电解水制氢装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于新能源技术领域，具体涉及一种电解水制氢装置，包括槽体、阳极电解室、阴极电解室和隔膜，阳极电解室内设置有基座、阳极侧压电陶瓷片和阳极电极片，阴极电解室内设置有基座、阴极侧压电陶瓷片和阴极电极片。本发明专利技术利用压电陶瓷片的逆压电效应带动电极片振动，降低电解水过程中气泡聚集区传递过电压，提高电解水制氢效率。电解水制氢效率。电解水制氢效率。

【技术实现步骤摘要】
电解水制氢装置


[0001]本专利技术属于新能源
，具体涉及一种电解水制氢装置。

技术介绍

[0002]目前，电解水过程所需的实际电压远大于其所需要的理论电压，从而产生过电压，过电压过高是导致电解效率低的主要因素，降低过电压可以通过降低反应过电压和传递过电压实现，现有大部分研究关注于开发活性更高的催化剂或电极材料来降低反应过电压，但是工业规模、高电流密度条件下传递过电压可占总过电压的45％左右，所以通过降低传递过电压提高电解效率也成为实现制氢规模化生产的关键，现有研究通过设置外力场的方法，例如在电解槽外设置磁场、超重力场、超声波等，促进气泡幕的扩散来降低传递过电压，但是考虑到此类设置外力场的方法是整体作用于电解槽，引发外力场所需的能耗会比较高。而事实上，气泡对传递过电压的影响主要集中在气泡聚集区，即气泡幕形成区域，气泡幕的存在是阻碍电极与电解液的接触，并导致电解液表观电导率降低的主要原因。
[0003]中国专利CN 113549942 A公开一种提高电解水制氢效率的方法及装置，提高电解水制氢效率的装置由电解槽以及数个电解水制氢基本单元组成，所述电解水制氢基本单元包括：膜电极、扩散层以及双极板，所述膜电极由作为水的解离层的双极膜及负载在其两侧表面的阴极催化剂层和阳极催化剂层构成；所述的扩散层包括阳极扩散层和阴极扩散层，设置在膜电极的两侧，所述阳极扩散层设置在阳极催化剂层一侧，所述阴极扩散层设置在阴极催化剂层一侧；所述的双极板设置在阳极扩散层和阴极扩散层的外侧，靠近阳极扩散层的一面为双极板氧板，靠近阴极扩散层的一面为双极板的氢板，在双极板的外侧还设置有密封圈；所述的电解水制氢基本单元为依次顺序连接的双极板氧板，密封圈，阳极扩散层，膜电极，阴极扩散层，密封圈，双极板氢板连接组装而成。此专利仍不能解决电解反应生成的气体(氢气/氧气)对电极表面的覆盖导致反应面积降低的问题，由于气泡幕的存在引发的传递过电压依然比较高。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种电解水制氢装置，利用压电陶瓷片的逆压电效应带动电极片振动，降低电解水过程中气泡聚集区传递过电压，提高电解水制氢效率。
[0005]本专利技术所述的电解水制氢装置，包括槽体、阳极电解室、阴极电解室和隔膜，阳极电解室内设置有基座、阳极侧压电陶瓷片和阳极电极片，阴极电解室内设置有基座、阴极侧压电陶瓷片和阴极电极片；
[0006]阳极电解室中基座设置在阳极电解室的底部，基座上设置有阳极侧压电陶瓷片，阳极电极片通过阳极侧压电陶瓷片与基座相连；
[0007]阴极电解室中基座设置在阴极电解室的底部，基座上设置有阴极侧压电陶瓷片，阴极电极片通过阴极侧压电陶瓷片与基座相连。
[0008]所述的阳极侧压电陶瓷片设置在靠近槽体的一侧，阳极电极片设置在靠近隔膜的
一侧。
[0009]所述的阳极电解室中基座为L型基座，阳极电极片设置在L型基座的顶部上方，阳极电极片和阳极侧压电陶瓷片错位连接。
[0010]所述的阴极侧压电陶瓷片设置在靠近槽体的一侧，阴极电极片设置在靠近隔膜的一侧。
[0011]所述的阴极电解室中基座为L型基座，阴极电极片设置在L型基座的顶部上方，阴极电极片和阴极侧压电陶瓷片错位连接。
[0012]所述的槽体内部中心线位置设置有隔膜，隔膜将槽体内部空间分隔为阳极电解室和阴极电解室。
[0013]所述的阳极电解室的顶部设置有阳极侧电解液出口，阳极电解室的底部设置有阳极侧电解液进口。
[0014]所述的阳极侧电解液进口和阳极侧电解液出口均设置在阳极电极片和隔膜之间。
[0015]所述的阴极电解室的顶部设置有阴极侧电解液出口，阴极电解室的底部设置有阴极侧电解液进口。
[0016]所述的阴极侧电解液进口和阴极侧电解液出口均设置在阴极电极片和隔膜之间。
[0017]所述的阳极电解室底部设置有压电陶瓷导线接口和阳极电极导线接口，压电陶瓷导线接口的个数为2个。
[0018]所述的阴极电解室底部设置有压电陶瓷导线接口和阴极电极导线接口，压电陶瓷导线接口的个数为2个。
[0019]所述的阳极侧压电陶瓷片和阴极侧压电陶瓷片的材质均为锆钛酸铅材料，锆钛酸铅材料优选为PZT
‑
5H或PZT
‑
5A。
[0020]所述的阳极电极片的材质为Ir基材料或Ru基材料。
[0021]所述的阴极电极片的材质为Pt系贵金属(Pt、Ru、Ir或Pd)、Pt系贵金属基材料、Ni或Ni基金属中的一种。
[0022]本专利技术中压电陶瓷片和电极片分别供电，供电导线被绝缘防腐材料包覆。
[0023]所述的阳极电极片和阴极电极片均与对应的压电陶瓷片固定在一起，阳极电极片和阴极电极片可同时作为位移放大元件。
[0024]所述的阳极电极片是固定在阳极侧压电陶瓷片的谐振方向上。
[0025]所述的阴极电极片是固定在阴极侧压电陶瓷片的谐振方向上。
[0026]所述的阳极电极片和阴极电极片均与对应的基座不直接相连。
[0027]本专利技术利用压电陶瓷驱动器驱动压电陶瓷片，使其在压电陶瓷片和电极片组合后的固有频率附近工作，使得阳极电极片和阴极电极片获得最大的振动位移；其中，压电陶瓷驱动器是由信号发生器和升压变压器组合而成。
[0028]采用本专利技术的装置进行电解水制氢的步骤如下：
[0029]电解开始前，使用蠕动泵或离心泵将电解液分别经由阴极侧电解液进口和阳极侧电解液进口通入装置中，待电解液充满整个装置内部后，电解液分别从阴极侧电解液出口和阳极侧电解液出口流出，保持装置内电解液稳态流动。启动直流电源和压电陶瓷驱动器电源，通过直流电源给阴极电极片和阳极电极片供电，控制压电陶瓷驱动器使压电陶瓷片工作。电解液分别从阴极侧电解液出口和阳极侧电解液出口流出时会带走电解产生的氢气
和氧气。
[0030]电解液可使用中性、酸性或碱性电解液。
[0031]本专利技术的有益效果如下：
[0032]1、本专利技术装置是利用压电材料的逆压电效应主动激励流体流动，具有独立的可控性，通过调整操作参数(激励电压大小、频率)或结构参数(压电陶瓷片和电极片的长度、宽度或厚度)可以改变电极片的振幅和频率，主动控制装置内的气液两相流动。
[0033]2、本专利技术装置所采用的电极材料无严格限制，例如析氢反应中活性高的Pt或Pt合金等材料都可与压电材料组合使用。
[0034]3、本专利技术装置中电极片可同时作为位移放大元件，将压电材料的位移由μm级放大到mm级，而且如果采用柔性电极材料会产生更大的位移，在高电流密度下气泡幕的厚度基本在mm级，所以振动位移足够破坏电极表面气泡幕的结构。
[0035]4、本专利技术装置工作时，压电陶瓷片会产生伸缩形变带动电极片振动使其周围电解液产生一系列的涡结构，促进其表面生成的气泡快速脱离，减小气体生成对电极表面的覆盖率，从而有效缩短气泡生长时间和临界脱离直径，并暴露出被气泡覆盖的活性位点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电解水制氢装置，包括槽体、阳极电解室、阴极电解室和隔膜，其特征在于阳极电解室内设置有基座、阳极侧压电陶瓷片和阳极电极片，阴极电解室内设置有基座、阴极侧压电陶瓷片和阴极电极片；阳极电解室中基座设置在阳极电解室的底部，基座上设置有阳极侧压电陶瓷片，阳极电极片通过阳极侧压电陶瓷片与基座相连；阴极电解室中基座设置在阴极电解室的底部，基座上设置有阴极侧压电陶瓷片，阴极电极片通过阴极侧压电陶瓷片与基座相连。2.根据权利要求1所述的电解水制氢装置，其特征在于所述的阳极侧压电陶瓷片设置在靠近槽体的一侧，阳极电极片设置在靠近隔膜的一侧。3.根据权利要求1所述的电解水制氢装置，其特征在于所述的阳极电解室中基座为L型基座，阳极电极片设置在L型基座的顶部上方，阳极电极片和阳极侧压电陶瓷片错位连接。4.根据权利要求1所述的电解水制氢装置，其特征在于所述的阴极侧压电陶瓷片设置在靠近槽体的一侧，阴极电极片设置在靠近隔膜的一侧。5.根据权利要求1所述的电解水制氢装置，其特征在于所述的阴极电解室中基座为L型基座，阴极电极片设置在L型基座的顶部上方，阴极电极片和阴极侧压电陶瓷...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹雪普，芦岩，赵宁，周理龙，韩继龙，李正杰，
申请(专利权)人：河北省地质矿产勘查开发局国土资源勘查中心河北省矿山和地质灾害应急救援中心，
类型：发明
国别省市：