CN101163822B

CN101163822B - 氧发生装置和方法

Info

Publication number: CN101163822B
Application number: CN2006800137173A
Authority: CN
Inventors: D·J·弗雷; V·P·科茨瓦
Original assignee: Cambridge Enterprise Ltd
Current assignee: Cambridge Enterprise Ltd
Priority date: 2005-03-03
Filing date: 2006-03-03
Publication date: 2011-08-03
Anticipated expiration: 2026-03-03
Also published as: US20090008261A1; GB0504445D0; GB2431668A; CN101163822A; EP1856307A2; US20150197865A1; GB2431668B; WO2006092612A3; US10106899B2; ES2628050T3; GB0606303D0; EP1856307B1; WO2006092612A2

Abstract

用于氧发生装置的氧发生器，其具有质子传导膜(60)、接触膜的第一侧或阴极侧的阴极(50)、接触膜的第二侧或阳极侧的阳极(70)和供应到该膜的水源。在使用中，在阴极和阳极之间施加的电解电压使水电解而在阳极产生氧气。可基本上防止大气中的氧即空气中的氧进入与阴极接触。对于酸性质子传导膜，这基本上防止了在阴极形成过氧化氢。

Description

氧发生装置和方法

本发明涉及氧发生装置和产生氧的方法。尤其是涉及到用于治疗伤口和患处的氧的产生。然而，对于本领域技术人员而言清楚的是，本发明还具有很多其它需要产生氧或氢的应用。

文献中有这样的证据，即向伤口处供应氧可促进伤口的痊愈。这既适用于人也适用于动物。已知的局部氧疗可促进新皮肤组织的生长来闭合和治愈伤口。认为氧溶解到了组织液中并且提高了细胞间液的氧含量。

已描述了各种向伤口供应氧的方法。在一些实例中，将受损肢放置于由氧气瓶加入氧的腔室(US4,003,371和US3,744,491)或袋子(US5,154,697和US5,478,310)中。这种方法对于许多病人是不切实际的，因为其限制了病人的活动并且必须使用控制阀来控制氧的流动。此外，当健全皮肤暴露于含有高浓度氧的气体中时，有可能出现血管收缩和组织破坏。

在可选择的方法中，US5,578,022、US5,788,682和US5,855,570描述了被引入到置于伤口上的绷带之内或之上的装置。通过空气中的氧在阴极的电离来形成过氧化氢，该过氧化氢溶解在邻近该阴极的质子传导膜中，从而电化学地产生氧。该过氧化氢扩散穿过该膜至阳极，在该阳极过氧化氢分解形成水和纯氧，纯氧被传送至伤口。

过氧化氢的存在不受医师欢迎，因为其能够杀死健全细胞。希望能够产生用于伤口痊愈的纯氧而不使用过氧化氢中间产物。遗憾的是，所有已知的质子传导膜是高酸性的，且在这些条件下，当氧在阴极被电离时形成了过氧化氢。

发明概述

如在目前应提及的所附独立权利要求中所限定的那样，本发明提供了氧发生装置、催化装置、降低氢排放的方法、产生氧的方法和供应水的方法。本发明的优选或有利的特征限定于从属权利要求中。

用于根据本发明的氧发生装置的氧发生器包含质子传导膜、接触膜的第一侧或阴极侧的阴极、接触膜的第二侧或阳极侧的阳极、供应到膜的水源。在使用中，在阴极和阳极之间施加的电解电压使水电解而在阳极产生氧气。基本上防止大气中的氧(即空气中的氧)与阴极接触。对于酸性质子传导膜，这可基本上防止在阴极形成过氧化氢。

质子传导膜作为电解质的应用可知晓于燃料电池技术。合适的质子传导膜的一个例子是Dupont Nafion

，一种可被水高度透过的全氟磺酸聚合物。

可将水在质子传导膜的阳极侧即接触阳极的膜的一侧供应到质子传导膜。如果是这种情况，水在阳极发生离解并且质子迁移至阴极，它们在该阴极作为氢被放出，氧在阳极放出。在这种情况中，放出的氧比在下面描述的可选择实施方案中可含有更大比例的水，并且在使用前可能需要将氧与该水分离出。在阴极放出的氢由于迁移质子的水合可能包含液态水，如果要使用氢则需要将其与水分离出。

可在质子传导膜的阴极侧即接触阴极的膜的侧面向质子传导膜供应水。在这种情况下，例如经由浓度梯度控制，水扩散穿过该膜。由于电渗通量(flux)与槽电流成比例，水合氢离子可迁移穿过该膜。通过水的电解在阳极产生的氧可有利地基本无水或含有较低水平的水蒸汽，除非在膜的阳极侧上也同时供应水。

在优选实施方案中，可有利地从膜的一个或多个边缘将水供应到质子传导膜。以这种方式供应的水通过扩散优选使整个膜饱和。

也可通过上述可能方式的组合，例如同时从边缘和从阴极侧，将水供应到质子传导膜。

在阴极产生的氢可被直接排放到大气中。优选提供预定形状和尺寸的排气口或排放装置，使得在阴极产生氢的速率通过该排气口可产生足以防止大气中的氧通过该排气口大量流入的氢流速。如上所述，如果氧在电解期间接触到阴极，其可被电离且不利地形成过氧化氢。防止空气或大气中的氧大量流入所需的排气口的形状和尺寸将取决于由该发生器产生的氢的体积和速率。在给定时间内产生的氢的体积可取决于许多因素例如施加的电压、膜的面积和膜的体积。

排气口或排放装置可包含一个或多个排气口，或者可包含氢从其中流过或扩散通过的气体渗透膜。或者可作为选择，排气口或排放装置还可包含一个或多个单向阀。

任选地，氢可在从阴极室排放至大气之前流入阴极室。

在阴极产生的氢可有利地通过气体渗透膜从阴极流走或扩散走。该膜可充当或形成排气口或排放装置的一部分，并且可有利地防止污染物例如灰尘和/或液体进入到阴极和质子传导膜。有利地，可将这种气体传导膜布置成或者与阴极相接触或者与阴极间隔开。

有利地，可使用在阴极产生的氢，例如作为用于校正的标准气体供应。

在本发明的另一方面，氧发生装置可包含氧化催化剂，在该氧化催化剂处，在阴极产生的氢与大气中的氧反应。

有利地，通过与阴极产生的氢在氧化催化剂处发生化学反应可防止大气中的氧达到阴极。氧化催化剂的存在也可有利地降低或消除排放至大气的氢的体积。

在某些情况下，特别是当产生的氢的体积大时，如果将氢排放至大气，其可聚集在氧发生器附近并形成了潜在的爆炸风险。其中排放至大气的氢的体积被降低或消除的发生器，可因此比将氢排放至大气的发生器(这是种其中没有采取预防措施来降低或消除氢排放的发生器)引起的安全风险要小。

氧化催化剂可包含任何可催化氢与氧之间反应的材料。特别有效的催化剂是铂。铂可例如以箔的形式、或者作为溅射涂层、或者作为负载入基质例如碳基质中的箔颗粒存在。

优选地，在氧化催化剂处的氢和大气中的氧之间的反应的产物是水。有利地，可将该水返回至用来向质子传导膜供应水的水源，或直接返回至质子传导膜本身。因此，可通过电解产生的氢与大气中的氧在氧化催化剂处反应形成的水来补充电解期间消耗的水。

在一个方面，本发明提供了用于氧发生器的水回收装置，其包含所述氧化催化剂。

可将该水回收装置放置成与产生氢的阴极相邻或间隔开。

在一个实施方案中，气体和液体渗透膜将氧化催化剂与阴极分隔开。在阴极产生的氢可有利地穿过该膜至氧化催化剂。在催化剂处产生的水或部分该水，然后可从催化剂再穿过该膜到达阴极和质子传导膜。

大气中的氧可有利地流过气体渗透膜/液体不渗透膜而到达氧化催化剂。这可防止在催化剂处产生的水流到或扩散到大气以及从氧发生装置中流失。

在本发明的另一方面，还提供了通过水的电解产生氧的方法，其中将水供应到质子传导膜且将其电解，以在阳极产生氧和在阴极产生氢，并且基本上防止了大气中的氧与该阴极接触。

上文已描述了两种防止大气中的氧接触到阴极的有利方法，即通过预定形状或尺寸的排气口或限制装置(restriction)或排放装置来排放在阴极产生的氢，和氢与大气中的氧在催化剂处的反应。

有利地，使用根据本发明的发生装置和方法，可产生足够体积的氧，为治疗目的而供应到病人伤口和患处。优选可以1-20ml每小时的速率产生氧。特别优选可以约15ml每小时的速率产生氧。有利地，可以产生出压力超过大气压约50mbar的氧。来自装置的氧的流速可以是固定的，或者有利地，氧的流速是可变的，例如通过改变电解电流。例如通过合适编程的电子控制器，可方便地对此进行控制。可变的氧流速可让医师在治疗期间维持到达创伤的最佳氧流速。

上文已经指出，在优选实施方案中，可产生高于大气压约50mbar的氧。用更通用的术语，体现本发明的氧发生器的阴极室可在与阳极室不同的压力下工作。例如，如果阳极室是处于大气压，则阴极室可在提高的压力下工作。如果用氧发生器来产生用于治疗伤口的氧，可有利地利用提高的压力输出与合适设计的敷料(dressing)一起来促进去除伤口渗出物。

有利地，通过根据本发明的水的电解形成的氧可基本上避免过氧化氢的生成，并且可因此适合于治疗用途。

有利地，体现本发明的氧发生器可连续工作。这可使氧全天24小时地供应到伤口预定一段时间，例如七天。

有利地，体现本发明的氧发生器可设计用于任何定位(orientation)。这可提高该氧发生器的便携性。

在本文中提及到了氧的产生，例如用术语“氧发生装置”和“产生氧的方法”。如普通技术人员可易于领会的那样，这种装置和方法的输出不需要是纯氧，且这些术语相应地应被解释为例如包括氧浓度。因此，例如，氧发生器的输出可包含比氧发生器的环境中的氧浓度更高的氧。

具体实施方案的描述

现参考附图并通过实施例来描述本发明的具体实施方案，其中：

图1显示了根据本发明第一实施方案的氧发生器的分解截面图。

图2显示了根据本发明第一实施方案的组装氧发生器的截面。

图3显示了组装氧发生器的外部透视图，其显示了电连接、供水孔和氧气出口。

图4是用于体现了本发明的氧发生器的膜电极组件的示意图。

图5显示了根据本发明第二实施方案的氧发生器的分解截面图。

图6显示了根据本发明第三实施方案的氧发生器的分解截面图。

图7显示了根据本发明第四实施方案的氧发生器的分解截面图。

图8是包含封装在人体工程学盒子内的氧发生器、电路及电源的氧发生装置的示意性图解。

图9是显示在使用根据本发明第一实施方案的装置的电流控制试验期间电压的稳定性的图。

现参考图1、2、3和4对用于根据本发明第一实施方案的氧发生装置的氧发生器进行描述。该发生器包含第一端板100和第二端板105，在它们之间夹有各种材料的层。按照从与第一端板直接相邻的层开始的顺序，这些层是第一隔板(separator)10；第一气体渗透/液体不渗透膜20；氧化催化剂30；气体渗透/液体渗透膜40；多孔阴极50；质子交换膜(PEM)60；多孔阳极70；第二气体渗透/液体不渗透膜80；和第二隔板90，该第二隔板被布置成与第二端板直接相邻。当装配该装置时，如图2中所说明的那样，所有这些层被互相紧密接触地压在一起。

由第一气体渗透/液体不渗透膜、氧化催化剂、气体渗透/液体渗透膜、多孔阴极、PEM、多孔阳极和第二气体渗透/液体不渗透膜组成的层状结构可被称为膜电极组件(MEA)。图4示意性地显示了MEA中的层。

在该实施方案中，端板为圆形，直径为约70mm，并且除了PEM层为下述较大直径外，形成MEA的层的直径均为25mm。MEA被同轴放置在端板之间。

端板由聚甲基丙烯酸甲酯制成(PMMA)制成。每个形成有用于容纳电极连接器119的中心孔。第一端板有从其穿过的一个或多个小进入孔106，其偏距于端板的中心并且向MEA上开放，以让空气流入MEA的第一侧即阴极侧。第二端板具有类似偏置的小排气口107，将在MEA的第二侧即阳极侧释放的氧从装置中排出。第二端板还具有两个水通道130，其使水可被加入到环绕MEA的环形水隔室125。

在被装配时，两个端板被共轴放置在端板之间的内和外o形环110和115间隔开。在该实施方案中o形环由橡胶制成，但是可以由任何其它用于密封的合适的抗腐蚀柔性材料制成。由两个端板、内o形环和外o形环所限定的空间形成了水隔室125。第二端板内的o形环之间的环形槽120，允许比没有其时所可获得的体积更大的水可被容纳在隔室内。通过水通道可将水加入隔室或从隔室中去除。

第一和第二隔板是25mm的气体渗透抗腐蚀金属网状物的盘。该隔板是电导体并且通过电极连接器119连接至电源。每个连接器是从第一或第二隔板中心的孔和第一或第二端板内的中心孔穿过的螺栓。垫片和螺帽置于从每个端板伸出的每个螺栓的端部，从而将每个隔板扣紧到其端板并且形成了与该隔板良好的电接触。垫片保持了穿过每个端板的孔的气体密封，并且可由从每个端板伸出的每个螺栓的端部形成良好的电连接。

第一气体渗透/液体不渗透膜由25mm的包含PTFE的疏水碳纤维纸盘制成。

气体渗透/液体渗透膜由25mm的电导性、低疏水性且一面上负载有Pt的PTFE浸渍过的碳布盘制成。该层的低疏水性意味着其既可以被液体渗透又可以被气体渗透。

气体渗透/液体渗透膜表面上的Pt涂层或层面向第一气体渗透/液体不渗透膜，并且形成了氧化催化剂层。

PEM层是直径约48mm的Nafion片材的盘，其中该片材干厚度为40微米。Nafion是知晓于燃料电池技术中的商购质子传导膜，其在该装置中充当电极。

可在组装氧发生器内形成MEA的一部分的Nafion

膜的中心圆形部分(直径约25mm的部分)通过铝模样或掩模在每一面上溅射涂覆Pt，以形成多孔阴极或阳极层。铂是导电性的，并且还充当用于各个电极上的反应的催化剂。

在被装配时，在o形环和第一端板之间的PEM外侧部分45径向地向外伸入到水隔室内，在使用中，通过向PEM46的中心部分46的扩散供应水。因此PEM外侧部分充当了芯(wick)，其通过膜内扩散向位于阳极与阴极之间的PEM中心部分供应水。

第二气体渗透/液体不渗透膜由直径为25mm的导电聚四氟乙烯(PTFE)浸渍过的具有高疏水性的碳布的盘制成，在一面上负载有Pt。该膜的Pt涂覆的表面面向阳极和PEM。

利用穿过栓孔117的螺栓118将端板固定在一起，栓孔117接近端板的径向外缘。螺栓被固定得足够紧，以压缩两个端板之间的o形环并且将MEA稳固地保持在隔板之间。

隔板和除PEM之外的MEA内的所有层是电(电子)导体。然而，PEM是离子导体。拧在形成电极连接器119的螺纹杆上的螺帽将第一和第二隔板固定至它们各自的端板，并且还保留了用于通过MEA的不同导电层将阳极和阴极电连接至4.5V1.7Ah锂金属氢化物电池的导线。

图3是图2的组装发生器的透视图，显示了向通道供水的加水管131的一部分和附于第二端板内的排气口的氧排气管135。

为了产生氧，通过水通道将水加至水隔室，然后密封该隔室。位于水隔室内的PEM外侧部分可吸收水，且PEM的中心部分由于扩散而被水饱和。该实施方案具有面积约5cm²的中心部分(直径为约25mm的盘状)的质子传导膜结构，且其可容纳约5ml水。

当在阴极和阳极之间施加电势时，PEM中心部分内的水被电解。这该实施方案中，电消耗为约0.14W，且这可由电源例如可再充电锂金属氢化物电池来满足，允许充电之间的时间为约70小时。该电源可以是手机电池、燃料电池或其它类似的便携式电源。

Pt阳极催化了下面的电解反应：

氧气穿过第二气体渗透/液体不渗透膜，然后穿过第二隔板并且通过排气口从发生器中出来。由于液体不能渗透第二气体渗透/液体不渗透膜，因此PEM内的水没有穿过到达排气口。

氢离子保留在PEM中且被转移至阴极。Pt阴极催化了下面的电解反应：

2H⁺+2e^-＝H₂

在阴极产生的氢气穿过气体渗透/液体渗透膜并到达氧化催化剂。该氧化催化剂催化大气空气中的氧(其通过第一端板内的进入孔进入，并且穿过气体渗透/液体不渗透膜到达氧化催化剂)与在阴极电解产生的氢之间的化学反应。

该反应防止了大量的氢气被排入大气中。该反应还防止了大量大气中的氧与阴极接触，在该阴极氧可被电离形成过氧化氢。

该化学反应中产生的水穿过气体渗透/液体渗透膜到达PEM，因此可补充在PEM中心部分被电解消耗的水。气体渗透/液体不渗透膜、氧化催化剂和气体渗透/液体渗透膜因此形成了水回收装置。

根据本发明第一实施方案的氧发生装置可被视为氧浓缩装置。空气中存在的稀释的氧(浓度为约21体积％)与氢化学反应形成水，水然后被电解形成纯氧。总反应可因此被写为：

1/2O₂(空气)＝1/2O₂(纯)

在利用上述装置的0.08A电流控制试验中，连续工作七天时间，产生了15ml/小时的氧流速，并且通过氢检测器没有检测到氢从装置中流出。

尽管在该具体实施方案中氧化催化剂形成了部分MEA，但没有必要如此。例如，可在阴极产生氢并且可通过管将其排放至催化剂层，在该催化剂层其能够与大气中的氧反应形成水。然后例如通过其它管路或通道可将该水输送回PEM或水隔室，从而提供了与PEM相间隔的水回收装置。可作为选择，在氧化催化剂产生的水可被简单弃去。如果水被弃去，仍可获得降低氢排放和减少过氧化氢形成的优点。如果水被回收，则还可有利地降低装置的水消耗。

虽然在阴极和阳极使用的电解催化剂/电极材料是铂，但在阴极或者阳极可使用任何合适的催化剂/电极组合。例如，由碳制成的导电阳极可涂覆有铂催化剂层。也可使用非铂电解催化剂，条件是其可充分催化各个阴极或阳极的反应。

在上述第一实施方案中，铂电极作为溅射层被沉积在PEM上。铂可同样是夹在PEM和外部膜之间的多孔箔，或者其可被镀覆在PEM上，或被镀在PEM任一侧的膜中之一上，且然后邻接PEM。同样，氧化催化剂可以是任何可充分催化氢与氧之间化学的反应的催化剂、或催化剂加载体材料。

用于制造第一和第二气体渗透/液体不渗透膜和气体渗透/液体渗透膜的材料不需要由上文的具体材料制成。该膜可由任何具有与气体和液体渗透性有关的所需性能的材料制成。优选该膜是导电的，因为这便于通过MEA内的各个层将电源连接至阳极和阴极。

然而可不必如此，可将电源直接连接至阳极和阴极，使该膜可由非导电材料制成。

典型地，第一和第二气体渗透/液体不渗透膜可以是导电的，并且可由任何合适的疏水多孔布、纸或复合物(例如包含碳、石墨、碳纳米管或其某种组合的塑性复合物)制成。

典型地，气体渗透/液体渗透膜可以是导电的，并且可由任何合适的亲水多孔布、纸或复合物(例如包含碳、石墨、碳纳米管或其某种组合的塑性复合物)制成。

尽管上述第一实施方案的MEA有效形成了直径约25mm的盘，但清楚的是，MEA不必是盘状。方形或其它形状的MEA也是有效的。在上述实例中，MEA的有效面积为约5cm²。MEA的有效面积可小于5cm²，例如3cm²或1cm²。同样，MEA的有效面积可大于5cm²，例如8cm²或10cm²。为了改变MEA的有效面积(对于圆形MEA)，可将MEA中各个层的直径增加或减小，例如减至20mm或15mm或10mm的直径，或者增至30mm或35mm或40mm的直径。在上述实例中，当通过扩散将水从与PEM外侧部分接触的供水源供应到PEM中心部分时，MEA的尺寸上限可由水能够从外侧部分扩散穿过PEM的最大距离来设定。该尺寸可取决于所使用的具体PEM的材料性能和厚度，以及取决于MEA的形状和贮水器或隔室的形状。。

根据本发明的装置的构造不必需涉及与图1中所示的发生器相同的发生器。在图5中显示了根据本发明的氧发生器的第二实施方案。水隔室由端板121和122二者内的环形槽形成，因此其体积是上述关于第一实施方案描述的水隔室体积的两倍。在第二实施方案中增加的水隔室体积可有利地增加装置的工作时间。第二实施方案中的MEA结构如对于第一实施方案所描述的那样。

在图6中说明了根据本发明的氧发生器的第三实施方案，其中用在两个端板部分表面200上的粘合剂将两个端板接合在一起。该实施方案仅需要使用单个o形环110，并且水隔室是由o形环、两个端板和粘合连接所限定的环形空穴形成。该粘合剂可以是反应性固化、UV固化、热塑性或溶剂基的粘合剂。粘合剂可以是氰基丙烯酸酯、有机硅、聚氨酯、环氧或任何其它种类的粘合剂。第三实施方案中的MEA结构如对于第一实施方案所描述的那样。

虽然使大气中的氧与从阴极5放出的氢反应是防止大量大气中的氧与阴极和PEM的界面接触的有利方法，但是有其它对此进行防止的可选择方法。

在由图7所说明的第四实施方案中，氧发生装置没有催化氢与大气中的氧之间的反应来形成水。在该实施方案中，MEA不包含如第一实施方案中所述的氧化催化剂层或第一气体渗透/液体不渗透膜，但是的确包含了夹在第一和第二隔板10、90之间的层的叠层，该叠层由气体渗透/液体不渗透膜42、多孔阴极50、质子传导聚合物膜(PEM)60、多孔阳极70和第二气体渗透/液体不渗透膜80组成。在阴极产生的氢穿过第一气体渗透/液体不渗透膜，并且经由穿过该装置的第一端板而形成的氢气排气口210被排放至大气。氢排气口的直径和长度经预定使得被排放氢的流速足以防止空气的大量流入。在可选择的实施方案中，可将该排气口连接至预定形状和尺寸的排气管或者连接至单向阀，使得可避免空气的大量流入。

如果其性能经适当选择和预定，第一气体渗透/液体不渗透膜可足以防止大气中的氧达到阴极，同时氢穿过该膜从阴极离去，因此避免了需要(或有效代替了)预定形状和尺寸的排气口。这种膜也可有利地防止大气污染物例如灰尘或化学污染物达到阴极并损害装置。

在第四实施方案中，没有通过化学反应来补充隔室内的水，因此被设计成具有较大水隔室，例如在第三实施方案(图5)中所描述的那样，在需要再次填充供应之前可有利地具有较长运行寿命

如图8中所说明的那样，可将上述任一实施方案的氧发生器310通过电路320连接至电源330，并且可将其封装在人体工程学盒子300内。然后可经由柔性塑料管340将纯氧从盒子中排出，其可用来将纯氧输送到固定至伤口的消毒敷料350。该盒子可具有固定至带或口袋的装置，使得可携带该氧发生装置，该氧发生装置可有轻质耐用塑料材料例如聚乙烯、聚丙烯、乙烯基树脂、尼龙、橡胶、皮革、各种浸渍过的或叠层的纤维材料、各种塑化材料、纸板、浸渍纸等制成。

优选地，该盒子是便携的并且可让病人在戴着整个氧发生装置的同时不受限制地活动。

Claims

1.降低氧发生器中的氢排放的方法，该氧发生器电解水以在阴极产生氢且在阳极产生氧，包括：

提供水回收装置，该水回收装置与所述阴极相邻放置并包含氧化催化剂，其中气体和液体渗透膜将所述氧化催化剂与所述阴极隔开；

其中所述阴极处产生的氢穿过所述气体和液体渗透膜以到达所述氧化催化剂，并与大气中的氧气在所述氧化催化剂处反应以产生水；

和其中所述催化剂处产生的水能穿过所述气体和液体渗透膜从所述催化剂处返回到所述阴极。

2.通过电解产生氧的方法，包括以下步骤：

向质子传导膜供应水，该膜在膜的一侧上与阳极接触且在膜的另一侧上与阴极接触；

使水电解，以在阳极产生氧；和，

通过以下方式防止氧大量接触到阴极：使大气中的氧气与所述阴极处产生的氢在所述氧化催化剂处反应以产生水，该水能穿过所述气体和液体渗透膜从所述催化剂处返回到所述阴极。

3.氧发生装置，其包含：

质子传导膜；

接触膜的第一侧的阴极；

水回收装置，该水回收装置与所述阴极相邻放置并包含氧化催化剂，其中气体和液体渗透膜将所述氧化催化剂与所述阴极隔开；

接触膜的第二侧的阳极；和

用于供应到该膜的水源；

其中在阴极和阳极之间施加的电解电压使水电解从而在阳极产生氧并且在阴极产生氢；

且其中所述阴极处产生的氢穿过所述气体和液体渗透膜以到达所述氧化催化剂，并与大气中的氧气在所述氧化催化剂处反应以产生水，以防止氧气接触所述阴极。

4.根据权利要求3的氧发生装置，其中大气中的氧流过气体渗透膜到达催化剂。

5.根据3或4的氧发生装置，其中包含质子传导膜的组件保持在两个端板之间，端板连接在一起以便在它们之间形成水密封。

6.用于氧发生器的催化装置，其中所述氧发生器在阴极产生氢；

所述催化装置与所述阴极相邻放置并包含氧化催化剂，气体和液体渗透膜将所述氧化催化剂与所述阴极隔开；

其中所述阴极处产生的氢穿过所述气体和液体渗透膜以到达所述氧化催化剂，并与大气中的氧气在所述氧化催化剂处反应以产生水，以防止氧气接触所述阴极。

7.根据权利要求6的催化装置，其中大气中的氧穿过气体渗透/液体不渗透膜到达催化剂。