一种多功能电催化二氧化碳还原的电解池装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多功能电催化二氧化碳还原的电解池装置；包括依次设置的阳极室流通槽板、质子交换膜、阴极室流通槽板和端板部件；端板部件为端板，或为具备与阴极腔室相通的二氧化碳通道且可内置工作电极的端板结构组件。本发明专利技术可根据需求选择槽板组装实现两种电解池的切换，其中端板结构组件的S型流道槽板中间具有一个类十字架，形成四个小窗口，使得通入的气体形成扰动停留时间长，并且以碳纸作为气体扩散层与气室流道槽板、阴极室流通槽板配合使用，加强气体向碳纸扩散，减少液体向气室滲透。并且阳/阴极室流通槽板都开有气液进出口，外接蠕动泵可以实现电解质的实时更新，同时，可通过气相色谱和离子色谱检测手段实现实时在线检测分析。

【技术实现步骤摘要】
一种多功能电催化二氧化碳还原的电解池装置
本专利技术涉及电催化二氧化碳还原
，涉及一种多功能电催化二氧化碳还原(CO2RR)的电解池装置，尤其涉及一种可通过实际需求自由组装成T-EC两室(液-液)和T-GDE三室(气-液-液)的多功能电解池装置。
技术介绍
电催化CO2转化为燃料或其他有用的化学物质被认为是一种可控的、环保高效的最有希望的途径。然而，CO2固有的化学惰性及其高的键能使其活化过程特别困难，CO2电还原过程中同时伴随着H2等副产物的产生，导致了CO2电还原的法拉第效率低等问题。电催化反应的装置是重要的影响因素，例如电解质溶液的pH，气体的溶解与扩散，产物的分离检测，以及反应效率等，因此电解池装置对反应具有极为重要的影响。常用的的H型电解池是典型的两室电解池，但是阴阳两极相隔较远，传质距离大，能量损耗高，以及电解质溶度的变化，导致反应效率低，同时原料气CO2需要溶解在电解液中，而三室电解池增加了气室可以实现反应气体直接进样，常用的三室电解池是燃料电池改装的，气体流场小，有效催化面积小，会发生渗液现象，导致反应效率低。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术一种多功能电催化二氧化碳还原的电解池装置；可根据需求选择槽板组装实现两种电解池的切换，可以大大缩短阴阳两极的距离，减少传质距离和能量损耗，实时更新电解液，增加气体流场及停留时间，增大接触面积，减少渗液现象，极大增强催化反应效率。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：本专利技术涉及一种多功能电催化二氧化碳还原的电解池装置，所述装置包括依次设置且通过密封垫片实现密封的阳极室流通槽板、质子交换膜、阴极室流通槽板和端板部件；阳极室流通槽板上设有凹部，形成阳极腔室；在阳极室流通槽板上分别开有气体进出口、液体进出口和两个安装了中空螺丝的通孔，其中一个中空螺丝处插入对电极；气体进出口的设置为下进上出；阳极腔室内液体为下进上出；阴极室流通槽板内设中空的阴极腔室，在阴极室流通槽板上分别开有气体进、出口，液体进、出口和两个安装了中空螺丝的通孔，其中一个中空螺丝处插入参比电极；阴极腔室内气液均为下进上出；端板部件为端板，或为具备与阴极腔室相通的二氧化碳通道且可内置工作电极的端板结构组件。作为本专利技术的一个实施方案，端板部件为端板时，阴极室流通槽板的另一个中空螺丝处插入工作电极，工作时，二氧化碳按照下进上出的原则接入气体进、出口。作为本专利技术的一个实施方案，所述端板结构组件由气室流道槽板、工作电极固定板和工作电极组成；气室流道槽板上设置有两层凹形导流槽：矩形导流槽和气体导流槽，气体导流槽设置于矩形导流槽下层；气体导流槽内设置有挡块，能够延长气体在气体导流槽内的停留时间；气室流道槽板的两侧上、下部分别开有一个与槽板内气体流道相连通的孔(孔上安装气体流通快接头)；工作电极固定板上与工作电极上碳纸扩散层接触的位置均开有与所述气体导流槽相通的窗口；工作电极由两侧的工作电极固定板固定后，贴合放置于矩形导流槽四周的凹槽上，外侧的工作电极固定板与气室流道槽板边缘表面持平。作为本专利技术的一个实施方案，所述气体导流槽为S型导流槽；所述S型导流槽上在与工作电极上碳纸扩散层接触的部分具有一个类十字架结构，形成四个小窗口流道；工作电极固定板上与工作电极上碳纸扩散层接触的位置均开有与所述S型导流槽内四个小窗口流道相对应的四个小窗口。作为本专利技术的一个实施方案，所述工作电极由电极片和碳纸扩散层构成，所述电极片为中间设有放置碳纸扩散层的窗口的钛板。作为本专利技术的一个实施方案，所述电极片上部设有突出的细长条钛板；所述气室流道槽板上矩形导流槽的上方还设有用于放置该细长条钛板的凹槽。作为本专利技术的一个实施方案，在阳极室流通槽板一侧上、下部分别开有两个与所述阳极腔室相连通的孔，下孔安装气体流通快接头、上孔安装液体流通自锁接头，另一侧下部开有一个与所述阳极腔室相连通的孔，安装液体流通自锁接头；在阳极室流通槽板上方开有三个与所述阳极腔室相连通的孔，分别安装有两个佩带密封圈的中空螺丝和一个气体流通快接头；其中一个佩带密封圈的中空螺丝处插入对电极。作为本专利技术的一个实施方案，在阴极室流通槽板的一侧上、下部分别开有两个与所述阴极腔室相通的孔，下孔安装气体流通快接头、上孔安装液体流通自锁接头，另一侧下部开有一个与所述阴极腔室相通的孔，安装液体流通自锁接头；在阴极室流通槽板的上方开有三个与所述阴极腔室相通的孔，分别安装有两个佩带密封圈的中空螺丝和一个气体流通快接头，其中一个佩带密封圈的中空螺丝处可插入参比电极。作为本专利技术的一个实施方案，阴极室流通槽板和/或阳极室流通槽板通过设有的液体流通自锁接头与蠕动泵相连。作为本专利技术的一个实施方案，阴极室流通槽板上的上气体流通快接头与气相色谱相连接，对气体产物实时在线检测分析。作为本专利技术的一个实施方案，阴极室流通槽板上的上液体流通自锁接头与导出装置相连，定时抽取循环导出液通过离子色谱对液体产物进行检测。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：1、可通过实际需求自由组装成T-EC两室(液-液)和T-GDE三室(气-液-液)两种电解池；2、T-GDE三室电解池增加了气室不但实现反应气体直接进样，而且增加了气体流场及停留时间，增大了接触面积，减少了渗液现象，极大增强催化反应效率；具体来说，由于气室S型流道中间设有四个小窗口，与负载有催化剂的碳纸扩散层配合使用时，可以有效的增大接触面积，增加保留时间，确保气体能够充分扩散到催化剂表面，同时与工作电极组装起来，刚好能够保持整块阴极气室流道板平整，只有保留四个小窗口与阴极液室流通槽板的电解质接触，剩下所有面积气液两室都是完整贴合，有效减少了渗液现象；3、阴极液室流通槽板和阳极液室流通槽板中间仅仅通过质子交换膜(如Nafion117膜)隔开，配合使用时可以大大缩短阴阳两极的距离又互不干扰，大大缩短了传质距离，降低了不必要的能量损耗；4、阴极液室流通槽板和阳极液室流通槽板都开设有气液进出口接头，气体产物能够直接连通气相色谱，通过气相色谱和离子色谱检测手段实现实时在线检测分析；外接蠕动泵实现电解质的不断更新和液体产物的及时排出，防止电解质溶度的变化或污染，通过改善这些条件，有效避免电极中毒，且极大的提高了电催化CO2还原效率。附图说明图1是本专利技术的具体实施例的T-GDE三室示意图；图2是本专利技术的具体实施例的T-EC两室示意图；图3是本专利技术的具体实施例中阴极气室流道槽板的结构示意图；其中，1为阳极室流通槽板，2为质子交换膜，3为阴极室流通槽板，4为阴极腔室，5为气室流道槽板，6为第一工作电极固定板，7为工作电极，8为第二工作电极固定板，9为密封垫片，10为电解液循环阀，11为对电极，12为参比电极，13为端板，14为矩形导流槽，15为S型导流槽，16为凹槽。具体实施方式为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多功能电催化二氧化碳还原的电解池装置，其特征在于，所述装置包括依次设置且通过密封垫片实现密封的阳极室流通槽板、质子交换膜、阴极室流通槽板和端板部件；/n阳极室流通槽板上设有凹部，形成阳极腔室；在阳极室流通槽板上分别开有气体进、出口，液体进、出口和两个安装了中空螺丝的通孔，其中一个中空螺丝处插入对电极；气体进、出口的设置为下进上出；阳极腔室内液体为下进上出；/n阴极室流通槽板内设中空的阴极腔室，在阴极室流通槽板上分别开有气体进、出口，液体进、出口和两个安装了中空螺丝的通孔，其中一个中空螺丝处插入参比电极；阴极腔室内气液均为下进上出；/n端板部件为端板，或为具备与阴极腔室相通的二氧化碳通道且可内置工作电极的端板结构组件。/n

【技术特征摘要】
1.一种多功能电催化二氧化碳还原的电解池装置，其特征在于，所述装置包括依次设置且通过密封垫片实现密封的阳极室流通槽板、质子交换膜、阴极室流通槽板和端板部件；
阳极室流通槽板上设有凹部，形成阳极腔室；在阳极室流通槽板上分别开有气体进、出口，液体进、出口和两个安装了中空螺丝的通孔，其中一个中空螺丝处插入对电极；气体进、出口的设置为下进上出；阳极腔室内液体为下进上出；
阴极室流通槽板内设中空的阴极腔室，在阴极室流通槽板上分别开有气体进、出口，液体进、出口和两个安装了中空螺丝的通孔，其中一个中空螺丝处插入参比电极；阴极腔室内气液均为下进上出；
端板部件为端板，或为具备与阴极腔室相通的二氧化碳通道且可内置工作电极的端板结构组件。


2.根据权利要求1所述的多功能电催化二氧化碳还原的电解池装置，其特征在于，端板部件为端板时，阴极室流通槽板的另一个中空螺丝处插入工作电极，工作时，二氧化碳按照下进上出的原则接入阴极室流通槽板上的气体进、出口。


3.根据权利要求1所述的多功能电催化二氧化碳还原的电解池装置，其特征在于，所述端板结构组件由气室流道槽板、工作电极固定板和工作电极组成；
气室流道槽板上设置有两层凹形导流槽：矩形导流槽和气体导流槽，气体导流槽设置于矩形导流槽下层；气体导流槽内设置有挡块，用于延长气体在气体导流槽内的停留时间；气室流道槽板的两侧上、下部分别开有一个与槽板内气体流道相连通的孔；
工作电极固定板上与工作电极的碳纸扩散层接触的位置均开有与所述气体导流槽相通的窗口；
工作电极由两侧的工作电极固定板固定后，贴合放置于矩形导流槽四周的凹槽上，外侧的工作电极固定板与气室流道槽板边缘表面持平。


4.根据权利要求3所述的多功能电催化二氧化碳还原的电解池装置，其特征在于，所述气体导流槽为S型导流槽；所述S型导流槽上在与工作电极的碳纸扩散层接触的部分具有一个类十字架结构，形成四个小窗口流道；工作电极固定板上与工作电极的碳纸扩散层接触的位置均开有与所述S...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨颖，伍万贵，项生昌，马秀玲，
申请(专利权)人：福建师范大学，
类型：发明
国别省市：福建;35