[發明專利]微量氧氣發生模塊及其純氧發生系統

有效

• 申請號: 202011587435.2
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112522728B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 胡鳴若
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B9/65;C25B9/70;C25B9/19;C25B11/02
• 代理公司: 無錫盛陽專利商標事務所(普通合伙) 32227
• 代理人: 顧吉云;郭金玉

本發明提供了微量氧氣發生模塊及其純氧發生系統，其能解決因裝配問題導致的陽極側和陰極側的接觸電阻增大的技術問題。微量氧氣發生模塊，其包括依次層疊為一整體的陰極集電板、膜電極、陽極集電板和純氧集氣腔，陰極集電板和陽極集電板均設有集電線路，陰極支撐層和陽極支撐層均設有導電基底層，其特征在于：導電基底層的硬度低于集電線路的硬度，在束縛件包裹所提供的預緊力作用下，集電線路與導電基底層相互擠壓并且能夠維持部分或全部嵌入導電基底層的狀態。集電線路能夠部分或全部嵌入導電基底層，集電線路與導電基底層相鄰的一側端面能夠被導電基底層完全貼合，兩者形成緊密的接觸，進而能夠減小陰極側和陽極側的接觸電阻。

技術領域

本發明涉及通過電化學方法制造微流量純氧的技術領域，尤其涉及微型便攜式制氧裝置，具體涉及微量氧氣發生模塊及其純氧發生系統。

背景技術

中國專利CN103173781A公開了通過在多孔氣體端板、膜電極、氧氣端板和內部集氣底座的外部纏繞絕緣帶，使多孔氣體端板與陰極氣體擴散層緊密貼合，在外部纏繞的絕緣帶的束縛下，多孔氣體端板會微微拱起，在多孔氣體端板和陰極氣體擴散層之間會形成微縫隙，該微縫隙只有在顯微條件下才能發現，肉眼無法識別，導致接觸電阻增大，集電效果很差。在此基礎上，中國專利CN105040021B公開了純氧發生組件的結構及包含該組件的微氧治療儀，該發明在氣體端板和膜電極（陰極氣體擴散層一側）之間設置金屬墊片，在絕緣帶的束縛下，金屬墊片很容易與氣體端板以及陰極氣體擴散層緊密貼合，進而減小接觸電阻、降低組件的輸入電壓、增強集電效果，從而減緩組件的電化學腐蝕速度，延長組件使用壽命。

但是我們在批量試生產的過程中發現：采用金屬墊片后，金屬墊片需要居中于陰極氣體擴散層、且金屬墊片的四條邊需要基本與陰極氣體擴散層的4條邊平行，如果不是這樣放置，也就是說在兩者之間產生了錯位現象，那么在纏繞絕緣帶后，絕緣帶所施加的預緊力不能通過無孔氣體端板均勻施加在金屬墊片上，因此會發生比原來沒有使用金屬墊片更大的接觸電阻的情況，即，采用顯微的方法觀察后可以發現在發生錯位現象后，不僅金屬墊片與陰極氣體擴散層之間會出現微縫隙，而且在金屬墊片和無孔氣體端板之間會出現另一條額外的微縫隙，這兩條微縫隙引起了兩個接觸電阻，因此發生了比原來沒有使用金屬墊片更大的接觸電阻的情況，從而使整個純氧發生組件正負極兩端的電壓升高，因此處于正極高電位處的陽極所受到電位升高，陽極（正極）處的電化學腐蝕速率增加，陽極催化劑逐步失效，從而使純氧發生組件氧氣流量減小甚至不出氧。雖然能夠設計專用夾具，并且通過導電粘結劑將預先將金屬墊片與陰極氣體擴散層連接，以防止在疊放、裝配時發生錯位，但該操作會大幅降低產品的生產效率，并且成本較高。

另外，以下兩種情況也會導致陽極（正極）處的電化學腐蝕速率增加，從而使純氧發生組件的使用壽命縮短。

傳統的微量氧氣發生模塊的陰極催化層是直接與環境空氣接觸的，空氣中的有害氣體（例如一氧化碳、甲醛等）能使陰極催化劑中毒，從而使陰極過電位增大，不僅發生氧氣流量減少的現象，而且伴隨著整個微量氧氣發生模塊正負極兩端的電壓升高，處于正極高電位處的陽極所受到的電位升高，將導致陽極（正極）處的電化學腐蝕速率增加，從而使純氧發生組件的使用壽命縮短。

微量氧氣發生模塊陽極側的電化學反應（參見專利CN201010543777.4）是將水分子分解為氧氣、氫離子和電子，陰極側的電化學反應是將空氣中的氧氣、氫離子和電子合成為水分子，在低濕度情況下，傳統的微量氧氣發生模塊陰極側產生的水分子會擴散至空氣中，通過質子交換膜傳遞到陽極的水分子數量減少，不僅產氧量會減少，而且質子交換膜在低濕度情況下質子電阻的增加，導致微量氧氣發生模塊的輸入電壓的升高，處于正極高電位處的陽極所受到的電位升高，將導致陽極（正極）處的電化學腐蝕速率增加，從而使純氧發生組件的使用壽命縮短。

發明內容

本發明提供了微量氧氣發生模塊及其純氧發生系統，其能解決因裝配問題導致的陽極側和陰極側的接觸電阻增大的技術問題。