[發明專利]一種電解水雙功能電極結構

在審

• 申請號: 202110448456.4
• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN113106485A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 王鵬杰;王金意;張暢;任志博;徐顯明
• 申請（專利權）人: 中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司
• 主分類號: C25B11/052
• 分類號: C25B11/052;C25B1/042;C25B1/23;C25B11/075;C25B11/089;C25B11/081;C25B11/091;C25B11/097;C07C1/12;C07C9/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 張海平

本發明公開了一種電解水雙功能電極結構，包括電解催化層和合成催化層，該結構能夠實現電解水蒸氣和二氧化碳直接產生甲烷。

技術領域

本發明屬于高溫電解制氫技術領域，涉及一種電解水雙功能電極結構。

背景技術

目前，電解水制氫技術主要分為三種，堿性電解水制氫技術、質子交換膜電解水制氫技術和高溫電解水制氫技術。前兩種電解水制氫技術，屬于低溫電解水技術范疇，以液態水為電解原料，電解效率相對于高溫電解水制氫效率較低，高溫電解水可以以水蒸氣為原料，可以利用發電廠、化工廠等副產的蒸汽進行電解。

高溫電解水制氫技術又包括高溫熔融碳酸鹽電解水制氫技術和高溫固體氧化物電解水制氫技術，這兩種技術如果以水蒸氣為原料，其電解產物為氫氣和氧氣，如果以水蒸氣加二氧化碳為原料，還可產生合成氣和氧氣。合成氣作為重要的化工原料，可以進一步生產甲烷、甲醇等化工產品。

但是目前這兩種技術所用的陰極材料均為單一功能電極，不能直接產出甲烷等化工產品。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供了一種電解水雙功能電極結構，該結構能夠實現電解水蒸氣和二氧化碳直接產生甲烷。

為達到上述目的，本發明所述的電解水雙功能電極結構包括電解催化層和合成催化層。

電解催化層處，在外加電解電壓時發生的反應為：

CO₂+H₂O＝CO+H₂+O^2- (1)。

電解催化層處，在外加電解電壓時發生的反應為：

3CO₂+H₂O＝CO+H₂+2CO₃^2- (2)。

在合成催化層處，在電解池工作溫度下發生的反應為：

CO+3H₂＝CH₄+H₂O (3)。

電解催化層的孔隙率為20～80％，電解催化層的材質為鎳、鉑、銥、鎳鈷、鎳鋁、鎳鉻及鎳銥鋯中的一種或多種組合。

合成催化層包括基底材料以及附著于基底材料內部孔道中的活性物質組成；

基底材料的材質為氧化鈦、氧化鋁、氧化鐵或偏鋁酸鋰；

活性物質為指鉑、銠、鎳或任意多種的合金；

活性物質在多孔基底材料內部孔道中的擔載量為5～25％。

電解催化層的材質為鎳銥鋯催化劑；

合成催化層的活性組分為鉑。

電解催化層的孔隙率為50％。

電解催化層的材質為鎳催化劑；

合成催化層的活性組分是鉑鎳合金。

電解催化層的孔隙率為70％。

本發明具有以下有益效果：

本發明所述的電解水雙功能電極結構在具體操作時，在外加電解電壓下，通入二氧化碳和水蒸氣發生反應，產生的CO₃^2-通過電解質層傳遞至陽極，生成氧氣和二氧化碳，然后在合成催化層的作用下生成甲烷，操作方便，便于推廣及應用。

附圖說明

構成本發明的一部分的說明書附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中：