一种SPE电解槽用膜电极活化方法、应用及电解槽结构技术

一种SPE电解槽用膜电极活化方法，所述的膜电极活化为膜电极组装在SPE电解槽内进行活化；采用负载电源为SPE电解槽提供活化电流；采用供水装置为SPE电解槽阳极侧通入可控温度和流速的去离子水；采用电压、电流读数表为读取SPE电解槽负载电压、电流的值；所述的膜电极活化进行预湿处理，在施加负载电流或电压之前，SPE电解槽阳极侧通入去离子水进行SPE膜的全润湿。本发明专利技术还公开了所述方法在SPE电解槽装置制氢中的应用以及一种SPE电解槽结构。本发明专利技术有效快速地使膜电极构建了质子，电子，水和气的物质传输通道，从而大大降低欧姆阻抗和物质传输阻抗，本发明专利技术提供的膜电极活化方法可实现低成本、高活性、长寿命的SPE电解槽应用。长寿命的SPE电解槽应用。长寿命的SPE电解槽应用。

【技术实现步骤摘要】
一种SPE电解槽用膜电极活化方法、应用及电解槽结构


[0001]本专利技术属于电解水制氢
，涉及一种SPE电解槽用膜电极活化方法及其SPE电解槽结构。

技术介绍

[0002]氢能是一种清洁、高效、可再生能源，采用氢能代替化石能源，被视为是解决目前全球面临的能源短缺和环境污染问题的有效途径。电解水是制备高纯度氢气最为有效的技术之一，尤其是结合可再生能源发电技术，不仅能够有效消纳“弃电”、经济性好，而且实现了更加清洁的制氢途径，具有广阔的应用前景。
[0003]固相聚合物电解质(Solid Polymer Electrolyze,SPE)电解槽因具有体积小、结构紧凑、耐压能力强、工作电流大和制氢纯度高等优势，成为了新一代的电解水制氢装置。膜电极是电解槽的核心，由质子交换膜和其两侧的阴极和阳极催化剂涂覆层组成。水解过程中，水在膜电极中阳极催化剂涂覆层侧生成氧气和氢离子，氢离子通过质子交换膜在阴极催化剂涂覆层还原生成氢气，因此，膜电极是影响电解槽的水解效率的关键性因素。
[0004]目前SPE电解槽面临着活性不佳，耐久性弱等问题，制约了SPE电解槽的规模化发展。针对膜电极进行良好的活化处理，使膜电极构建良好质子，电子，水和气的物质传输通道，从而大大降低欧姆阻抗和物质传输阻抗，这对于制备高性能，长耐久的SPE电解槽有着极其关键的推动作用。然而，目前SPE电解槽用膜电极活化方法研究不足，亟需提出对膜电极活化方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提供一种SPE电解槽用膜电极活化方法及实现所述方法的SPE电解槽结构。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种SPE电解槽用膜电极活化方法，涉及SPE电解槽外部的负载电源，供水装置和电压、电流读数表；
[0008]其中，所述的膜电极活化为膜电极组装在SPE电解槽内进行活化；
[0009]所述的负载电源为SPE电解槽提供活化电流(电压)；
[0010]所述的供水装置为SPE电解槽阳极侧通入可控温度和流速的去离子水；
[0011]所述的电压、电流读数表为读取SPE电解槽负载电压、电流的值；
[0012]较佳地，所述的膜电极活化需进行预湿处理，在施加负载电流或电压之前，SPE电解槽阳极侧通入去离子水进行SPE膜的全润湿，通入的去离子水温度为10
‑
80℃，流速为5ml
‑
100ml/min，预湿时间为0.5
‑
24h，优选温度为60
‑
80℃，流速为10ml
‑
100ml/min，预湿时间为1
‑
4h。
[0013]较佳地，所述的活化方法包括恒电流活化方式，施加负载电流密度为1
‑
3A cm
‑2，优选2
‑
3A cm
‑2；施加恒电流活化时间为SPE电解槽电压读数在2h内保持
±
0.002V变动，表明活
化完成，SPE电解槽性能达到稳定；
[0014]较佳地，所述的活化方法包括变电流活化方式，将其初始电流密度设置为0A cm
‑2，负载电流密度经过1
‑
30个阶段递增升至3A cm
‑2，每个阶段保持恒流运行1
‑
60min，随后经过1
‑
30个阶段递从3A cm
‑2递减到0A cm
‑2，电流密度递减阶段数和递增阶段数相同，增加或降低电流密度值相同，运行时间相同；优选5
‑
15个阶段，每个阶段恒流运行时间1
‑
30min；活化时读取SPE电解槽电压读数，在2h内电压读数保持
±
0.002V变动，表明活化完成，否则重复循环所述的变电流活化方式直至SPE电解槽电压读数在2h内保持
±
0.002V变动；
[0015]较佳地，所述的活化方法也包括施加负载电压活化方法；
[0016]较佳地，所述的活化方法包括恒电压活化方式，施加电压为1.5
‑
2.0V；施加恒压活化的时间为SPE电解槽电流读数在2h内保持
±
0.002A变动，表明活化完成，SPE电解槽性能达到稳定；
[0017]较佳地，所述的活化方法包括变电压活化方式，将其初始电流密度设置为0V，负载电流密度经过1
‑
30个阶段递增升至电流密度为电压2.0V，每个阶段保持恒流运行1
‑
60min，随后经过1
‑
30个阶段递减从电压值2.0V递减到0V，电压递减阶段数和递增阶段数相同，增加或降低电压值相同，运行时间相同；优选5
‑
15个阶段，每个阶段恒流运行时间10
‑
30min，活化时读取SPE电解槽电流读数，在2h内电压读数保持
±
0.002A表明活化完成，否则重复循环所述的变压活化方式直至SPE电解槽电流读数在2h内保持
±
0.002A变动；
[0018]较佳地，所述的活化方法也可以为上述四种不同活化方式的排列组合，活化时间为直至SPE电解槽电压或电流读数在2h内保持
±
0.002V或
±
0.002A变动；
[0019]较佳地，所述的膜电极活化时需通入温度为60
‑
80℃、流速10
‑
100ml/min的去离子水；
[0020]较佳地，所述的一种SPE电解槽用膜电极活化方法是在SPE电解槽装置制氢中的应用，尤其是在高性能、长耐久的SPE电解槽中的应用。
[0021]一种SPE电解槽结构，包括绝缘面板、流场板、钛网、膜电极、碳纸及外部相连接的负载电源、供水装置和电压、电流读数表，两块绝缘面板相对设置，两块流场板相对设置于所述两块绝缘面板之间，钛网和碳纸相对设置于所述两块流场板之间，膜电极设置于所述钛网和碳纸之间；
[0022]所连接的负载电源为SPE电解槽提供活化电流(电压)；
[0023]所连接的供水装置为SPE电解槽阳极侧通入可控温度和流速的去离子水；
[0024]所连接的电压、电流读数表用于读取SPE电解槽负载电压、电流的值。
[0025]所述膜电极由SPE膜和其两侧的阴极和阳极催化剂涂覆层组成。
[0026]所述SPE膜是进行预湿处理的SPE膜。
[0027]由于采用上述技术方案，与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0028]本专利技术的提供的SPE电解槽用膜电极活化方法及其SPE电解槽有效快速构建了质子，电子，水和气的物质传输通道，从而大大降低欧姆阻抗和物质传输阻抗，使SPE电解槽能够快速得到最优性能的状态。
[0029]本专利技术的提供的SPE电解槽用膜电极活化方法简单方便，成本低，可以满足规模化推广。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种SPE电解槽用膜电极活化方法，其特征在于，所述的膜电极活化为膜电极组装在SPE电解槽内进行活化；采用负载电源为SPE电解槽提供活化电流；采用供水装置为SPE电解槽阳极侧通入可控温度和流速的去离子水；采用电压、电流读数表为读取SPE电解槽负载电压、电流的值；所述的膜电极活化进行预湿处理，在施加负载电流或电压之前，SPE电解槽阳极侧通入去离子水进行SPE膜的全润湿。2.根据权利要求1所述的SPE电解槽用膜电极活化方法，其特征在于，所述通入的去离子水温度为10
‑
80℃，流速为5ml
‑
100ml/min，预湿时间为0.5
‑
24h。3.根据权利要求1所述的SPE电解槽用膜电极活化方法，其特征在于，所述通入的去离子水温度为60
‑
80℃，流速为10ml
‑
100ml/min，预湿时间为1
‑
4h。4.根据权利要求1所述的SPE电解槽用膜电极活化方法，其特征在于，所述的活化方法为恒电流活化方式、变电流活化方式、恒电压活化方式及变电压活化方式中的至少一种。5.根据权利要求4所述的SPE电解槽用膜电极活化方法，其特征在于，所述的恒电流活化方式为：施加负载电流密度为1
‑
3A cm
‑2，施加恒流活化时间为SPE电解槽电压读数在2h内保持
±
0.002V变动，表明活化完成，SPE电解槽性能达到稳定。6.根据权利要求5所述的SPE电解槽用膜电极活化方法，其特征在于，所述的施加负载电流密度为2
‑
3A cm
‑2。7.根据权利要求4所述的SPE电解槽用膜电极活化方法，其特征在于，所述的变电流活化方式为：将其初始电流密度设置为0A cm
‑2，负载电流密度经过1
‑
30个阶段递增升至3A cm
‑2，每个阶段保持恒流运行1
‑
60min，随后再经过1
‑
30个阶段递从3A cm
‑2递减到0A cm
‑2，电流密度递减阶段数和递增阶段数相同，增加或降低电流密度值相同，运行时间相同；活化时读取SPE电解槽电压读数，在2h内电压读数保持
±
0.002V变动，表明活化完成，否则重复循环所述的变电流活化方式直至SPE电解槽电压读数在2h内保持
±
0.002V变动。8.根据权利要求7所述的SPE电解槽用膜电极活化方法，其特征在于，所述的电流密度递减阶段数...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕洪，王森，张存满，周伟，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：