一种电解槽及其使用方法技术

本发明专利技术提供了一种电解槽及其使用方法，所述电解槽包括电解室和电极板，电解室的内部或外侧壁上设置有电极板，且电解室的内部还填充设置有催化剂床层；电解室包括并列设置的第一电解室和第二电解室，第一电解室的一侧通过隔膜和第二电解室的一侧连通；第一电解室的底部设置有第一进液口，顶部设置有第一出气口；第二电解室的底部设置有第二进液口，顶部设置有第二出气口。本发明专利技术通过电解室和电极板的具体组合设置，将传统电解槽的二维平面电极转换成三维颗粒电极，大幅提高电极面积和电解效率，且电解槽为床型结构，易于规模化放大的同时，不存在水循环控制平衡问题，也不存在氢气和氧气混合的现象，有利于提高氢气纯度。有利于提高氢气纯度。有利于提高氢气纯度。

【技术实现步骤摘要】
一种电解槽及其使用方法


[0001]本专利技术属于电解水制氢
，涉及一种电解槽及其使用方法，尤其涉及一种电解水制氢的电解槽。

技术介绍

[0002]绿氢是实现碳达峰、碳中和发展目标的重要能源载体，与氢气相关的制取、存储、运输和利用产业正处于快速发展。制取绿氢的电解系统正在向大型化、高效化、集成化方向发展。
[0003]目前的电解水制氢装置分为碱性电解槽、质子交换膜电解槽和固体氧化物电解槽。其中，碱性电解技术是最早实现工业化的电解技术，技术成熟度最高；质子交换膜电解技术近年来产业化发展迅速，实现初步商业化；固体氧化物电解技术处于初步示范阶段。
[0004]但是，现有技术中的共同特点在于，装置大型化时需要增加电解小室的数量，这必然引起槽内流场、温度场、浓度差及电场分布的均匀性变差。其次，这些电解技术都是以端板、电极板、多孔介质层、催化层和隔膜等部件组成，单位体积电解槽的电极面积小，催化剂容量小，限制了装置的单位体积产能。再次，电解槽出口是气液两相的混合物，需要经过气液分离装置实现氢气和水、氧气和水的分离，对水循环的控制提出很高的要求；最后，循环水中溶解的氢气或氧气造成了不同气体的混合，高压下此现象愈加明显，降低了制取的氢气纯度。
[0005]因此，亟需开发一种催化剂容量大、产氢纯度高、易规模化的电解水制氢装备，克服现有技术缺陷，以满足实际应用需求。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种电解槽及其使用方法，在本专利技术中，通过电解室和电极板的具体组合设置，将传统电解槽的二维平面电极转换成三维颗粒电极，大幅提高了电极面积和电解效率，且电解槽由多层叠加压制结构变为床型结构，易于规模化放大的同时，气液分离基本在电解室内充分完成，不存在水循环控制平衡问题，也就不会存在氢气和氧气混合的现象，有利于提高氢气纯度。
[0007]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种电解槽，所述电解槽包括电解室和电极板，所述电解室的内部或外侧壁上设置有所述电极板，且所述电解室的内部还填充设置有催化剂床层；所述电解室包括并列设置的第一电解室和第二电解室，所述第一电解室的一侧通过隔膜和所述第二电解室的一侧连通；所述第一电解室的底部设置有第一进液口，顶部设置有第一出气口；所述第二电解室的底部设置有第二进液口，顶部设置有第二出气口。
[0009]在本专利技术中，通过电解室和电极板的具体组合设置，将传统电解槽的二维平面电极转换成三维颗粒电极，大幅提高了电极面积和电解效率，且电解槽由多层叠加压制结构变为床型结构，易于规模化放大的同时，气液分离基本在电解室内充分完成，不存在水循环
控制平衡问题，也就不会存在氢气和氧气混合的现象，有利于提高氢气纯度。
[0010]需要说明的是，本专利技术对电解室的具体材质不做特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行适应性调整。
[0011]需要说明的是，本专利技术对第一进液口和第二进液口的具体大小、数量和形状等不做特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行适应性调整。需要说明的是，本专利技术对第一出气口和第二出气口的具体大小、数量和形状等不做特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行适应性调整。
[0012]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述第一电解室和所述第二电解室的形状相同。
[0013]优选地，所述第一电解室为方形电解室或圆柱形电解室。
[0014]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述电极板包括第一电极板和第二电极板。
[0015]需要说明的是，本专利技术对第一电极板和第二电极板的具体大小和形状等不做特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行适应性调整。其中，若第一电极板有3个，该3个电极板可以并列设置，也可以头尾相接合并为长的电极板，第二电极板同理。
[0016]优选地，所述第一电解室远离所述第二电解室的侧壁上设置有第一电极板。
[0017]优选地，所述第二电解室远离所述第一电解室的侧壁上设置有第二电极板。
[0018]优选地，所述第一电极板为金属电极板。
[0019]优选地，所述第二电极板为金属电极板。
[0020]需要说明的是，本专利技术中第一电极板为金属电极板，第二电极板为金属电极板，再分别配合第一电解室和第二电解室，分别形成了独立的阴极和阳极，且该构造大幅度提高了电极面积，提高了电解效率，易于规模化放大。
[0021]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述催化剂床层的填充长度大于所述电极板的长度。
[0022]需要说明的是，本专利技术可以通过调控催化剂的颗粒大小、填充颗粒量和进料液速等条件，实现电解室内填充床或者流化床的区别操作，进而针对性地强化电解过程的电荷和物质传递。
[0023]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述第一电极板设置有至少一个，例如可以是1个、2个、3个、4个、5个、6个等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0024]优选地，所述第二电极板设置有至少一个，例如可以是1个、2个、3个、4个、5个、6个等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0025]优选地，所述隔膜设置有至少一层，例如可以是1层、2层、3层、4层、5层、6层等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0026]作为本专利技术一种优选的技术方案，在所述第一电解室内，靠近所述第一进液口处设置有第一液体分布器。
[0027]需要说明的是，本专利技术中对第一液体分布器的具体型号、材质和数量等不做特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行适应性调整。其中，第一液体分布器用于实现电解质溶液的均匀分布，防止电解室内出现沟流、死区等现象。
[0028]优选地，在所述第二电解室内，靠近所述第二进液口处设置有第二液体分布器。
[0029]需要说明的是，本专利技术中对第二液体分布器的具体型号、材质和数量等不做特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行适应性调整。其中，第二液体分布器用于实现电解质溶液的均匀分布，防止电解室内出现沟流、死区等现象。
[0030]所述第一液体分布器和所述第二液体分布器均用于实现溶液的均匀分布。
[0031]作为本专利技术一种优选的技术方案，在所述第一电解室内，靠近所述第一出气口处设置有第一除沫层。
[0032]优选地，在所述第二电解室内，靠近所述第二出气口处设置有第二除沫层。
[0033]优选地，所述第一除沫层设置有至少两层，例如可以是2层、3层、4层、5层、6层等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0034]需要说明的是，本专利技术中第一除沫层的大小、材质等不做特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行适应性调整。
[0035]优选地，所述第二除沫层设置有至少两层，例如可以是2层、3层、4层、5层、6层等，但并不仅限于所列举的数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电解槽，其特征在于，所述电解槽包括电解室和电极板，所述电解室的内部或外侧壁上设置有所述电极板，且所述电解室的内部还填充设置有催化剂床层；所述电解室包括并列设置的第一电解室和第二电解室，所述第一电解室的一侧通过隔膜和所述第二电解室的一侧连通；所述第一电解室的底部设置有第一进液口，顶部设置有第一出气口；所述第二电解室的底部设置有第二进液口，顶部设置有第二出气口。2.根据权利要求1所述的电解槽，其特征在于，所述第一电解室和所述第二电解室的形状相同；优选地，所述第一电解室为方形电解室或圆柱形电解室。3.根据权利要求1或2所述的电解槽，其特征在于，所述电极板包括第一电极板和第二电极板；优选地，所述第一电解室远离所述第二电解室的侧壁上设置有第一电极板；优选地，所述第二电解室远离所述第一电解室的侧壁上设置有第二电极板；优选地，所述第一电极板为金属电极板；优选地，所述第二电极板为金属电极板。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的电解槽，其特征在于，所述催化剂床层的填充长度大于所述电极板的长度。5.根据权利要求3所述的电解槽，其特征在于，所述第一电极板设置有至少一个；优选地，所述第二电极板设置有至少一个；优选地，所述隔膜设置有至少一层。6.根据权利要求1
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5任一项所述的电解槽，其特征在于，在所述第一电解室内，靠近所述第一进液口处设置有第一液体分布器；优选地，在所述第二电解室内，靠近所述第二进液口处设置有第二液体分布器；所述第一液体分布器和所述第二液体分布器均用于实现溶液的均匀分布。7.根据权利要求1
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6任一项所述的电解槽，其特征在于，在所述第一电解室内，靠近所述第一出气口处设置有第一除沫层；优选地，在所述第二电解室内，靠近所述第二出气口处设置有第二除沫层；优选地，所述第一除沫层...

【专利技术属性】
技术研发人员：管小平，杨宁，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：