用于生成氢的电解池单元制造技术

本发明专利技术涉及一种用于通过对水进行电解生成氢的电解池单元，包括由固体聚合物电解质碱性膜(4)隔开的阳极室(10)和阴极室(9)。阳极室(10)包括至少部分地浸入水层(19)中的正电极或阳极(3)，并且阴极室(9)包括负电极或阴极(2)。池单元(1)包括在第一封闭板(7)和第二封闭板(8)之间。设置在第一封闭板(7)的中心部分的拉杆(22)穿过第一封闭板(7)、池单元(1)和第二封闭板(8)。用于输送在阴极室(9)中生成的氢的中央收集器(21)与拉杆(22)同轴地布置，并且通过在拉杆(22)中形成的开口(23)与阴极室(9)连通。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于生成氢的电解池单元
本专利技术涉及一种用于通过对水进行电解生成氢的电解池单元(电解池)。
技术介绍
已知通过对水进行电解生成氢的各种方法。它们可以在下述项之间进行区分：——HHO：该技术用作电解质，即，保证电流在溶液、水溶液中的氢氧化钾KOH或氢氧化钠NaOH中通过的方法，通常按重量计在25％至35％之间。将该溶液放置在两个不锈钢电极之间，并通过向两个电极施加电压在同一容器中将水分解成氢和氧。这产生氢/氧比为2：1的潮湿气体(也含有电解质)的混合物。——碱性水电解：这种最广泛使用的技术在概念上类似于HHO方法，不同之处在于形成气态氢和气态氧的室由防止它们混合在一起的塑料材料隔膜隔开。在室的出口处放置合适的净化器，这些净化器用于通过回收电解质使液体从气体分离，并用于除去通过隔膜与氢混合的一小部分氧。——PEM：是“聚合物电解质膜”的首字母缩写。在该技术中，室被聚合物膜隔开，该聚合物膜既作为固态电解质(酸性电解膜)，又作为室的隔离物。——SOE：是“固体氧化物电解质”的首字母缩写。该技术需要使用通过蒸汽的高温(HT)，因此它也被定义为“HT-蒸汽电解”。在该技术中，电解质由陶瓷隔膜表示。——HT-碱：这是一种基于传统碱性技术通过使用高温(通常最高达400℃)改善其性能的新的、最近开发的技术。——AEM：是“碱性电解质膜”的首字母缩写，即碱与聚合物膜电解质。这是最近开发的技术，因此它仍未得到广泛应用，尽管它结合了PEM技术的优点和传统碱性技术的优点。通过电解大规模生产氢目前由传统的碱性技术支配，而对于小的应用，PEM技术非常普遍。HHO技术适于生成将其用途限制在少数特定应用中的纯度极低的气体混合物。HT-蒸汽电解(或SOE)仅用于特殊应用，而HT-碱性技术仍处于试验阶段。AEM技术最近正在开发中，但由于合适的高性能和长效阴离子交换膜(碱性)的开发，其工业应用遇到了一些问题。传统的碱性和PEM技术的主要优点来自低操作温度(分别为约80℃和50℃)，这使得可以在相较于高温技术诸如HT-蒸汽和HT-碱的热要求适度的情况下进行电解过程。此外，在传统的碱性和PEM技术中使用的电解池单元具有相对快速的启动和关闭阶段，由于它们的低操作温度，这些阶段不如在高温下工作的池单元那么关键。与SOE技术中使用的固体氧化物池单元相比，PEM技术中使用的聚合物膜池单元不那么易碎，因此它们可以用于在移动应用中和较高压力下生成氢和氧。出于实用目的，传统的碱性和PEM技术是主要由工业采用的技术，尽管AEM技术正受市场日益增长的关注。相较于碱性电解池单元，PEM池单元在可应用于市场中的专营市场(niches)的小型高效单元中提供了更好的氢生成性能，尽管许多公司正在尝试使该技术适于生产大型池单元或电解槽。此外，PEM池单元不使用液体电解质，并且具有提供高电流密度和高池单元效率的优点。上述两种技术共同的问题涉及被水蒸气饱和的所生成的氢的纯度。这在使用或储存氢之前需要干燥过程。另外的缺点涉及可能以不同方式发生的污染，这取决于技术：事实上，碱电解质非常容易吸附二氧化碳以形成碳酸盐，而酸性聚合物膜(PEM)需要使用极度纯的水，以避免在电荷转移中累积与质子竞争的阳离子，并确定池单元的电阻增加。碱性交换膜(AEM)的开发及其在碱性膜燃料电池(AMFC)中的应用受到降低材料成本的需求的驱动，从而使燃料电池与现有电池技术竞争。实际上，离聚物和膜(由开发并构成PEM技术基础的材料)的强酸性需要使用基于昂贵的贵金属(主要是铂)的催化剂，而AEM技术允许使用基于经济金属的催化剂和具有更快动力学的电极。尽管具有上述优点，但低温技术——传统碱和PEM——的总效率不大于60％，并且通过热回收可以达到72％的峰值。提高能源效率的系统之一由温度升高进行表示，就像HT-碱性技术(最高达400℃)或HT-蒸汽技术(600℃和1000℃之间)的情况一样。遗憾的是，执行这些技术的装置更复杂并且具有相当大的尺寸，因为在这些温度下，水处于气态并占据较大体积。而且，操作控制系统更为复杂。低效率的原因之一是由于以下事实：在当前工业应用中，不直接向电极供电，并且通过插入称为集电器的耦合材料将电流馈送到电极，这相当大地降低了电极的效率。通常，这些部件由镍基泡沫或网状物形成。造成上述缺点的另一原因是由于以下事实：市场上可获得的技术方案提供了聚合物膜和阳极室(正电极)之间的、防止水过滤通过膜并到达阴极的水密隔绝；该隔绝通常通过直接作用在非金属表面上的O形环密封件来实现。这也是由于需要通过表面不适合水密性要求的塑料材料使阳极与阴极电绝缘。因此，不可能实现由氢生成的高压值，其通常范围在不大于35巴的值附近。
技术实现思路
因此，本专利技术的主要目的是通过设计一种用于生成氢的电解池单元(electrolyticcell)来解决现有技术的缺点，该电解池单元可以简化电解装置的结构，同时相当大地降低生产成本。在上述目的的范围内，本专利技术的一个目的是在不改变所生成的氢的量的情况下减小池单元(cell)的大小，或者在不改变池单元相对于在参考领域中所通常使用的尺寸的大小的情况下增加氢的输出。本专利技术的另一目的是提供一种具有改进的密封性、能够承受高压值的池单元。另外的目的是增加池单元的效率。再一目的是降低氢生成过程的成本。最后但并非最不重要的目的在于设计用于生成氢的电解池单元，该电解池单元在有竞争力的成本下实现上述任务和目的，并且可以通过通常众所周知的设备、机械和装备获得。通过如权利要求1所限定的用于生成氢的电解池单元，将实现上述任务和目的，以及在以下描述中将变得更加明显的其他事项。附图说明通过以下参照附图仅通过非限制性示例说明的优选但非排他性实施方式的描述，本专利技术的另外的特征和优点将变得更加明显，其中：——图1示意性地说明了电解池单元的操作；——图2是用于生成氢的池单元组件(也定义为电解栈)的截面，包括根据本专利技术的沿着对应于电极连接销的直径平面看到的两个池单元；——图3是沿图2的池单元组件的、对应于阳极平面的平面III-III的截面；——图4是沿图2的池单元组件的、对应于阴极平面的平面IV-IV的截面；——图5是图2的对应于上部池单元的右边部分的详细图，参照图2；——图6是对应于图5的池单元的用A所示的部分的放大详细图；——图7是对应于图5的池单元的用B所示的部分的另一放大详细图。具体实施方式在转向本专利技术的详细描述之前，为了更清楚地理解本公开，在下文中参考上述附图给出了本说明书中使用的术语的定义：——电解池单元(或简单地“池单元”)：是在其中发生电解反应的容器。参考图1，根据技术，池单元1基本上由负电极2、正电极3、膜或隔膜4构成；——水电解：字面意思是“分解水”，并指示下述反应：通过该反应，水通过电流通过该水的作用而被分解成基本组分，即氢和氧；——电解栈：参考图2，电解栈5是由多个池单元构成的装置，以便获得更大的氢流量。池单元由钢6制成的双极密闭板隔开。池单元硬件(即，池单元内所有部件的组)由框架支撑，而被施加用于电解反应的电流通过集电器馈送。所有这些元件连同电极2、3和膜或隔膜4(如果有的话)包含在框架中。根据所需的氢流量，许多框架(因此许多池单元)堆叠在一起，以形成栈5。栈5在两侧由合适厚度的钢或复合材料制成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于通过对水进行电解生成氢的电解池单元，包括由固体聚合物电解质碱性膜(4)隔开的阳极室(10)和阴极室(9)，所述阳极室(10)包括至少部分地浸入水层(19)中的正电极或阳极(3)，并且所述阴极室(9)包括负电极或阴极(2)，所述池单元(1)包括在第一封闭板(7)和第二封闭板(8)之间，其特征在于，拉杆(22)设置在所述第一封闭板(7)的中心部分，所述拉杆(22)穿过所述第一封闭板(7)、所述池单元(1)和所述第二封闭板(8)，用于输送在所述阴极室(9)中生成的氢的中央收集器(21)相对于所述拉杆(22)同轴地布置，所述中央收集器(21)通过在所述拉杆(22)上获得的开口(23)与所述阴极室(9)连通。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.26 IT 1020160000076631.用于通过对水进行电解生成氢的电解池单元，包括由固体聚合物电解质碱性膜(4)隔开的阳极室(10)和阴极室(9)，所述阳极室(10)包括至少部分地浸入水层(19)中的正电极或阳极(3)，并且所述阴极室(9)包括负电极或阴极(2)，所述池单元(1)包括在第一封闭板(7)和第二封闭板(8)之间，其特征在于，拉杆(22)设置在所述第一封闭板(7)的中心部分，所述拉杆(22)穿过所述第一封闭板(7)、所述池单元(1)和所述第二封闭板(8)，用于输送在所述阴极室(9)中生成的氢的中央收集器(21)相对于所述拉杆(22)同轴地布置，所述中央收集器(21)通过在所述拉杆(22)上获得的开口(23)与所述阴极室(9)连通。2.根据权利要求1所述的电解池单元，其中，所述负电极或阴极(2)制成单体，并且所述正电极或阳极(3)制成单体。3.根据权利要求2所述的电解池单元，其中，所述阴极(2)和所述阳极(3)的分别布置在所述池单元(1)的周缘区域处和中心区域处的各个端部的表面适于经受加工以进行精密加工操作，以使所述表面适于容纳一个或多个密封件(16)。4.根据权利要求2所述的电解池单元，其中，适于分别激活氢(HER)的和氧(OER)的反应的合适催化...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔瓦尼·弗拉蒂，罗伯托·克雷莫内塞，马西米利亚诺·博恰，
申请(专利权)人：H二工程有限责任公司，
类型：发明
国别省市：斯洛文尼亚,SI