基于三电极体系的两步法电解水制氢的电解槽及其应用制造技术

本申请公开了一种基于三电极体系的两步法电解水制氢的电解槽，该电解槽至少包括：析氢阴极、析氧阳极、NiOOH/Ni(OH)2复合电极、筒体组件、法兰盖组件、绝缘组件等。该电解槽适用于单电解槽三电极体系的两步法电解制氢路线。通过上述方式，本申请电解槽采用单个筒体本体的结构，且无需在电解槽内部增加执行机构，能够满足电化学法两步产生氢气的应用需求。本申请电解槽在使用上操作简单并具备安全性与高效能，能满足电子业制程气体、分析设备、合成用氢气或其它作业的需求。氢气或其它作业的需求。氢气或其它作业的需求。

【技术实现步骤摘要】
基于三电极体系的两步法电解水制氢的电解槽及其应用


[0001]本申请涉及电解制氢
，具体涉及一种基于三电极体系的两步法电解水制氢的电解槽及其应用。

技术介绍

[0002]在“双碳”战略要求的背景下，各行业寻求新的途径减少化石燃料的利用，大力发展新能源，氢气作为一种无污染、来源广的能量载体受到广泛关注。氢气从产生方式分为绿氢、蓝氢和灰氢，其中绿氢是指产生过程中没有碳排放产生的氢气，目前主要指电解水制氢技术。现有的可大规模使用的电解水制氢技术只有碱性制氢，然而为了保证氢气的纯度及生产氢气的安全，需要在电解槽内设置隔膜，从而使电解产生的氢气和氧气分离，但同时出现了膜电阻增加了能耗。

技术实现思路

[0003]本申请的目的在于提出一种可靠性高的基于三电极体系的两步法电解水制氢的电解槽的设计方案，旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0004]为达到上述目的，本申请提出一种基于三电极体系的两步法电解水制氢的电解槽，至少包括：三电极组件、筒体组件以及法兰盖组件；
[0005]所述三电极组件包括：析氧阳极、析氢阴极以及NiOOH/Ni(OH)2复合电极，所述析氧阳极、所述NiOOH/Ni(OH)2复合电极和所述析氢阴极间隔层叠设置，且NiOOH/Ni(OH)2复合电极安装于其他两种电极之间；
[0006]所述筒体组件包括：筒体本体以及位于筒体本体两侧的两个筒体法兰，所述筒体本体上设有进液口和排液口，所述筒体本体用于盛装碱性电解液，其中，三电极组件放置在所述筒体内；/>[0007]所述法兰盖组件包括两个法兰盖，两个所述法兰盖分别通过紧固件与两个所述筒体法兰紧固连接，其中电极外接的法兰盖上开设有穿线孔a1、a2和a3；
[0008]其中，所述析氧阳极、所述析氢阴极、所述NiOOH/Ni(OH)2复合电极的电极引出线分别穿过所述穿线孔a1、a2、a3，并外露于所述法兰盖外侧面，所述电极引出线用于外接电源，以使所述析氢阴极、所述NiOOH/Ni(OH)2复合电极以及所述电源组成第一电路，所述析氧阳极、所述NiOOH/Ni(OH)2复合电极以及所述电源组成第二电路，当所述电解槽处于析氢工作状态时所述第一电路闭合且所述第二电路断开，当所述电解槽处于析氧工作状态时所述第二电路闭合且所述第一电路断开。
[0009]进一步地，所述筒体法兰与所述法兰盖之间设有密封垫片。
[0010]进一步地，所述析氧阳极上设有m个第一定位通孔，所述NiOOH/Ni(OH)2复合电极上设有m个第二定位通孔，所述析氢阴极上设有m个第三定位通孔；
[0011]所述电解槽还包括绝缘组件，所述绝缘组件包括m个第一定位绝缘螺杆，所述第一定位绝缘螺杆的外圆周上设有绝缘定位套筒，其中，m个第一定位绝缘螺杆分别依次穿过m
个第一定位通孔、m个第二定位通孔和m个第三定位通孔，所述绝缘定位套筒将所述析氧阳极、所述NiOOH/Ni(OH)2复合电极和所述析氢阴极固定在所述第一定位绝缘螺杆的预设位置上，以使所述NiOOH/Ni(OH)2复合电极、所述析氧阳极、所述NiOOH/Ni(OH)2复合电极和所述析氢阴极间隔层叠设置。
[0012]进一步地，所述电解槽还包括绝缘组件，所述绝缘组件还包括：底部绝缘支撑板、多个中间绝缘支撑板、n个第二定位绝缘螺杆；
[0013]其中，所述底部绝缘支撑板的边缘和多个所述中间绝缘支撑板的边缘均与所述筒体本体的内壁面卡接，所述中间绝缘支撑板上开设有通槽以及分布在所述通槽四周的n个第四定位通孔，所述底部绝缘支撑板上开设有n个第五定位通孔；
[0014]其中，所述三电极组件分别穿过多个所述中间绝缘支撑板的通槽，且所述三电极组件一端抵接在所述底部绝缘支撑板上；
[0015]n个第二定位绝缘螺杆分别穿过多个所述中间绝缘支撑板的n个第二定位通孔后，再分别穿过所述底部绝缘支撑板的n个第三定位通孔。
[0016]进一步地，所述绝缘组件还包括：定位螺母，所述定位螺母将多个所述中间绝缘支撑板和所述底部绝缘支撑板固定在所述第二定位绝缘螺杆的预设位置上。
[0017]进一步地，所述绝缘组件还包括：层叠设置在所述三电极组件与其中一个所述法兰盖之间的端部绝缘板和端部绝缘密封垫，其中，所述三电极组件与所述端部绝缘板抵接，所述端部绝缘密封垫与所述法兰盖抵接；
[0018]所述穿线孔内对应于所述电极引出线设置有绝缘套，所述析氧阳极、所述析氢阴极、所述NiOOH/Ni(OH)2复合电极的电极引出线依次穿过所述端部绝缘板、所述端部绝缘密封垫和所述法兰盖。
[0019]进一步地，所述电极引出线穿出所述法兰盖后，用螺母拧紧固定，所述螺母与所述法兰盖外侧面之间垫有绝缘垫片。
[0020]进一步地，所述绝缘组件的材质包括四氟材料、酚醛树脂玻璃纤维、布胶板、树脂或橡胶中的至少一种。
[0021]进一步地，所述第二定位绝缘螺杆的远离所述底部绝缘支撑板的一端与所述法兰盖之间的连接采用焊接或者内外螺纹连接。
[0022]为达到上述目的，本申请还提出一种前述的基于三电极体系的两步法电解水制氢的电解槽在电解水制氢中的应用。
[0023]与现有技术相比，本申请具有如下优点：
[0024](1)本申请电解槽采用单个筒体本体的结构，且无需在电解槽内部增加执行机构，能够满足电化学法两步产生氢气的应用需求。本申请电解槽在使用上操作简单并具备安全性与高效能，能满足电子业制程气体、分析设备、合成用氢气或其它作业的需求。
[0025](2)本申请装置的工作特点在于将电解水制氢气和电解水制氧气分两步进行，因此可以实现氢气和氧气的分别制取，从而能制备出高纯度的氢气和氧气，不会出现氧气和氢气混合的情况，并提高碱性电解水制氢的安全性。
[0026](3)由于氢气和氧气的分别制取，本申请装置的电解槽可以不用设置隔膜，与传统的碱性电解水制氢相比，省去了隔膜，加大了电解质中OH
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离子的传输速率，降低了成本，也同时提高了电解制氢的效率和速率。
附图说明
[0027]图1为本申请实施例提供的基于三电极体系的两步法电解水制氢的电解槽的剖面结构示意图；
[0028]图2为图1的筒体组件的结构示意图；
[0029]图3为图1的三电极组件的结构示意图；
[0030]图4a
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图4d为图3的三电极组件中各个电极的不同排列方式示意图；
[0031]图5为图3的中间绝缘支撑板的结构示意图；
[0032]图6为图3的底部绝缘支撑板的结构示意图；
[0033]图7为图1的三电极组件与法兰盖的连接方式示意图；
[0034]图8为图4的析氧阳极或析氢阴极的结构示意图；
[0035]图9为图4的NiOOH/Ni(OH)2复合电极的结构示意图。
[0036]具体实施方法
[0037]下面详细描述本申请的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于三电极体系的两步法电解水制氢的电解槽，其特征在于，至少包括：三电极组件、筒体组件以及法兰盖组件；所述三电极组件包括：析氧阳极、析氢阴极以及NiOOH/Ni(OH)2复合电极，所述析氧阳极、所述NiOOH/Ni(OH)2复合电极和所述析氢阴极间隔层叠设置，且NiOOH/Ni(OH)2复合电极安装于其他两种电极之间；所述筒体组件包括：筒体本体以及位于筒体本体两侧的两个筒体法兰，所述筒体本体上设有进液口和排液口，所述筒体本体用于盛装碱性电解液，其中，三电极组件放置在所述筒体内；所述法兰盖组件包括两个法兰盖，两个所述法兰盖分别通过紧固件与两个所述筒体法兰紧固连接，其中电极外接的法兰盖上开设有穿线孔a1、a2和a3；其中，所述析氧阳极、所述析氢阴极、所述NiOOH/Ni(OH)2复合电极的电极引出线分别穿过所述穿线孔a1、a2、a3，并外露于所述法兰盖外侧面，所述电极引出线用于外接电源，以使所述析氢阴极、所述NiOOH/Ni(OH)2复合电极以及所述电源组成第一电路，所述析氧阳极、所述NiOOH/Ni(OH)2复合电极以及所述电源组成第二电路，当所述电解槽处于析氢工作状态时所述第一电路闭合且所述第二电路断开，当所述电解槽处于析氧工作状态时所述第二电路闭合且所述第一电路断开。2.根据权利要求1所述的基于三电极体系的两步法电解水制氢的电解槽，其特征在于，所述筒体法兰与所述法兰盖之间设有密封垫片。3.根据权利要求1所述的基于三电极体系的两步法电解水制氢的电解槽，其特征在于，所述析氧阳极上设有m个第一定位通孔，所述NiOOH/Ni(OH)2复合电极上设有m个第二定位通孔，所述析氢阴极上设有m个第三定位通孔；所述电解槽还包括绝缘组件，所述绝缘组件包括m个第一定位绝缘螺杆，所述第一定位绝缘螺杆的外圆周上设有绝缘定位套筒，其中，m个第一定位绝缘螺杆分别依次穿过m个第一定位通孔、m个第二定位通孔和m个第三定位通孔，所述绝缘定位套筒将所述析氧阳极、所述NiOOH/Ni(OH)2复合电极和所述析氢阴极固定在所述第一定位绝缘螺杆的预设位置上，以使所述NiOOH/Ni(OH)2复合电极、所述析氧阳极、所述NiOOH/Ni(OH)2复合电极和所述析氢阴极间隔层叠设置。4.根据权利要求1所述的基于三电极体系...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭育菁，张蕾，魏高泰，王泽宇，
申请(专利权)人：上海嘉氢源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：