[發明專利]一種基于雙極電極體系電解水制氫裝置

有效

• 申請號: 202111044964.2
• 申請日: 2021-11-30
• 公開（公告）號: CN113862690B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 陳長倫;何建波;丁軍;趙夢杰;陳秋遠;項婷
• 申請（專利權）人: 合肥綜合性國家科學中心能源研究院（安徽省能源實驗室）
• 主分類號: C25B9/30
• 分類號: C25B9/30;C25B11/036;C25B1/04;C25B15/023
• 代理公司: 合肥洪雷知識產權代理事務所(普通合伙) 34164
• 代理人: 郎海云

本發明公開了一種基于雙極電極體系電解水制氫裝置，涉及水電解技術和氫能源領域。本發明包括三個電極：析氫陰極、析氧陽極、以及雙極電極。雙極電極置于電解槽中部，將電解槽中的堿液完全分隔，構成陰極析氫室和陽極析氧室，使氫氣和氧氣完全隔離。雙極電極材質為泡沫鎳及摻雜鈷，堿液中鎳表面發生陽極氧化生成Ni(OH)₂/NiOOH氧化物覆蓋層。電解水時，與析氫相對的鎳表面發生Ni(OH)₂到NiOOH的陽極反應，與析氧相對的鎳表面發生逆向的陰極反應，即一體雙側雙極。雙極電極與智能切換控制機構連接，對雙極電極兩側進行“間隔換邊式”或“連續旋轉式”的切換，使電解過程持續進行。本發明采用一塊金屬代替離子隔膜，同步分室完成產氫和產氧，降低隔離成本，提高效率。

技術領域

本發明屬于水電解技術領域，特別是涉及一種基于雙極電極體系電解水制氫裝置。

背景技術

能源是發展國民經濟、提高人民生活質量的重要物質基礎，是直接影響經濟發展的重要制約因素，同時也是國家戰略安全保障的基礎之一。為解決經濟發展與能源短缺及環境污染之間日益加劇的矛盾，開發清潔、高效、可持續發展的新能源動力技術已成為十分緊迫的任務。發展可再生能源和能源的清潔高效利用將是當今國際社會所面臨的重要現實問題，對整個世界經濟的可持續發展具有重要意義。氫能源作為高效、潔凈和理想的二次能源已經受到了全世界的廣泛重視。大規模、廉價地生產氫氣是開發和利用氫能的重要環節之一。

如中國公開號CN105734600B公開一種三電極體系雙電解槽兩步法電解水制氫的裝置及方法。該電解裝置包含兩個獨立的電解槽(槽-1和槽-2)、析氫催化電極、析氧催化電極和氫氧化鎳電極以及堿性電解質。該電解裝置把電解水過程分為產氫和產氧兩個步驟，并分別在兩個電解槽(槽-1和槽-2)中交替進行；不能同時進行產氫和產氧，生產效率慢。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于雙極電極體系電解水制氫裝置，采用一塊金屬代替離子隔膜將電解槽中的堿液完全分隔，以泡沫鎳及摻雜Co等材質為雙極電極，通過兩個電極端進行切換的活動電極的設置，同步分室完成產氫和產氧，降低隔離成本，提高生產效率和安全性。

為解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明為一種基于雙極電極體系電解水制氫裝置，包括電解槽：電解槽內設置一金屬材質的隔板并通過隔板分隔成獨立的陽極析氧室和陰極析氫室；

三個電極：對電解水生成氫氣具有催化作用的析氫催化電極、對電解水生成氧氣具有催化作用的析氧催化電極、以及雙極電極；

堿性電解液：在陽極析氧室中的產氧氣，在陰極析氫室中的產氫氣；所述雙極電極為一可將位于所述陽極析氧室和陰極析氫室的兩個電極端進行切換的活動電極；所述雙極電極連接有控制雙極電極兩個電極端進行切換插入所述陽極析氧室和陰極析氫室的電極控制切換機構。

進一步地，所述雙極電極為一圓柱狀結構；所述隔板上設置有與雙極電極相配合的且呈豎直狀設置的槽道；所述雙極電極的頂部連接所述電極控制切換機構，所述電極控制切換機構為一包括電性連接的轉動電機A和處理器；所述雙極電極的材質為泡沫鎳及摻雜鈷，在堿液中鎳表面發生陽極氧化生成Ni(OH)₂/NiOOH氧化物覆蓋層。

進一步地，所述雙極電極包括一U型電極本體，所述U型電極本體具有可分別插入陽極析氧室和陰極析氫室內的第一電極段和第二電極段；所述第一電極段和第二電極段均為泡沫鎳，堿液中鎳表面發生陽極氧化生成 Ni(OH)2/NiOOH氧化物覆蓋層；所述U型電極本體的端部連接所述電極控制切換機構，所述電極控制切換機構包括一與U型電極本體連接的絕緣基板以及處理器，所述絕緣基板的上連接有電動伸縮機構，所述電動伸縮機構的端部連接有轉動電機B；還包括設置所述陽極析氧室和陰極析氫室交匯處一側的L型支架，所述轉動電機B安裝在所述L型支架上；且所述處理器分別連接電動伸縮機構和轉動電機B。