轉化的選擇性不高。陰膜兩室電解池雖進入研究視野較晚，但這種反應器克服了電解質環境及二氧化碳溶解度的障礙，故具有很高的二氧化碳電還原選擇性，然而因陰離子導電本質的局限，陰膜兩室電解池具有嚴重的二氧化碳和產物越膜傳輸等行為，因此二氧化碳的利用效率較低。

同時具有陰膜和陽膜的兩膜三室型電解池結構在近年來成為電化學反應器開發的一個技術熱點，如論文(Electrochemical conversion of CO₂ to formic acidutilizing Sustainion^TMmembranes,Journal of CO₂Utilization 2017,20,208-217.)中，具有纖維填充型中間室的兩膜三室型電解池，獲得了較高的二氧化碳利用率和轉化電流效率，成功克服了單膜兩室型電解池所面臨的矛盾問題，并發揮了它們的優勢。但是這種新型電解池結構復雜，影響電解池性能的因素較多，如各腔室內阻、電極活性、元件配合度、中間腔室流體流動阻力等，以及在長久運行過程中可能會顯露出來的各種潛在因素。因此僅通過監控極化曲線、電流密度大小的方式無法反饋和確定電解池甚至是各腔室的工作狀態，難以對運行過程中電解池整體甚至是各腔室的性能參數變化做出診斷和調整。為此，需要對這種新型電解池尤其對由大面積多片單池組成的大型電堆增加必要的監控和診斷功能，以便預測和及時發現、診斷、錨定、解決及改進問題。

發明內容

為解決上述問題，本發明的主要目的是提供一種三腔室電化學反應器。

本發明提供一種三腔室電化學反應器，包括陽極腔室、中間腔室和陰極腔室組成；所述陽極腔室和中間腔室之間用陽離子交換膜分隔開，所述陽極腔室包括陽極框板、陽極板；所述中間腔室包括中間框板和內部流場；所述陰極腔室和中間腔室由陰離子交換膜分隔開，所述陰極腔室包括催化反應層、陰極板和陰極框板；其中，所述陰極框板和所述陽極框板都設置有電極電位測試孔，所述電極電位測試孔漏出所述陽極板或所述陰極板電極。

根據本發明的一實施方式，所述中間框板、所述陰極框板和所述陽極框板中的一者或多者設置有膜電位測試孔，所述膜電位測試孔露出所述陰離子交換膜和/或所述陽離子交換膜。

根據本發明的另一實施方式，所述陽離子交換膜和/或所述陰離子交換膜包括向所述電化學反應器一個方向以長線或長條延長至所述反應器外部形成的離子引線，所述離子引線的尾部和參比電極安裝于盛有電解質溶液的容器內。

根據本發明的另一實施方式，所述離子引線由裁切成長線或長條狀的陽離子交換膜和/或陰離子交換膜疊壓至所述電化學反應器的相應的所述陽離子交換膜和/或所述陰離子交換膜形成。