CN101067209B - 高温蒸汽电解制氢电极测试装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了属于高温蒸汽电解制氢领域，特别是涉及固体氧化物电解池及燃料电池的一种高温蒸汽电解制氢电极测试装置，该测试装置采用内部陶瓷材料与外部金属材料相结合的方式，氢电极气室内的进气与出气陶瓷管分别嵌入氢电极气室外的进气与出气金属管内。氢电极气室底端采用法兰密封法，在气室顶端三合一电极处采用玻璃密封法。该测试装置解决了电极和气路系统的连接问题及材料腐蚀问题，可以在高温高湿环境下长期连续稳定运行，具有操作简便、密封性能好、适于体系较高压力下操作等优点。

Description

高温蒸汽电解制氢电极测试装置
技术领域
本发明属于高温蒸汽电解制氢领域，特别是涉及固体氧化物电解池及燃料电池的一种高温蒸汽电解制氢电极测试装置。
背景技术
目前工业上能够实现大规模制氢的主要是甲烷蒸汽重整(SMR)和水电解制氢两种方法。前者消耗大量化石燃料，同时排放大量CO2；后者相对昂贵、低效而且发电过程中大部分也都可能排放CO2。因此现有制氢技术都无法满足未来氢能经济对大规模、可持续、清洁、高效制氢技术的需求。而高温蒸汽电解制氢技术采用高温固体氧化物电解池并结合高效热源制氢，理论制氢效率可以高达50％以上，是满足未来氢能经济最理想的大规模制氢技术之一。
高温蒸汽电解制氢电极测试装置是用于研究电解池各部分构成材料、电解池制备工艺、电解池性能以及高温电解制氢工艺与优化等方面必不可少的分析测试设备。但是高温蒸汽电解制氢处于高温(700～1000℃)、高湿的工作环境，金属材料无法实现在该高温环境下稳定工作，即使采用耐高温特种钢材料，也难以满足在这种高温和高湿条件下长期稳定运行的要求，因此高温蒸汽电解制氢电极测试须采用稳定性好和耐腐蚀的陶瓷材料。但采用陶瓷材料又存在如何解决与测试平台气路系统进行连接的技术难题。此外，对于氢电极(阴极)气室的密封，在固体氧化物燃料电池电极测试中一般采用较简单的橡胶塞密封方法。但该密封方法，不适合于反应过程中不断有氢气产生的具有较高内压的高温蒸汽电解制氢体系。考虑到系统的安全性和实用性，开发新型的、高气密性的制氢电极测试装置对于高温蒸汽电解制氢技术的发展具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提出一种在高温、高湿环境下可长期稳定运行、与测试平台气路系统可实现简单连接、氢电极(阴极)气室气密性良好并能承受体系较高压力的高温蒸汽电解制氢电极测试装置，其特征在于，该电极测试装置包括置于氢电极气室4顶端的陶瓷环1，置于气室内的陶瓷进气管5及陶瓷出气管7，氢电极引线管6固定在氢电极气室4底端的密封法兰8中央，金属进气管9和金属出气管10固定在密封法兰8上，并通过密封II17密封分别和陶瓷进气管5及陶瓷出气管7相通。氢电极气室4顶端的三合一电极2嵌入陶瓷环1内，然后嵌入玻璃密封环3，使氢电极气室4和陶瓷环1密封；氢电极引线13的一端通过密封I14固定在氢电极引线管6内、氢电极引线13的另一端通过铂浆或银浆12和三合一电极2上的氢电极在氢电极气室4内连通，氧电极引线11通过铂浆或银浆12和三合一电极2上的氧电极在氢电极气室4外连通；固定装置16将上述装配好的高温蒸汽电解制氢电极测试装置支持在炉体15中心。
所述密封II17为密封胶。
所述密封I14为密封胶。
所述氢电极引线管6为陶瓷管。
所述氢电极气室4和陶瓷环1之间由玻璃密封环3进行高温玻璃密封。
所述密封法兰8采用不锈钢金属材料制造。
本发明的有益效果是该电极测试装置具有：(1)测试装置采用陶瓷材料与金属材料相结合的方式，采用陶瓷材料很好解决炉体内的高温、高湿环境下的材料腐蚀问题，炉体外采用金属材料很好解决测试装置与测试平台气路系统的连接问题。(2)氢电极气室底端的密封采用法兰密封的方法，该方法不仅操作简便，而且具有良好的密封特性，并能承受体系较高压力，特别适用于高温蒸汽电解制氢体系的要求。(3)氢电极气室采用高温玻璃进行密封，该密封方法操作简便，且具有良好的密封效果。
附图说明
图1为本发明高温蒸汽电解制氢电极测试装置示意图。
具体实施方式
本发明针对现有技术的不足，提出一种在高温、高湿环境下可长期稳定运行、与测试平台气路系统可实现简单连接、氢电极(阴极)气室气密性良好并能承受体系较高压力的高温蒸汽电解制氢电极测试装置。下面结合附图具体说明本发明的具体结构及操作方法：
图1为本发明高温蒸汽电解制氢电极测试装置示意图，在图1中，在氢电极(阴极)气室4顶端固定陶瓷环1，气室内设置陶瓷进气管5及陶瓷出气管7，氢电极引线管6固定在氢电极气室4底端的密封法兰8中央，金属进气管9和金属出气管10固定在密封法兰8上，并通过密封II17密封分别和陶瓷进气管5及陶瓷出气管7相通。氢电极气室4顶端的三合一电极2嵌入陶瓷环1内，然后嵌入玻璃密封环3，使氢电极气室4和陶瓷环1密封；氢电极引线13的一端通过密封I14固定在氢电极引线管6内、氢电极引线13的另一端通过铂浆或银浆12和三合一电极2上的氢电极在氢电极气室4内连通，氧电极引线11通过铂浆或银浆12和三合一电极2上的氧电极在氢电极气室4外连通；固定装置16将上述装配好的高温蒸汽电解制氢电极测试装置支持在炉体15中心。
具体操作方法分三步：第一步首先进行三合一电极引线的连接，分别将氢电极(阴极)引线13和氧电极(阳极)引线11采用铂浆或银浆12焊接的方法与三合一电极2进行连接。将连接好电极引线的三合一电极置于陶瓷环1内，然后依次插入玻璃密封环3和氢电极气室4，进行高温烧结，完成氢电极气室顶端三合一电极的密封。第二步将氢电极引线13置于电极引线管6内，防止氢电极引线在高温、高湿环境下的腐蚀。陶瓷引线管6的底端采用密封I14以密封胶密封。第三步安装氢电极气室底端的密封法兰8，并将法兰外部的金属进气管9和出气管10分别与测试平台气路系统进行连接，具体连接方法采用将氢电极气室4内的陶瓷进气管5与陶瓷出气管7分别嵌入固定于氢电极气室底端密封法兰上的金属进气管9与金属管出气管10内，并将陶瓷管壁与金属管壁接触部分采用密封II17进行密封固定，完成整个电极测试装置的安装。

Claims (4)

1.一种高温蒸汽电解制氢电极测试装置，该电极测试装置包括置于氢电极气室(4)顶端的陶瓷环(1)，置于气室内的陶瓷进气管(5)及陶瓷出气管(7)，氢电极引线管(6)固定在氢电极气室(4)底端的不锈钢密封法兰(8)中央，金属进气管(9)和金属出气管(10)固定在不锈钢密封法兰(8)上，通过密封II(17)密封，并分别和陶瓷进气管(5)及陶瓷出气管(7)相通；其特征在于氢电极气室(4)顶端的三合一电极(2)嵌入陶瓷环(1)内，然后嵌入玻璃密封环(3)，使氢电极气室(4)和陶瓷环(1)密封；氢电极引线(13)的一端通过密封I(14)固定在氢电极引线管(6)内，密封I(14)为密封胶；氢电极引线(13)的另一端通过铂浆或银浆(12)和三合一电极(2)上的氢电极在氢电极气室(4)内连通，氧电极引线(11)通过铂浆或银浆(12)和三合一电极(2)上的氧电极在氢电极气室(4)外连通；固定装置(16)将上述装配好的高温蒸汽电解制氢电极测试装置支持在炉体(15)中心。
2.根据权利要求1所述高温蒸汽电解制氢电极测试装置，其特征在于，所述陶瓷进气管(5)及陶瓷出气管(7)分别嵌入固定于气室底端密封法兰(8)上的金属进气管(9)与金属管出气管(10)内，并将陶瓷管壁与金属管壁接触部分采用密封II(17)进行密封固定，密封II(17)为密封胶。
3.根据权利要求1所述高温蒸汽电解制氢电极测试装置，其特征在于，所述氢电极引线管(6)为陶瓷管。
4.根据权利要求1所述高温蒸汽电解制氢电极测试装置，其特征在于，所述氢电极气室(4)和陶瓷环(1)之间由玻璃密封环(3)进行高温玻璃密封。
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