[發明專利]光合成反應裝置、膜電極的制作方法

在審

• 申請號: 202010764121.9
• 申請日: 2020-08-01
• 公開（公告）號: CN111926344A
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 馮德強;姚偉;張策;姜文君;李龍;宋堅
• 申請（專利權）人: 中國空間技術研究院
• 主分類號: C25B3/04
• 分類號: C25B3/04;C25B9/10;C25B11/08;C25B11/06;C25B11/03;C23C14/24;C23C14/18;C23C14/16;C25D11/26;C25B11/10;C25B11/12
• 代理公司: 北京善任知識產權代理有限公司 11650
• 代理人: 張振偉

1.一種光合成反應裝置，其特征在于，所述裝置包括：

微通道反應區域載體，設置有串聯聯通或并聯聯通的第一溝道；所述第一溝道的兩端分別設置有第一反應介質進口和第一反應介質出口；

膜電極，包括離子交換膜、陽極電極材料、陰極電極材料，所述陽極電極材料和所述陰極電極材料分別熱壓于所述離子交換膜的兩側；

陽極基板，所述陽極基板的第一面上設置有容置槽，所述微通道反應區域載體容置于所述容置槽內時，所述微通道反應區域載體設置有第一溝道的一側在所述第一面顯露；

陰極基板，所述陰極基板的第二面設置有與所述微通道反應區域載體上第一溝道匹配的第二溝道；

所述陽極基板和所述陰極基板以所述第一面和第二面貼合的方式將所述膜電極夾設于所述陽極基板和所述陰極基板之間，所述陽極電極材料與所述第一溝道貼置，所述陰極電極材料與所述第二溝道貼置。

2.如權利要求1所述的光合成反應裝置，其特征在于，所述第一溝道所形成的反應面積為(10-50mm)×(10-50mm)，第一溝道的深度和寬度尺寸分別為(100-500)μm×(100-500)μm；

所述第二溝道所形成的反應面積為(10-50mm)×(10-50mm)，第二溝道的深度和寬度尺寸分別為(100-500)μm×(100-500)μm。

3.如權利要求1所述的光合成反應裝置，其特征在于，所述陽極電極材料和所述陰極電極材料的外圍還設置有密封材料。

4.如權利要求1所述的光合成反應裝置，其特征在于，所述陽極基板上設置有第一液體進口和第一產物出口，所述第一液體進口和所述第一產物出口均與所述容置槽導通；

所述微通道反應區域載體容置于所述容置槽內時，所述第一液體進口與所述第一反應介質進口聯通，所述第一產物出口與所述第一反應介質出口聯通。

5.如權利要求4所述的光合成反應裝置，其特征在于，所述陰極基板包括第二液體進口、第二產物出口和氣體進口；所述陰極基板上設置有所述第二溝道的第二反應介質進口和第二反應介質出口，以及氣液混合腔；所述氣液混合腔與所述第二反應介質進口導通；

所述第二液體進口和所述氣體進口均與所述氣液混合腔聯通，所述第二產物出口與所述第二反應介質出口聯通。

6.如權利要求1至5任一項所述的光合成反應裝置，其特征在于，所述膜電極通過以下方式制成：

采用陽極氧化法、磁控濺射、原子層沉積法或噴涂法在石英玻璃、有機玻璃或COC有機玻璃板、金屬網狀、片狀基底或碳紙基底上制備陽極電極材料；

采用電化學沉積、磁控濺射、原子層沉積法、或熱蒸鍍法在石英玻璃、有機玻璃、COC有機玻璃板或碳紙基底上制備陰極電極材料；

將離子交換膜先在酸、堿溶液中活化處理，然后在去離子水中浸泡20至40分鐘；

采用熱壓法將陽極電極材料、離子交換膜、陰極電極材料依次熱壓成一體，形成所述膜電極。

7.如權利要求6所述的光合成反應裝置，其特征在于，所述離子交換膜包括以下之一：

陽離子交換膜CEM、陰離子交換膜AEM、質子交換膜PEM、雙極膜BPM；

所述陽極材料包括以下之一：

氧化鈦薄膜、三氧化二鐵薄膜、氧化鋅薄膜、釩酸鉍薄膜、納米管、納米線；

氧化銥粉末、銥粉末、碳粉末，粉末顆粒大小為10-30nm，載量為0.2-5mg/cm²；

所述陰極材料包括以下之一：

硅、氧化亞銅、銅、金、銀、鉑、鈀及其合金的粉末、薄膜或納米線。

8.如權利要求6所述的光合成反應裝置，其特征在于，所述陽極基板和所述陰極基板為不銹鋼或氧化鋁金屬基板；所述第一面和所述第二面為拋光導電面，所述陽極電極材料和所述陰極電極材料分別與所述陽極基板和所述陰極基板的拋光導電面電導通。