本发明专利技术公开了一种基于电源切换的无膜电解水制氢装置，涉及水电解技术领域。包括电解槽、双极电极和电极组，电解槽中间通过镍板分隔为左室和右室；左室和右室中均填充有碱性电解液；左室和右室的上端均设有气液混合出口；双极电极设置在镍板的两侧，两电极组分别设置在左室和右室中，并与电解电源的正/负极连接。本发明专利技术通过将电极组分别串联继电器与电解电源的正负极连接，通过切换电解电源的正负极实现电解室的循环析氢析氧，实现了无电解膜、高压情况下同步分室循环完成电解水产氢和产氧，实现了低成本、低能耗、稳定的电解水制氢，并且无需切换双极电极，解决了密封问题。解决了密封问题。解决了密封问题。
【技术实现步骤摘要】
一种基于电源切换的无膜电解水制氢装置
[0001]本专利技术属于水电解
，特别是涉及一种基于电源切换的无膜电解水制氢装置。
技术介绍
[0002]在化石能源总量有限且产生大量污染排放的情况下，氢能被认为是连接化石能源向可再生能源过渡的重要桥梁，氢源开发和制氢环节是发展“氢能经济”的首要前提。目前，工业上主要采用化石燃料重整制氢，从环境保护和能量损耗的角度来看，都不符合可持续发展的要求。而相较于传统的制氢工艺，电解水制氢不仅原料来源广泛、价格低廉，而且制备过程清洁、产品纯度高；此外，驱动水分解的电能还可由太阳能、风能、水力能和地热能等新能源转换而来。这些可持续能源之间的转换，不仅可以实现可再生能源通过电解水转化为化学燃料的存储，同时也弥补了能源在时间和空间上可持续供应的差距，因而被公认为最有发展前景的绿色制氢路线。
[0003]常规的电解水制氢必须采用离子交换膜以分隔氢气和氧气，离子交换膜价格昂贵，增加了电解制氢的成本，同时膜的使用增加了体系内阻，提升了能耗，传统的电解水过程需要非常稳定的功率输入，以确保H2和O2产率达到平衡，降低膜两侧的压力差。然而，相较于析氢过程，析氧过程表现出较慢的动力学特征；随着输入功率的变化，析氢/析氧过程的响应速率不同，势必会造成膜两侧瞬间压差增加，进而导致膜的破损和气体混合的危险，另外，由于H2、O2和电解水催化剂的共同存在会产生活性氧，它对离子交换膜会有降解作用，因而降低了膜的使用寿命。
[0004]针对这一技术难题，近年来，两步法电解水制氢技术应运而生，两步法基于三个电极：析氢电极、析氧电极，发泡镍及掺杂钴等电极，碱液中镍表面发生阳极氧化生成Ni(OH)2/NiOOH氧化物覆盖层。发泡镍电极通过进行“间隔插入式”或“连续旋转式”切换，分别产氢产氧，使电解过程持续进行。这种发泡镍电极经常切换产生的问题是高压力下的彻底密封问题。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于电源切换的无膜电解水制氢装置，通过将电极组分别串联继电器与电解电源的正负极连接，通过切换电解电源的正负极实现电解室的循环析氢析氧，实现了无电解膜、高压情况下同步分室循环完成电解水产氢和产氧，实现了低成本、低能耗、稳定的电解水制氢，并且无需切换双极电极，解决了密封问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0007]本专利技术为一种基于电源切换的无膜电解水制氢装置，包括电解槽，所述电解槽中间通过镍板分隔为左室和右室；所述左室和右室中均填充有碱性电解液；所述左室和右室的上端均设有一气液混合出口；双极电极，所述双极电极设置在镍板的两侧，所述双极电极的两端分别插入左室和右室中；电极组，两所述电极组分别设置在左室和右室中；所述左室
的电极组串联第一继电器至电解电源的正极；所述左室的电极组串联第二继电器至电解电源的负极；所述右室的电极组串联第三继电器至电解电源的负极；所述右室的电极组串联第四继电器至电解电源的正极。
[0008]进一步地，所述电极组采用双功能电极或者采用一个析氧电极和一个析氢电极组成的组合电极。
[0009]进一步地，所述电极组采用双功能电极时；
[0010]所述左室的双功能电极的上端串联第一继电器至电解电源的正极；所述左室的双功能电极的上端还串联第二继电器至电解电源的负极；
[0011]所述右室的双功能电极的上端串联第三继电器至电解电源的负极；所述右室的双功能电极的上端还串联第四继电器至电解电源的正极。
[0012]进一步地，所述电极组采用一个析氧电极和一个析氢电极组成的组合电极时；
[0013]所述左室的析氧电极的上端串联第一继电器至电解电源的正极；所述左室的析氢电极的上端串联第二继电器至电解电源的负极；
[0014]所述右室的析氢电极的上端串联第三继电器至电解电源的负极；所述右室的析氧电极的上端串联第四继电器至电解电源的正极。
[0015]进一步地，所述双功能电极的材质为过渡金属的氢氧化物/氧化物、硫属化合物、磷化物、硼化物和它们的混合物。
[0016]进一步地，所述双极电极的材质为泡沫镍及掺杂钴，在碱液中镍表面发生阳极氧化生成Ni(OH)2/NiOOH氧化物覆盖层。
[0017]本专利技术具有以下有益效果：
[0018]本专利技术通过将电极组分别串联继电器与电解电源的正负极连接，通过切换电解电源的正负极实现电解室的循环析氢析氧，实现了无电解膜、高压情况下同步分室循环完成电解水产氢和产氧，实现了低成本、低能耗、稳定的电解水制氢，并且无需切换双极电极，解决了密封问题。
[0019]当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为采用双功能电极的一种基于电源切换的无膜电解水制氢装置的结构示意图；
[0022]图2为采用单功能析氧/析氢电极的一种基于电源切换的无膜电解水制氢装置的结构示意图。
具体实施方式
[0023]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0024]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0025]实施例1：
[0026]请参阅图1
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2所示，本专利技术为一种基于电源切换的无膜电解水制氢装置，包括电解槽，电解槽中间通过镍板3分隔为左室1和右室2；左室1和右室2中均填充有碱性电解液；左室1和右室2的上端均设有一气液混合出口7；
[0027]双极电极4，双极电极4设置在镍板3的两侧，双极电极4通过螺栓固定的镍板3两侧；双极电极3的两端分别插入左室1和右室2中；双极电极4的材质为泡沫镍及掺杂钴，在碱液中镍表面发生阳极氧化生成Ni(OH)2/NiOOH氧化物覆盖层；
[0028]电极组，两电极组分别设置在左室1和右室2中；左室1的电极组串联第一继电器K1至电解电源5的正极；左室1的电极组串联第二继电器K2至电解电源5的负极；
[0029]右室2的电极组串联第三继电器K3至电解电源5的负极；右室2的电极组串联第四继电器K4至电解电源5的正极。
[0030]电极组采用双功能电极8或者采用一个本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于电源切换的无膜电解水制氢装置，其特征在于：包括电解槽，所述电解槽中间通过镍板(3)分隔为左室(1)和右室(2)；所述左室(1)和右室(2)中均填充有碱性电解液；所述左室(1)和右室(2)的上端均设有一气液混合出口(7)；双极电极(4)，所述双极电极(4)设置在镍板(3)的两侧，所述双极电极(3)的两端分别插入左室(1)和右室(2)中；电极组，两所述电极组分别设置在左室(1)和右室(2)中；所述左室(1)的电极组串联第一继电器(K1)至电解电源(5)的正极；所述左室(1)的电极组串联第二继电器(K2)至电解电源(5)的负极；所述右室(2)的电极组串联第三继电器(K3)至电解电源(5)的负极；所述右室(2)的电极组串联第四继电器(K4)至电解电源(5)的正极。2.根据权利要求1所述的一种基于电源切换的无膜电解水制氢装置，其特征在于，所述电极组采用双功能电极(8)或者采用一个析氧电极(9)和一个析氢电极(10)组成的组合电极。3.根据权利要求2所述的一种基于电源切换的无膜电解水制氢装置，其特征在于，所述电极组采用双功能电极(8)时；所述左室(1)的双功能电极(8)的上端串联第一继电器(K1)至电解电源(5)的正极；所述左室(1)的双功能电极(8)的...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈长伦，何建波，丁军，赵梦杰，项婷，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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