用于臭氧生成的电解池制造技术

一种电解池，包括至少一个独立的金刚石电极和由膜分隔开的第二电极，第二电极也可以是独立的金刚石电极。电解池能够以至少约1安培每平方厘米的电流密度传导持续的电流。具有两个金刚石电极的电解池的操作方法包括交替地反转电极上的电压极性。

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请日为2011年12月2日申请号为201180065579.4专利技术名称为“用于臭氧生成的电解池”的申请的分案申请。相关申请本专利申请要求61/419,574号美国临时专利申请的优先权，其提交于2010年12月3日，题为“用于臭氧生成的电解池”，并冠名威廉·J·约斯特三世、卡尔·大卫·卢茨，杰夫·布斯、唐·布德罗和尼克·兰黛为专利技术人[从业者文档3503/103]，其中的公开内容全部以参引的方式并入于此。
本专利技术涉及电解池，更具体地，涉及具有固体电解质膜的生成臭氧的电解池。
技术介绍
电解池可用于生产各种化学品(例如化合物和元素)。电解池的应用之一是生产臭氧。臭氧能有效地杀灭病原体和细菌，被认为是一种有效的消毒剂。美国食品和药物管理局(FDA)批准使用臭氧作为用于食品接触表面和直接应用于食品的消毒杀菌剂。因此，电解池已被用于产生臭氧并将臭氧直接溶解进水源中，从而从水中除去病原体和细菌。其结果是，电解池已应用于瓶装水产品和工业供水的净化。
技术实现思路
在第一实施方式中，提供了一种用于生成臭氧的电解池。该电解池包括：包含独立的(free-standing)金刚石材料的阳极(第一电极)，与第一电极间隔开的阴极，以及质子交换膜。质子交换膜在阳极和阴极之间，并将阳极和阴极分隔开。在一些实施方式中，阴极还包括独立的金刚石材料，电解池配置成在阳极和阴极之间反转极性。在一些实施方式中，独立的金刚石材料包括掺杂硼的金刚石材料。在一些实施方式中，阳极和阴极是流体连通的，以接收来自共同来源的水，在一些实施方式中，电解池配置为将源水流分割为第一水流和第二水流，其中第一水流供给到阳极，第二水流供给到第二电极。在一些实施方式中，该电解池配置为在第一水流和第二水流中的至少一个提供有臭氧之后，使得第一水流和第二水流汇合。在另一些实施方式中，所汇合的水流供给到容纳水的腔室，腔室内的水由臭氧净化。在一些实施方式中，电解池被配置为安装于管中。在另一些实施方式中，电解池没有阴极电解质溶液液和阴极电解质储层。在一些实施方式中，独立的金刚石材料包括掺杂硼的金刚石材料，其厚度在约100微米与约700微米之间。某些实施方式还包括圆柱形外壳、第一半圆形框架部件以及第二半圆形框架部件。在一些实施方式中，阳极、阴极和膜夹在第一半圆形框架部件和第二半圆形框架部件之间，阳极、阴极、膜、第一半圆形框架部件和第二半圆形框架部件位于圆柱形外壳内。在另一些实施方式中，第一半圆形框架部件和第二半圆形框架部件中的至少一个是可延展的，以在阳极、阴极和膜上产生压缩力。在另一实施方式中，一种金刚石电极包括独立的金刚石材料，该金刚石材料具有第一侧、与第一侧相对的第二侧，该金刚石材料的厚度至少约100微米。该电极还包括耦合到独立的金刚石材料的第一侧的电流扩展器(currentspreader)。该电流扩展器具有电接点，并可以具有网状结构或框架结构。在该实施方式中，电极能够通过独立的金刚石材料传导至少约1安培每平方厘米的电流密度几小时(即，持续电流密度)，而不降低电极的导电量或臭氧产生能力。在另一实施方案中，独立的金刚石材料具有至少约200微米的厚度。在另一实施方式中，一种操作电解池的方法包括提供电解池，其具有金刚石材料的第一电极、金刚石材料的第二电极、以及在第一电极和第二电极之间并将第一电极和第二电极分隔开的膜。该实施方式还包括在第一时间在第一电极和第二电极之上提供电压差，其中该电压差具有第一极性，然后在第一时间之后的第二时间，反转第一电极和第二电极之上的电压差的极性。在第二时间，电压差具有第二极性。然后，该方法在第二时间之后的第三时间反转第一电极和第二电极之上的电压差的极性，使得电压差在第三时间具有第一极性。一些实施方式包括周期性地反转电压差的极性，使得电压差在第一极性和第二极性之间周期性地轮换。在一些实施方式中，电压差产生经过第一金刚石材料的电流，其中在第一时间和第二时间之间的整个时间间隔之中，经过第一金刚石材料的电流具有至少约1安培每平方厘米的电流密度。某些实施方式还将水供给到电解池，其中所有的水从单一来源供给，并将水分割成两个流束，其中第一流束接触第一电极，第二流束接触第二电极。第一流束和第二流束由膜分隔开。然后，该方法在第一电极处将臭氧引入到第一流束中，然后在引入臭氧后合并第一流束和第二流束以产生汇合流束。一些实施方式将汇合流束引导至保持腔室。另一些实施方式还向保持腔室提供额外的水，额外的水由臭氧净化。附图说明参考下面的详细描述，实施方式的上述特征将更容易被理解，参考附图，其中：图1A和1B示意性地示出了按照第一实施方式的电解池；图2示意性地示出了具有独立的金刚石的电极；图3示意性地示出了现有技术的层叠电极；图4A-4D示意性地示出了电流扩展器的各种视图；图5示意性地示出了按照另一实施方式的电解池；图6示意性地示出了按照另一实施方式的电解池；图7示意性地示出了在一外壳之内的电解池的实施方式；图8示意性地示出了在一外壳之内的电解池的替换实施方式；图9示意性地示出了在一管内的电解池的实施方式；图10示意性地示出了在一系统内的电解池的实施方式；以及图11示出了操作电解池的方法。具体实施方式根据一个实施方式，用于在流动的水中生成臭氧的电解池包括至少一个独立的金刚石电极。独立的金刚石电极比从前已知的电极具有明显更高的功率处理能力，其中包括能够产生更多的臭氧。图1A中示意性地例示了电解池100的一个实施方式，图1B中示意性地例示了该电解池100的横截面，露出电解池100的内部组件。如图1B所示，电解池100具有两个电极：阳极101和阴极102。在本实施方式中，阳极101是掺杂硼的独立的金刚石阳极，而阴极102是由钛或其他导电材料形成的。阳极101和阴极102可以包括通孔特征110，以增加其表面积并让水通过其中。为了形成臭氧，将水源供给到电解池100，正电位被施加到阳极，而一不同的电位被施加到阴极102，从而制造阳极101和阴极102之上的电压差(或电位差)。在图1中所示的实施方式中，通过阳极和阴极接点103、104施加电位。在电解池100的阳极侧，电位差将水分子分解为1)氧和2)氢阳离子。氧形成臭氧，溶解入水中。氢阳离子被施加到阴极102的负电位从电解池的阳极侧拖到阴极侧。一旦到了电解池的阴极侧，阳离子形成氢气泡。为了便于质子(例如氢阳离子)从阳极101到阴极102的移动，在一些实施方式中，使用固体膜105作为固体电解质，并将其放在阳极101和阴极102之间(例如质子交换膜(PEM)，如)。此外，在某些情况下，膜105用作为阻挡物将电解池100阴极侧的源水流与电解池阳极侧的来源水分隔开。为了提供膜105的结构完整性，膜还可以包括支持基体(未示出)。如所例示的，膜105在电极101和102以及触点103和104之间。事实上，这种结构可以描述为膜被“夹”在电极之间，电极101、102和膜105的布置，和/或电极101、102、膜105和触点103、104的布置，可被描述为形成电极夹层。然而，夹层并不限于这些组件，各种实施方式可以在夹层堆叠中包括其它组件或层。在图1A和1B的实施方式中，电解池100包括阳极框架106和阴极框架107。框架106、107均定位了阳极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生成臭氧的电解池，该电解池包括：包括独立的金刚石材料的第一电极；与所述第一电极间隔开的第二电极；以及将所述第一电极和所述第二电极分隔开的质子交换膜，所述质子交换膜在所述第一电极和所述第二电极之间。

【技术特征摘要】
2010.12.03 US 61/419,5741.一种用于生成臭氧的电解池，该电解池包括：包括独立的金刚石材料的第一电极；与所述第一电极间隔开的第二电极；以及将所述第一电极和所述第二电极分隔开的质子交换膜，所述质子交换膜在所述第一电极和所述第二电极之间。2.如权利要求1所述的电解池，其中，阴极包括独立的金刚石材料，所述电解池配置成在所述第一电极和所述第二电极之间反转极性。3.如权利要求1所述的电解池，其中，所述独立的金刚石材料包括硼掺杂的金刚石材料。4.如权利要求1所述的电解池，其中，所述第一电极和所述第二电极是流体连通的，以接收来自共同来源的水。5.如权利要求4所述的电解池，其中，所述电解池配置成将...

【专利技术属性】
技术研发人员：威廉姆·J·约斯特，卡尔·大卫·鲁兹，杰弗里·D·布斯，唐纳德·J·邦德鲁，尼古拉斯·R·劳德，
申请(专利权)人：电解臭氧有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US