CN104955986B - 电解器装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种将水电解分离成氢气和氧气的装置。该装置包括：(i)第一半罩；(ii)第二半罩；(iii)定位在第一半罩和第二半罩之间的隔膜电极阵列，该隔膜电极阵列包括：(a)隔膜，该隔膜通过离子而阻止气体通过，该隔膜包括第一侧和相反的第二侧；(b)在隔膜的第一侧的第一附近区域的第一多个电极；以及(c)在隔膜的相反的第二侧的第二附近区域的第二多个电极；(iv)紧固件，该紧固件用于将第一半罩、隔膜电极阵列和第二半罩防漏紧固，从而形成防漏罩；(v)触头，该触头用于向第一多个电极和第二多个电极供电，以及(vi)构造成从罩移除氢气和氧气的通路。

Description

电解器装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及电解，并且更具体地涉及用于将水电解分离成氢气和氧气的电解器装置。
背景技术
氢气是用于诸如石油提炼、化肥制造、玻璃制造等等的各种制造工艺中的商业化学制品。氢气也可用于储存诸如风电能和太阳电能的间隙性可再生能源。电解的氢和氧能够使用核能产生的电来生产并在管道中被输送到远离核反应堆的地方。
一种制氢的工业化制造过程是从烃蒸汽重整。然而，蒸汽重整可使用不可再生能源。一氧化碳和二氧化碳是基于化石燃料的制氢方法的副产物。对寻找诸如电解水的大规模制氢的无污染方法有相当大的兴趣。
太阳能光伏发电和风力发电是可再生能源的技术活动领域。这些技术可能患有间歇性问题：太阳能和风能不是持续可用的。水的电解可通过储存氢气并且当太阳能和风能不可用时将其用作燃料电池的备用品来解决这个问题。然而，传统电解器可以是需要大量劳动力来建造，其使用材料上需要大量金属的复杂结构以及/或可能不足以使它们本身适用于大规模能源应用的模块化工业放大。全世界政府过去20年已经花了超过50亿美元努力解决引进先进制造技术以扩大大规模能源应用的电解器供应链的问题。然而，这个长期存在且重要问题的解决方案，廉价电解器的实际大规模制造的先进制造技术的使用可能还未实现。解决问题的障碍在能源部能源效率&可再生能源办公室的《2011NREL/DOE氢和燃料电池制造研发专题讨论报告，2011年8月11-12日》(《2011NREL/DOE Hydrogen and Fuel CellManufacturing R&D Workshop report,August 11-12,2011》)中提出，其全部内容以引用的方式并入本文。工作室的总体目的是确定和优先考虑：(1)氢气和燃料电池系统及部件的制造障碍，以及(2)政府可能支持以解决障碍的高优先级需求和研发活动。工作室报告的关键结果是关于解决障碍的补充研究的计划。工作室参与者对电极策略的一致决议是如何将油墨直接施加到薄膜。由于上述原因，有保持对解决长期存在的将先进制造技术集成到制造工艺的廉价电解器的大规模制造问题的需求。2012燃料电池技术和先进制造联合办公室在线研讨会的报告材料全部以引用方式并入本文。2011年报告和2012年在线研讨会材料作为PDF文件可从能源部能源效率&可再生能源办公室在http://www1.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/wkshp_h2_fc_manufa cturing.html得到。
水的电解是制氢的途径。此外，气态氧可作为副产物制造，该副产物可以是有用和有价值的工业和医疗产品。通过诸如风、水力发电、太阳能和核能的可再生能源产生的电可用于氢气和氧气的电解制造而没有伴随化石燃料制氢产生的一氧化碳和二氧化碳。涉及电解技术的专利参考包括，例如，美国专利8,277,620、8,273,495、8,075,750、8,075,749、8,066,784、7,964,068、7,959,773、7,951,274、7,922,879、7,906,006、7,901,549、7,892,6947、704,353、7,323,090、7,132,190、6,797,136、6,582,571、6,282,774、5,728,485、5,660,698、5,606,488、5,599,430、5,171,644、5,130,006、5,080,963、4,773,982、4,636,291、4,615,783、4,541,91、4,474,612、4,432,859、4,367,134、4,311,577、4,250,002、4,206,030、4061,557、4,014,776、3,976,550、3,855,104、3,554,893、RE34,233，以及美国申请公开号2012/0193242、2012/0149789、2011/0243294、2010/028034、2010/0032221、2009/0026089、2008/0067078、2004/0182695、2003/0057088、2002/0157958、2002/0037422。
US 4 126 534 A公开了一种适于在压滤机型的单极电解池中使用的电极，电极包括一组细长金属构件，例如金属丝或杆，其导电地安装在金属片的至少一个表面上并从金属片的该至少一个表面突起，并可选地从其两个表面突起，使得构件的一部分位于与金属片的所述表面横向隔开并大致平行的平面上，安装在一个表面上的构件且可选地安装在两个表面上的构件是柔性的。
US 5 660 698 A公开了一种包括薄片状电极元件的平面结构的电极板，其中相邻电极元件彼此隔开一个间隙。为了气体更好地从电极/薄膜区逸出，薄片状电极元件设有扩大的金属网结构，该金属网结构的开口用于改善气体的通过。电极元件设有倾斜上边缘条以便于气体沿竖直方向的逸出。该电极构造特别适于作为与离子交换膜直接接触的阳极连接电极，但也能够用作在离隔膜一定距离处的阴极。
EP1 464728 A1公开了一种通过绕耐腐蚀框架缠绕金属线圈形成的金属线圈或弹性垫，该金属线圈或弹性垫被夹在电极和电极集流器或池壁之间或用作电极。金属线圈或弹性垫的弹性使得能够容易处理以及实现电极和另一电解元件之间均匀接触。金属线圈或弹性垫也可用作弹性阴极。弹性阴极的弹性也使得能够容易处理电极本身以及实现离子交换膜和集流器之间均匀接触。JP 2009 131736 A公开了一种铂丝电极，该铂丝电极以这样的方式缠绕一圈，使得金刚石电极和全氟磺酸膜成为一体，另外，它插入到下部处的通孔中，并且重复缠绕。因此，当全氟磺酸膜夹在金刚石电极和铂丝电极之间时，在其中形成暴露于外侧的暴露表面。
US 3 767 557 A公开了一种将卤水分解成游离氯气的隔膜电解池，该游离氯气分布在水池中抵抗不同的气体压力。电解池具有卤水入口柱、液体产品排放柱以及延伸到电解池上方的氯气取出柱，其中，卤水入口柱通向大气并连接到阳极室，并且液体产品排放柱通向大气、连接到阴极室并且具有大于在来自氯气取出柱的氯气的分布点处的最大背压的液体柱压力。储存器容纳允许溶于水的固定盐。该发明还包括用于自动计量在适当卤水溶度下穿过电解池的少量卤水的装置。
水的电解可包括通过施加到隔着相反极性的电极的水的电压的作用而将水分解成氧气和氢气。氢气可在负电极(阴极)处产生，而氧气可在正电极(阳极)处产生，如通过下列反应所示：
阴极(还原)：4H+(aq)+4e-→2H2(g)
阳极(氧化)：2H2O(1)→O2(g)+4H+(aq)+4e-
在某些电解电池中，通过离子而阻止气体通过的隔膜可将阴极和阳极室分隔。隔膜可允许隔室之间的离子电导性，而保持在其相应的隔室中形成的氢气和氧气隔开。阳极反应在所施加的外部电压的影响下可将电子从水分子中移除。电子的移除可从水放出氧气和质子H+。质子可移动穿过隔膜并与移除的电子结合形成氢气。结合的总阴极和电极反应可以是：2H2O→2H2+O2。
附图说明
附图是说明性实施例。它们不示出所有实施例。此外或相反地，可使用其它实施例。可能是明显或不必要的细节可被省略以节省空间或更有效率地说明。某些实施例可在具有另外部件或步骤和/或不具有所示出的所有部件或步骤的情况下实践。当相同附图标记出现在不同附图中时，其指代相同或相似的部件或步骤。
图1A和1B分别示出了包括连续区段半罩的电解器装置的实施例的分解图和组装图。
图2A和2B分别示出了包括离散部件区段半罩的电解器装置的实施例的分解图和组装图。
图3A和3B是包括在隔膜的第一和相反的第二侧的附近的多个电极的电解装置的实施例的中间区段的前透视图和后透视图。
图4示出了用于电解器装置的实施例的防漏紧固的软管夹的使用。
图5A示出了软管夹，并且图5B示出了用于电解器装置的实施例的半罩的中间区段以及用于防漏紧固的密封垫片。
图6A示出了带夹，并且图6B示出了西德福夹，两者都用于电解器装置的实施例的防漏紧固。
图7A和7B示出了将隔膜密封在不可渗透框架中的定向能(directed energy)的使用。
图8A和8B示出了用于电解器装置的实施例的防漏紧固的定向能的使用。
图9A和9B示出了将电力施加到在隔膜的相反两侧的附近的多个阳极和阴极电极的电力源的阳极侧和阴极侧透视图。
图10示出了电解器装置的实施例的组装透视图，其中，半罩包括部分半球状离散端部区段部件。
图11A和11B分别示出了电解器装置的包括过渡件端部区段实施例的半罩的剖视透视图和立面图。
图12A和12B分别示出了电解器装置的实施例的剖视透视图和立面图，其中，气体移除流管在装置的外部和内部。
图13示出了图12的实施例的组装立面图，示出电解器装置用根据需要添加的替换水来制造氢气和氧气流。
图14示出了图13的实施例如何能够用作大规模制造、储存和使用系统的一部分的流程图、系统级概览。
图15示出了包括热沉的电解器装置的实施例的详细透视图。
图16A、16B和16C分别示出了电接触第一多个电极并包括热沉的汇流条的透视图、俯视图和前视立面图。
图17A和17B分别示出了具有与在隔膜的相反两侧上的多个电极接触的结合凸片的接触条的分解和组装中间区段透视图。
图18A、18B、18C和18D分别示出了包括伸出的电接触区域的高温电解器装置的中间区段透视图、俯视图、前视立面图和右视立面图。
图19A和19B分别示出了与循环水泵一起使用的电解器装置的实施例的半罩的剖视透视图和立面图。
图20示出了使用图19的装置的系统的实例。
图21A示出了包括可滑动电极的电解器装置的中间区段分解图。图21B示出了包括可滑动电极的电解器装置的中间区段组装图，其中替换电极邻近待通过滑动来替换的电极。图21C示出了用于将电解器装置中的电极紧固到替换电极以用于装置中的电极的可滑动替换的紧固件的详细正透视图和后透视图。
图22A是导线在其使用渐进式轴向旋转绕线法施加到隔膜时的透视图。图22B和22C分别示出了导线使用渐进式轴向旋转绕线法施加到隔膜的俯视图和前视立面图。
图23A和23B分别示出了第一半罩、第二半罩以及导线已经施加到其上的定位在半罩之间的隔膜的中间区段透视图和立面分解图。图23C和23D分别示出了第一半罩、第二半罩以及导线已经施加到其上的被夹在半罩之间的隔膜的中间区段透视图和立面组装图。图23E和23F示出了图23C和23D的视图，其中导线被从隔膜的边缘修剪。
图24A、24B、24C和24D分别示出了使用蛇形绕线法将导线施加到隔膜的透视图、俯视图、前视立面图和右视立面图。
图25示出了具有额外的间隔件的图24所示的蛇形绕线。
图26A和26B分别示出了已经使用独立导线股放置的方法施加的导线的透视图和俯视图。
具体实施方式
现描述说明性实施例。此外或相反地，可使用其它实施例。可能明显或不必要的细节可被省略以节省空间或更有效率地介绍。某些实施例可实践成具有另外部件或步骤和/或没有被描述的所有部件或步骤。所公开的实施例不受动作或程序的顺序限制。某些动作可以以不同的顺序和/或与例如诸如旋转和直线运动的动作的其它动作或事件同时发生。不是所有说明的动作或事件都要求实施本发明所述的程序和/或方法。
如本文所用的：
“部件”是指较大结构的零件或元件。
“隔膜”是指通过离子而阻止气体通过的屏障。在某些实施例中，隔膜是网状的。在其它实施例中，隔膜是能渗透的，其中隔膜基本上不具有在隔膜的第一侧和隔膜的第二侧之间形成视线通路的孔、毛孔或通道。在其它实施例中，隔膜不具有将薄膜夹在中间的共线的孔、毛孔或通道。拥有隔膜的必要性质的网状和/或能渗透材料的实例是聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、聚酰胺亚胺、聚偏二氟乙烯以及聚四氟乙烯。在某些实施例中，隔膜可包括质子交换膜和或聚合物电解质膜。
“隔膜电极阵列”是指包括电极阵列的隔膜。
“电极阵列”是指一组相关的电极。
“罩”是指将第一空间与第二空间密封开的结构。
“紧固件”是指关于流体的防漏紧固件。
“流体”是指液体、气体或液体和气体。
“半罩”是指罩的部件。
“离子”是指水离子。
“视线”是指沿直线行进的光。
“网状的”是指像网或网络一样构造或布置的水通路。
“过渡件”是指过渡到不同形状的元件。
“水”是指纯水、不纯水、电解质以及所有水溶液。
“区段”是指具有特定的特性、目的或用途的半罩或罩的区域。
需要至少两个半罩来形成罩。半罩包括至少三个区段：(1)第一端部区段；(2)中间区段；以及(3)第二端部区段。半罩可由不连续的物体制成，诸如通过将离散的区部件紧固来制成。半罩可相反地制成单个连续物体。半罩可构造成不同形状和大小。例如，中间区段可以是具有包括半圆形、半椭圆形和、或半矩形形状的横截面的大致圆柱形。中间区段也可以是具有可变截面的非圆柱形。端部区段可例如是平坦的、部分锥形的、部分类球形的或部分椭圆形的。端部区段可包括专门适配部诸如底部支撑或流动通路。
将水电解分离成氢气和氧气的装置的一个实施例可包括(i)第一半罩；(ii)第二半罩；(iii)位于第一半罩和第二半罩之间的隔膜电极阵列，该隔膜电极阵列包括：(a)通过离子而阻止气体通过的隔膜，该隔膜包括第一侧和相反的第二侧；(b)在隔膜的第一侧的第一附近区域的第一多个电极；以及(c)在隔膜的相反的第二侧的第二附近区域的第二多个电极；(iv)紧固件，该紧固件用于将第一半罩、隔膜电极阵列和第二半罩防漏紧固，从而形成防漏罩；(v)电触头，用于向第一和第二多个电极供电，以及；(vi)构造成将氢气和氧气分开地从罩移除的通路。在某些实施例中，半罩是单个连续物体。在其它实施例中，半罩包括离散的区部件。
隔膜材料的实例还包括下列网状和/或能渗透材料：例如有机合成物、无机合成物、塑料、石棉、石棉纤维、玻璃纤维、PTFE、纸、毡、纤维、聚合物、聚丙烯、石棉片、合成纤维片、PVC、石棉网、共聚物、陶瓷、包覆石棉、苯乙烯、Al2O3、SiO2、ZrO2以及玻璃纤维。
向电解器装置供电的电力源的实例包括光伏电池、风力发电机、可再生能源发电机、核能发电机以及化石燃料驱动的发电机。
在电解器装置的某些实施例中，气体移除通路包括顶部空间屏障，从而第一半罩的第一顶部空间与第二半罩的第二顶部空间分隔；流体连接到第一半罩的第一流动通路；以及流体连接到第二半罩的第二流动通路。
在某些实施例中，第一流动通路包括连接到第一中间区段的第一上端部区段和第一管；而第二流动通路包括连接到第二中间区段的第二上端部区段和第二管。上端部区段形状的实例包括平板、部分圆锥形、部分球形、部分椭圆形以及部分矩形形状。
第一管和第二管可在半罩的外部。可替代地，第一管和第二管可在半罩的外部和内部。某些实施例包括折流板(baffle)和亲水表面以通过水汽表面凝结使蒸发水分损失最小化。某些实施例包括热沉技术，以通过与周围温度的热交换而使蒸发水分损失最小化。
在隔膜电极阵列的某些实施例中，电极包括导线。导线材料例如是金属、合金、半导体、超导体、复合物、碳、碳纤维或导电聚合物。导线的表面可被纹理化以将实际表面面积增加到超过表观表面积并通过添加催化剂来改性。在某些实施例中，导线基本上平行于隔膜的第一侧和隔膜的相反的第二侧。在其它实施例中，电极通过例如诸如光刻、化学镀、着墨(inking)、气相沉积或导电油漆的沉积技术来沉积。
公开了制造隔膜电极阵列的多种方法，诸如导线施加机和/或绕线机技术的使用。例如，制造在电解器装置中使用的隔膜电极阵列的方法包括：(i)将通过离子而阻止气体通过的隔膜安装在绕线机上；(ii)使用导线施加机将导线施加在隔膜的第一侧的第一附近区域以及在隔膜的相反的第二侧的第二附近区域；(iii)将第一半罩、导线、隔膜以及第二半罩紧固，从而形成防漏罩，以及；(iv)修剪导线；从而制成在电解器装置中使用的隔膜电极阵列和电解器装置。导线施加方法的具体实例包括(i)渐进式轴向旋转绕线法；(ii)渐进式轨旋转绕线法；(iii)蛇形绕线法；(iv)渐进式轴向旋转闩锁绕线法；以及(v)多股式导线定位施加法。
电解器装置包括(i)第一半罩；(ii)第二半罩；(iii)夹在第一半罩和第二半罩之间的隔膜电极阵列，其中，隔膜电极阵列使用绕线和/或导线施加的方法来制成；(iv)构造成将氢气和氧气分开地从罩移除的通路；以及(v)用于向装置供电的电触头。
高温电解装置包括与电解器的高温隔开的电触头。电触头的温度低于电解器的操作温度。温差通过增加电触头的区域和高温电解器的发热区域之间的距离以及通过触头和周围温度之间的热交换来实现。
公开了一种教育学生的可再生能源制造的科学技术的装置和方法。该方法依赖于将水转化成氢气和氧气的所公开的电解器的具体实施例。该装置和方法解决了将科学和工程实践集成到K-12自然科学课程中，如弗吉尼亚州阿灵顿(Arlington)2012全国自然科学教师协会的K-12自然科学教育机构的77页的全国自然科学教师协会读者指南所述，并全部以引用的方式并入。所公开的装置是电能转化成化学能的实用教学工具。装置与教授可再生能源制造、储存、分配和使用的科学和工程原理的泵、分离器、压缩机和储存单元相互作用。
所公开的隔膜电极阵列的实施例能够被用于制造燃料电池的薄膜电极组件。
所公开的电解器还可用于除了制造氢气和氧气的水电解外的工业工艺。一种这样的工艺是氯碱工艺。
构成电解器装置的半罩可以是类似的或基本上相同的。它们构造成具有互补形式，使得它们将隔膜电极阵列夹在中间以形成防漏罩，并允许用于气体和/或液体移除的流体连接以及在电极触头处的电极的供电。紧固件可被松开或切割以允许接近隔膜电极阵列来进行维护、维修和/或更换而产生最少废料并获得材料重新使用的机会。半罩通过例如机加工、铸造、模制、旋压、层压、锻造、轧制、挤压、拉拔、弯曲、旋压、冲压、冲切、锯削、攻螺纹、拉削、钻孔、车削、钻孔、铣削、研磨、切削、电火花加工来制造。其能够包括例如生物材料、碳、陶瓷、复合材料、玻璃、纳米材料、耐火材料、半导体、薄膜、功能级材料以及诸如聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯以及聚碳酸酯的碳聚合物。
半罩能够制成单个连续物体或由离散部件区段制成。半罩包括用于气体移除的通路。半罩可功能用作制造隔膜电极阵列的夹具，该夹具便于制造所公开的电解器装置的实施例的制造技术的使用。制造技术包括例如机器人技术、机器人视觉、机器视觉以及数字控制运动和导线定位机。
图1A和1B分别示出了包括连续区段半罩的电解器装置的实施例的分解图和组装图。第一半罩101和第二半罩103将隔膜电极阵列105夹在中间。隔膜电极阵列105包括在隔膜109的第一侧的第一附近区域的第一多个电极107。图1中不可见的第二多个电极在隔膜109的相反的第二侧的第二附近区域。分界线111将隔膜109与顶部空间屏障113隔开。顶部空间屏障113是不透离子、气体和水的。水填充标记115指示罩中的水位。填充标记115的位置大约在分界线111与半罩101和103的顶部之间的中间。图1B示出电解器装置117的组装透视图。第一多个电极触头119在隔膜109的第一侧的第一附近区域。图1B中不可见的第二多个电极触头在隔膜109的相反的第二侧的第二附近区域。氧气移除通路和氢气移除通路允许当添加有水并且电力被施加到第一和第二多个电极触头时从电解器装置117分开地移除氧气和氢气。
图2A和2B分别示出了包括离散部件区半罩的电解器装置的实施例的分解图和组装图。中间区段201是第一中间区段；中间区段203是第二中间区段。端部区段匹配凸缘205和底板207被紧固到中间区段。包括气体移除通路的防漏盖板209与匹配凸缘205配合。图2的隔膜电极阵列、分界线和水填充标记基本上与图1的相同。
图3A和3B是包括在隔膜的第一侧和相反的第二侧的附近区域中的多个电极的电解装置的实施例的中间区段区域的前透视图和后透视图。中间区段301是第一中间区段。中间区段303是第二中间区段。隔膜305包括第一侧307和相反的第二侧309。第一多个电极311在隔膜305的第一侧307的第一附近区域。第二多个电极313在隔膜305的相反的第二侧309的第二附近区域。
图4示出了使用软管夹401将第一半罩、隔膜电极阵列和第二半罩紧固。图4的紧固的实施例示出了隔膜电极阵列在部位403处被适当切口以容纳软管夹。用于电解器的实施例的防漏紧固的紧固件包括夹具，例如诸如软管夹、西德福夹(Stauff clamp)以及带夹。紧固件还包括导线扎带、电缆扎带、扎带、环氧树脂、粘性密封垫片、水族槽粘合剂、接合剂、洗衣机粘合剂、焊接、加热、铜焊、压接、缠绕、胶合、包裹、铰接、锡焊、夹紧、闩锁件、锚定、销、销钉、搭扣、压条、扣环、夹子、定向能、螺钉、凸缘、螺栓、螺母和/或其中的一个或多个的选择组合。在某些实施例中，上述紧固件中的一个或多个被排除。
图5A示出了软管夹，并且图5B示出了半罩的中间区段以及用于电解器装置的实施例的防漏紧固的密封垫片。周带501绕电解装置的周围缠绕并且通过蜗轮组件503的旋转运动来拧紧。图5B示出了第一中间区段505和第二中间区段507。第一对衬垫条509与第一中间区段505相邻。第二对衬垫条511与第二中间区段507相邻。该多条衬垫条509和511通过填塞典型边缘513以及隔膜电极阵列而提供额外的防漏紧固和密封能力。为了清楚起见，隔膜电极阵列在图5B中未示出。包括粘合剂、密封剂、胶合剂和环氧树脂的添加物的衬垫与任何紧固夹结合使用。衬垫材料的实例包括橡胶、氟橡胶(Viton)、氯丁橡胶、柔性石墨、碳纤维、海帕伦(hypalon)、聚氨酯、硅树脂、PTFE、含氟弹性体、玻璃纤维以及尼龙。
图6A示出了带夹，并且图6B示出了西德福夹，该西德福夹用于电解器装置的高温和/或高压实施例的防漏紧固。图6A是带夹601。螺栓603和螺母605用于将带夹601绷紧。图6B是具有拧紧螺栓609的西德福夹607。这两种夹具都捆绑大致圆形截面的电解器装置的周边，并且利用旋转运动来紧固第一半罩、隔膜电极阵列以及第二半罩，以对电解装置进行防漏紧固。
图7A和7B示出了用于将隔膜701密封在不可渗透框架703中的定向能的使用。图7A示出了邻接不可渗透框架703的隔膜701的分解图。框架703是不透离子、气体和水的。框架703的不可渗透特性是绕部件接触的装置的边缘的防漏密封的一部分。在切口的顶部处的边缘705将隔膜701与顶部空间屏障707分离。水填充液位709指示电解器装置中的水位。液位709大约在边缘705和框架703的顶边缘之间的中途。图7B是组装图。使用紧固件711将隔膜701紧固在框架703中。紧固件711例如包括定向能、加热、焊接、锡焊、熔融和胶合。
图8A和8B示出了用于电解器装置的实施例的防漏紧固的定向能的使用。图8A示出了所公开的电解器装置实施例的分解透视图。第一多个电极801在图7的镶框隔膜的第一侧的第一附近区域。图8中不可见的第二多个电极在镶框隔膜的相反的第二侧的第二附近区域。图8B示出了被夹在第一半罩805和第二半罩807之间的隔膜电极阵列803的组装透视图。第一半罩805、隔膜电极阵列803以及第二半罩807的防漏紧固通过施加在部件在其处接触的边缘811处的紧固件809来实现。紧固件例如包括定向能、加热、焊接、锡焊、熔融和胶合。
图9A和9B分别示出了施加电力到在隔膜的相反两侧的附近区域中的多个阳极电极和阴极多个电极的电力源的阳极侧和阴极侧透视图。图9A示出了阳极电极透视图，而图9B示出了隔膜电极阵列的阴极电极透视图。多个阳极电极901位于隔膜905的第一侧903的第一附近区域。多个阴极电极907位于隔膜905的相反的第二侧909的第二附近区域。至少一个电力源的阳极输出共同地接触多个阳极电极901。至少一个电力源的阴极输出共同地接触多个阴极电极907。
在某些实施例中，半罩的端部区段是大致平坦的。大致平坦的底部可有利于构造为直立结构的电解器。在其它实施例中，半罩的端部区段可以是部分或基本上类球形或椭圆体的。这些端部区段的形状可有利于高压和高温电解器。例如，图10示出了电解器装置的实施例的组装图，其中，半罩包括部分类球形的离散第一端部区段部件1001和部分类球形的离散第二端部区段部件1003。中间区段1005是基本上圆柱形的。第一多个电触头1007伸出通过将半罩和隔膜电极阵列紧固而形成的罩。在图10中不可见的隔膜的相反侧上的第二多个电触头伸出通过将半罩和隔膜电极阵列紧固而形成的罩。在图10中，端部区段部件1001包括用于氢气和氧气从隔膜电极阵列的阴极侧和阳极侧移除的管。
图11A和11B分别示出了包括电解器装置的过渡件端部区段实施例的半罩的剖切透视图和立面图。图11A包括示出包括锥形顶端部区段1101和圆柱形中间区段1103的电解器实施例的剖切透视图。为了清楚起见，隔膜电极阵列和底端部区段在图11中未示出。顶部空间屏障1105始于边缘1107上方，该边缘1107还标记隔膜电极阵列的上边缘的位置。标记1109指示电解器中的水填充水平。标记1109在边缘1107和边缘111之间，边缘111标记到端部区段1101的锥形的过渡部。箭头1113指向中间区段1103的内部，容纳水的空间。上端部区段1101捕获水中升起并进入标记1109上方的顶部空间的气泡。上端部区段1101将顶部空间中的气体汇集到流管1115，所述流管1115流体连接到顶部空间，用于气体移除以及后续使用或储存。为了稳定性和热接触，管1115能够指向下并从外部紧固到中间区段1103。标记1109上方的顶部空间能够配有折流板并涂有亲水表面，以使由水蒸气吸附引起的蒸发水分损失最小化。亲水材料的实例包括丙烯酸树脂、胺官能聚合物、醚、苯乙烯、乙烯酸和乙烯醇。水在电解过程期间被消耗。根据需要将置换水添加到电解器。
图12A和12B分别示出了电解器装置的实施例的剖视透视图和立面图，其中排气流管在装置的外部和内部。图12A包括在装置的外部和内部的排气流管1201的透视图。当从顶端部区段1203露出时，管1201扭转大约180度，在图12B中指示的位置1205处穿透端部区段1203，重新进入内部，向下下降穿过顶部空间和水并通过在位置1209处穿透中间区段1207而在电解器的底部附近露出。所有的穿透是防漏的。图12的实施例可提供多个优势。首先，管1201在从端部区段1203露出时外露于周围温度可允许承载在管1201内的气体在重新进入装置之前被冷却。冷却后的气体可用来通过热交换来冷却用于电解的水并降低蒸发水分损失。第二，如图13进一步指示，管1201的内部垂直部分(plumbing)可提供用于构造大规模氢气和氧气制造系统的独立的模块化复制单元，其中很多单元被复制并且其流动通路汇合成更大的气体制造流。由于中间区段的防护，流动通路的管的内部容纳可使管破裂的可能性最小。第三，也如图13所指示，该实施例可拥有安全特征，这是因为在电解器装置的阴极室和阳极室产生分开的氢气和氧气流，该氢气流和氧气流能够被引导成沿相反的方向流动并随着气体流的地下放置而流动，从而使产生和处理大量可燃气体的潜在危险最小化。图13还示出了水添加到电解器装置以置换电解消耗的和蒸发损失的水的行为。
图14示出了图13的实施例如何可用作包括气体压缩、储存、分配和使用的大规模生产系统的部分的流程图、系统级概览。因为太阳光间歇可用，所以光伏电能是间歇性能源。风力发电电能不总是可用的。图14的系统说明太阳能和风能如何可被捕获并储存以备后续使用。核能产生的电能也能够用于氢气和氧气的电解生产。核反应堆可位于相对偏远地区，并且所生产的氢气能够用管道输送到使用中心。
图15示出了包括用于与周围环境热交换的热沉的电解器装置的实施例的详细透视图。导热片1501被应用到半罩的中间区段。用于热交换的热沉技术也能够应用到管1503和端部区段1505。能够通过选择薄壁导热材料来制造半罩而进一步增强热沉技术的利用。
电解器装置的某些实施例将汇流条连接器与热沉技术结合以用于冷却和抑制水分蒸发。图16A、16B和16C分别示出了电接触第一多个电极并包括热沉的汇流条的透视图、俯视图和前立面图。在隔膜1603的第一侧的第一附近区域的第一多个电极1601电接触并热接触汇流条1605。汇流条1605还包括通过与周围流体热交换而被冷却的一个或多个热沉鳍片1607。具有热沉鳍片的类似的第二汇流条与在隔膜1603的相反的第二侧上的第二附近区域的第二多个电极电接触并热接触。为了清楚起见，具有第二热沉鳍片的第二汇流条在图16中未示出。“汇流条”是接触在隔膜的其相应侧上的多个电极并且还连接到向电解器装置供电的电力源的导电体的条。
在某些实施例中，隔膜和电极不伸出半罩。在这些实施例中，与相应的多个电极电接触是通过被夹在紧贴隔膜电极阵列的半罩的边缘之间的金属条进行的。隔膜的暴露面和边缘被密封以防止流体从电解器漏出。密封件包括软管夹、导线扎带、电缆扎带、扎带、环氧树脂、粘性密封垫片、水族槽密封剂、洗衣机密封剂、焊接、加热、定向能和/或其中的一个或多个的选择组合。图17A和17B分别示出了具有与在隔膜的相反侧上的多个电极形成电接触的结合凸片的接触条的分解和组装中间区段透视图。第一电接触条1701与在隔膜1707的第一侧1705的第一附近区域的第一多个电极1703形成电接触。第二电接触条1709与在隔膜1707的相反的第二侧的第二附近区域的图17中不可见的第二多个电极形成电接触。如图17B所示，电接触条1701和1709通过第一半罩1711和第二半罩1714紧贴到在其相应侧上的第一多个电极和第二多个电极。第一电接触凸片1715电连接到第一电接触条1701。第二电接触凸片1717电连接到第二电接触条1709。电接触凸片伸出第一和第二半罩，从而与电力源接触。
对于高温电解器的设计和构造，隔膜和电极伸出组装好的半罩的程度增加。图18A、18B、18C和18D分别示出了包括伸出的电触头区域的高温电解器装置的中间区段透视图、俯视图、正视图和右视图。在电触头边缘1803处的用于电触头的增加伸出1801足够大，使得电触头边缘1803的温度由于与周围环境温度热交换而比电解器的发热区域1805和发热区域1807的温度低。对于高温蒸汽电解，电触头边缘1803可位于发热区域1805和1807下方，这是由于热对流而进一步有利于电触头边缘1803的更低温度的位置。隔膜的所有暴露边缘和表面被密封以防止泄漏。
图19A和19B分别示出了与循环水泵一起使用的电解器装置的实施例的半罩的透视图和立面剖视图。排水管1901浸没在水位标记1903下方。回水管1905在水位标记1903下方穿透半罩1907。为了清楚起见，隔膜电极阵列和底部区段在图19中未示出。
图20示出了使用图19的装置的系统的实例。在图20中，组装好的图19的电解器实施例是更大的系统的部件。在图20中，含氢气的水经由移除管2001从电解器移除并经由路径2003送到氢气分离/移除单元2005，用于从水分离氢气。除去氢气的水经由回水路径2007以及回水管2009返回到电解器。类似地，在分离的循环流动系统中，含氧气的水经由移除管2011从电解器移除并经由路径2013送到氧气分离/移除单元2015，用于从水分离氧气。除去氧气的水经由回水路径2017和回水管2019返回到电解器。循环泵可沿任一方向运行。位置2021标记被夹在第一半罩2023和第二半罩2025之间的隔膜电极阵列的位置。
可存在对具有简化的电极更换和维修的电解器的需求。公开了这样的电解器装置的实施例，其中，用过的电极的移除通过将电极滑进和滑出电解器而不用将装置拆卸来实现。电解器电极通过例如压紧O形环或压紧管配件而保持在位。通过稍微松开配件并将替换电极紧固到电解器电极，替换通过滑动电极以移除用过的装置电极并用新的或翻新的替换电极来替换用过的装置电极而实现。图21A示出了包括可滑动电极的电解器装置的中间区段分解图。图21B示出了包括可滑动电极的电解器装置的中间区段组装图，其中替换电极邻近待通过滑动而替换的电极。图21C示出了用于将电解器装置中的电极紧固到替换电极，以用于装置中的电极的可滑动替换的紧固件的详细前透视图和后透视图。该电解器装置包括：(i)第一半罩2101；(ii)第二半罩2103；(iii)定位在第一半罩2101和第二半罩2103之间的隔膜2105；(iv)紧固件，该紧固件在图21中未示出，用于将第一半罩2101、隔膜2105以及第二半罩2103防漏紧固；(v)第一半罩2101中的至少一对密封联轴节2107以及第二半罩2103中的至少一对密封联轴节2109，其被构造成将至少一个电极可滑动地接纳并定位在第一半罩2101中以及将至少一个电极可滑动地接纳并定位在第二半罩2109中，密封联轴节对2107的后部元件以及密封联轴节对2109的后部元件在图21中不可见；(vi)可滑动并密封地定位在第一半罩2101中的至少一个电极2111，其中该至少一个电极包括第一端2113和第二端2115；(vii)用于定位在第一半罩2101中的所述至少一个电极2111的至少一个替换电极2117(图21B)；(viii)紧固件2119(图21C)，该紧固件2119用于将所述至少一个替换电极2117(图21B)紧固到第一半罩2101中的所述至少一个电极2111的第一端2113(图21A)或第二端2115，从而第一半罩2101中的所述至少一个电极2111能够从第一半罩2101滑动地移除并用所述至少一个替换电极2117(图21B)来替换；(ix)可滑动并密封地定位在第二半罩203中的至少一个电极2121(图21A)，其中该至少一个电极2121包括第一端2123和第二端2125；(x)用于定位在第一半罩2103中的所述至少一个电极2121的至少一个替换电极2127(图21B)；以及(xi)紧固件2129，该紧固件2129用于将所述至少一个替换电极2127紧固到第二半罩2103中的所述至少一个电极2121的第一端或第二端，从而第二半罩中的所述至少一个电极2121能够从第二半罩2103滑动地移除并用所述至少一个替换电极2127来替换。
为了将水电解分成氢气和氧气，水被添加到电解器装置并且向电极供电。与电极的电接触以及电力源能够以多种方式实现。例如，单一电压或电流源能够施加到单一阳极/阴极对。电力源能够是包括至少一个输出对的电力源。此外，边缘连接器包括多个接触点，该多个接触点与伸出半罩的多个阳极/阴极电极的电极对分别地匹配。边缘连接器的实例可在Digi-Key公司(Thief River Falls,MN 56701)目录中发现，其内容再次全部以引用的方式并入。
公开了一种制造在电解器装置中使用的隔膜电极阵列的方法。该方法包括：(i)将隔膜安装在导线施加机上，该隔膜通过离子而阻止气体通过；(ii)使用导线施加机在隔膜的第一侧的第一附近区域以及在隔膜的相反的第二侧的第二附近区域施加导线；(iii)将第一半罩、导线、隔膜以及第二半罩紧固，从而形成防漏罩，以及；(iv)修剪导线；由此制成在电解器装置中使用的隔膜电极阵列和电解器装置。
图22A是导线在其使用渐进式轴向旋转绕线法被施加到隔膜时的透视图。图22B和22C分别示出了使用渐进式轴向旋转绕线法将导线施加到隔膜的俯视图和前立面图。图22A、22B和22C示出了绕由旋转箭头对2203限定的轴线旋转的隔膜2201。箭头2205指示隔膜的线性运动。导线2207沿由箭头2209所指示的方向被馈送到隔膜2201。旋转和线性运动同步以接纳导线2207。随着隔膜2201旋转并沿箭头2205的方向线性移动，导线施加在隔膜2201的第一侧的第一附近区域以及在隔膜2201的相反的第二侧的第二附近区域。
隔膜的制备包括隔膜材料的选择、将隔膜材料切成适当大小以及将导线锚固到隔膜。制备好的隔膜被安装在导线施加机上。导线施加机未示出。可使用的绕线机包括在一下文献中描述的绕线机，William Querfurth的《Coil Winding：A Description of CoilWinding Procedures,Winding Machines and Associated Equipment》(G.StevensMfg.Co.Pub.1954,128页)以及Carl Hering的《Practical Directions for WindingMagnets for Dynamos》(BiblioBazaar，2008年重新印刷，76页)。这两本书的内容全部以引用的方式并入本文。隔膜包括通过离子而阻止气体通过的材料。
可存在图22A、22B和22C以及其它图的教导的变型。例如，导线馈送和隔膜之间的相对线性运动可通过例如在隔膜旋转以接纳导线时导线馈送(wire feed)的线性竖直运动来实现。在图22的方法的这种变型中，隔膜旋转，但不线性移动。是导线源随着导线被馈送到隔膜而线性移动。将导线施加在隔膜的第一和相反的第二侧的附近的另一实例是渐进式轨旋转绕线法。
除了是导线馈送绕隔膜轨道旋转同时相对于隔膜线性移动外，渐进式轨旋转绕线法类似于渐进式轴向旋转绕线法。其它导线施加技术包括蛇形绕线法、渐进式轴向旋转闩锁绕线法以及独立导线股放置法。绕线的某些实施例使用绕隔膜的同轴套筒来在绕线过程期间增强和支承隔膜。在某些实施例中，旋转和线性运动通过诸如机器人技术、机器人视觉、机器视觉以及/或数字控制运动装置、系统或定位器的自动化制造技术实施。
导线施加到隔膜后，第一半罩、导线、隔膜以及第二半罩被紧固在一起，并且隔膜的边缘上的导线被修剪，如图23所示。图23A和23B分别示出了第一半壳体、第二半壳体以及导线已经施加到其上的定位在半壳体之间的隔膜的中间区段透视图和立面分解图。图23C和23D分别示出了第一半壳体、第二半壳体以及导线已经施加到其上的被夹在半壳体之间的隔膜的中间区段透视图和立面组装图。图23E和23F示出了图23C和23D的视图，其中导线被从隔膜的边缘修剪，从而第一多个导线电极紧固在隔膜的第一侧的第一附近区域，而第二多个导线电极紧固在隔膜的相反的第二侧的第二附近区域。
渐进式轴向旋转闩锁绕线法是渐进式轴向旋转绕线法的变型。由于隔膜通常由诸如例如聚合物的相对柔软的材料制成，图22的绕线方法的变型包括通过在绕线过程期间使用导线作为切割工具在隔膜上开槽口而将导线闩到隔膜。槽口用作导线的局部闩锁或固定点，该槽口当集成并用于改变合成旋转和线性运动时可用于在隔膜的第一侧和相反的第二侧的附近建立交替的导线图案。
图24A、24B、24C和24D分别示出了使用蛇形绕线法将导线施加到隔膜的透视图、俯视图、前立面图和右立面图。图24示出了隔膜2401、在隔膜2401的相对两侧上的第一组引导柱2403和第二组引导柱2405。引导柱2403和2405是导线2407绕其缠绕以在隔膜2401的两侧上形成蛇形图案的结构。为了清楚起见，图24仅示出了在隔膜2401的一侧上的蛇形图案。在隔膜的两侧上的蛇形图案完成之后，隔膜2401和导线被夹在第一半罩和第二半罩之间并用防漏紧固件来紧固，从而形成防漏罩。为了清楚起见，半罩和紧固件在图24中未示出。在切割在两侧上的导线并使防漏罩与引导柱2403和2405分开后，在罩中，第一多个电极给紧固在隔膜2401的第一侧的第一附近区域而第二多个电极被紧固在隔膜2401的相反的第二侧的第二附近区域。
图25示出了图24所示的蛇形绕线法，其带有另外的间隔件，从而导线位于包括导线与隔膜的第一侧和相反的第二侧之间的空间的附近。间隔件2501是平行于隔膜的第一和相反的第二侧的条带。间隔件可与任何导线施加方法结合使用。
蛇形绕线法的另一实施例是省略导线切割动作并将导线缠绕在添加到引导柱的可旋转套圈上。可旋转套圈减小摩擦，使得导线可被拉动穿过电解装置，而不用拆卸电解器装置来根据需要提供新电极，从而简化维护并减少电解器装置停工期。
图26A和26B分别示出了已经使用独立导线股放置法施加的导线的透视图和俯视图。独立导线股放置法是将多条导线施加到隔膜的相反侧的另一方法。图26示出了使用独立导线股放置法将导线施加在隔膜2601的第一侧的第一附近区域以及在隔膜2601的相反的第二侧的第二附近区域的透视图和俯视图。第一多条独立导线股2603放置在隔膜2601的第一侧的第一附近。第二多条独立导线股2605放置在隔膜2601的相反的第二侧的第二附近区域。在放置所述第一多条独立导线股2603和所述第二多条独立导线股2605之后，导线和隔膜被夹在第一和第二半罩之间并用防漏紧固件紧固到第一和第二半罩，并经受导线修剪，从而在形成的罩中，第一多个导线电极被紧固在隔膜的第一侧的第一附近区域，并且第二多个导线电极被紧固在隔膜的相反的第二侧的第二附近区域。
图26的独立导线股放置方法的变型是使第一多条独立导线股2603和第二多条独立导线股2605中的导线不修剪并将导线安装在馈送绕线筒和拉紧绕线筒上。该实施例向导线电极提供移动性，从而导线可拉到拉紧绕线筒并进入电解器以根据需要提供新电极而不用拆卸电解器装置。该实施例简化了操作、维护并减少了装置停工期。
在某些实施例中，电极处于离隔膜预定距离处。该预定距离是精确地、大约、小于或大到例如0.0、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1、0.5、1.0、5、10、50、100、500毫米或在由上述数值中的任意两个界定的范围内的距离。物理接触隔膜的电极能够通过诸如喷溅、化学气相、物理气相、蒸发、电解、着墨、化学镀以及原子层沉积技术中的一种或多种已知沉积技术来施加。Donald M.Mattox(2010年5月19日)的《The Handbookof Physical Vapor Deposition Processing,Second Edition》公开了可使用的方法并且其内容全部以引用的方式并入。
预定大小的电极用于所公开隔膜电极阵列的某些实施例。单个电极的最长尺寸受组装好的装置的横截面大小支配。例如，如果图1B组装好的结构的横截面是近似圆，每个电极的长度将大约是圆的直径大小加上伸出(如果有的话)。每个电极的预定长度是精确地、大约、小于或长达例如0.1、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、500、1000厘米或在由上述数值的任意两个界定的范围内的长度。电极不含有绝缘涂层。
单个电极的横截面是这样的几何形状，其平面垂直于电极的长度方向。例如，如果电极的横截面是圆，则横截面的最长线性尺寸是该圆的直径。对于隔膜电极阵列的某些实施例，使用电极横截面的最长线性尺寸的预定大小。电极横截面的最长线性尺寸的预定大小是精确地、大约、小于或大到例如0.01、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、2、3、4、5、10、100、1000毫米或在由上述数值中的任意两个界定的范围内的尺寸。术语“大小”在用于描述电极的尺寸时包括电极的长度尺寸和/或横截面的最长线性尺寸。
对于在隔膜的第一侧的第一附近区域的第一多个电极的电极的某些实施例，使用预定内部多个间距。对于在隔膜的相反的第二侧的第二附近区域的第二多个电极的电极的某些实施例，使用预定内部多个间距。内部多个相邻电极之间的预定间距是精确地、大约、小于或大到例如0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、100毫米或在由上述数值中的任意两个界定的范围内的尺寸。
对于每个电极装置的某些实施例，使用预定数量的电极。电极的预定数量是精确地、大约、大于或不小于例如4、6、8、10、30、50、100、150、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000、10000、50,000、100,000或在由上述数值中的任意两个界定的范围内的数量。
对于某些实施例，使用每阳极电极和每阴极电极的预定平均电流值。每个阴极电极的平均电流是指在多个阴极和多个阳极之间流动的总电流除以阴极的数量。相似定义适用于每阳极电极平均电流。每阳极电极和/或每阴极电极的预定平均电流值是精确地、大约、小于或大到例如0.001、0.01、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、50、100、500、1000、5000毫安培或在由上述数值中的任意两个界定的范围内的电流。在某些实施例中，包括上述预定数值中的没有一个、一些、全部。
(i)每电极的预定大小，(ii)相邻电极之间的预定内部多数间距，(iii)每个电解器装置的预定电极数量，(iv)每阳极电极和/或每阴极电极的预定平均电流值以及(V)电极离隔膜的预定距离的上述实例中的具体数值的选择取决于所公开的装置和方法的使用者的功利目的。例如如果使用者目的是使电极腐蚀、系统维护、建造成本、装置高度最小化，使电转化效率和运行寿命最大化并建造在相对较便宜土地上的氢气和氧气制造的电解系统，则在上述预定数值中的选择有利于较低电流密度、靠近隔膜的电极以及具有较短高度的电解器。在另一方面，如果制造系统建造在相对昂贵土地上，如在市区中，其中每单位土地面积的最高产量是因素，则较高电流密度、较高电解器、电极和隔膜之间的增加间距以及每电解器较多电极是有利的。
所公开的实施例可提供相对于现有电解器的优势。一个优势可以是减缓电极的腐蚀速度。该优势可基于电极中的电子流动的固有通路以及电子材料中的电子流动和腐蚀机理。例如参见E.E.Stansbury和R.A.Buchanan(ASM International,Materials Park,Ohio)的《E.E.Stansbury and R.A.Buchanan》、B.Glowacki,M.Vickers和E.Maher(AzoMaterials,Sydney,Australia)的论文“Grain Boundaries and Electronic Material”以及J.Kruger(Case Western Reserve University,Cleveland,Ohio)在《ElectrochemistryEncyclopedia》中的论文“Electrochemistry of Corrosion”，其内容全部以引用的方式并入。电子材料中的粒子边界的存在可阻碍并使引起局部发热的电流的流动转向。其它导电通路可变得更高度重要，这是由于它们必须输送更大电流。这能够引起“热失控”效应和腐蚀。该问题与大金属板高电流电极有关。多个电极可通过限制导线中的电流流动例如基本上向导线的方向从而限制阻碍、转向和局部发热的选项来降低问题的严重性。所公开的实施例的实际效用是，对于给定电流和质量的电极材料，与相同质量的单电极对相比，相同量的氢气和氧气可在较低电流密度下通过多对电极制造，从而减缓电极的腐蚀速度，减小过电位并且提高电能转化成氢气能的效率。
所公开的实施例可借助电解装置的使用解决背景部分所述的关于氢气和氧气制造的实际大规模实施的问题。具体地说，实施例可简化结构设计、实施现代自动化技术以及使制造所需的金属量最少。此外，所公开的实施例的模块化性质可更容易使它们本身适用于大规模集成系统工业放大。
已经描述的部件、步骤、特征、目的、益处和优点仅是说明性的。它们或涉及它们的讨论都不旨在以任何的方式限制保护范围。很多其它实施例也被考虑到了。这些包括具有更少、另外和/或不同的部件、步骤、特征、目的、益处和优势的实施例。这些也包括其中部件和/或步骤不同地布置和/或安排的实施例。
除非另作说明，在本说明书中阐述、包含在以下权利要求书中的所有量度、数值、速度、位置、幅度、大小和其它规格是近似的，而不是精确的。它们旨在具有与它们涉及的功能并与它们适合的技术惯例一致的合理范围。
在本公开中已经引用的所有论文、专利、专利申请以及其它出版物以引用的方式并入本文。
短语“用于…的装置”当用于权利要求中时旨在并应解释成包含已经描述的相应结构和材料及其等同物。类似地，短语“的步骤”当用于权利要求中时旨在并应解释成包含已经描述的相应动作及其等同物。权利要求没有这些短语意思是权利要求不旨在且不应解释成局限于这些结构、材料或动作或其等同物。
保护范围仅由现在遵循的权利要求书限制。该范围意指并应解释成当根据本说明书以及遵循的诉讼历史解释时，除了具体意思已经阐述的地方外，像与用于权利要求书中的语言的普遍意思一致的一样宽，并包含所有结构的和功能的等同物。
诸如“第一”和“第二”等等的相关术语可仅用于将一个实体或动作与另一个区别开，而不一定规定或表明它们之间的任何实际关系或顺序。术语“包括”、“包含”及其任何其它变型当在说明书或权利要求书中连同一系列元件使用时，旨在表明该清单不是排它性的，并且可包括其它元件。类似地，前面加“一”或“一个”的元件，如果没有进一步限制的话，不排除存在另外的相同类型的元件。
所有权利要求都不旨在包含不满足专利法的章节101、102或103的要求的主题，它们应不以这样的方式解释。这种主题的非故意覆盖由此不被要求权利。除了如仅在本段规定的外，没有已经规定或说明的任何事物意指或应被解释成引起任何部件、步骤、特征、目的、益处、优点的贡献或相当于公开，不管它是否在权利要求书中叙述。
提供摘要来帮助读者快速确定技术发明的性质。应当理解，其将不用于解释或限制权利要求书的范围或意思。此外，上述具体实施方式中的各种特征在各种实施例中组合在一起以使本发明简单化。这种公开方法不应被解释为要求所声称的实施例要求比每个权利要求中明确叙述的特征更多的特征。而是，如以下权利要求所反映的那样，发明主题在于比单个上述所公开的实施例的所有特征更少的特征。因此，以下权利要求由此包含在具体实施方式之中，而各权利要求本身可作为单独声称的主题。

Claims (33)

1.一种用于将水电解分离成氢气和氧气的装置，所述装置包括：
第一半罩；
第二半罩，所述第二半罩能够与所述第一半罩分离并且与所述第一半罩不是一体的；
隔膜电极阵列，所述隔膜电极阵列定位在所述第一半罩和所述第二半罩之间，所述隔膜电极阵列包括：
隔膜，所述隔膜使离子通过而阻止气体通过，所述隔膜包括第一侧和相反的第二侧；
第一多个电极，所述第一多个电极在所述隔膜的第一侧的附近区域中；
第二多个电极，所述第二多个电极在所述隔膜的相反的第二侧的附近区域中；
紧固件，所述紧固件用于防漏地紧固所述第一半罩、所述隔膜电极阵列和所述第二半罩，从而形成防漏罩；
触头，所述触头用于电接触所述第一多个电极和所述第二多个电极；以及
通路，所述通路被构造成从所述罩分开地移除氢气和氧气，所述通路包括：
第一顶部空间，所述第一顶部空间包括对于离子、气体和水是不可渗透的、与所述第一半罩相关联的屏障；
第一管，所述第一管连通地联接到所述第一顶部空间，所述第一管接纳在所述第一顶部空间内产生的气体并且引导所接纳的气体：
到所述第一半罩和所述第一顶部空间的外部；
然后回到所述第一半罩内部；
然后穿过容纳在所述第一半罩内的流体的大部分；并且
然后穿过所述第一半罩的底部回到所述第一半罩外部；
第二顶部空间，所述第二顶部空间包括对于离子、气体和水是不可渗透的、与所述第二半罩相关联的屏障；
第二管，所述第二管连通地联接到所述第二顶部空间，所述第二管接纳在所述第二顶部空间内产生的气体并且引导所接纳的气体：
到所述第二半罩和所述第二顶部空间的外部；
然后回到所述第二半罩内部；
然后穿过容纳在所述第二半罩内的流体的大部分；并且
然后穿过所述第二半罩的底部回到所述第二半罩外部。
2.根据权利要求1所述的装置，还包括用于向所述装置供电的电力源。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述半罩包括在每个半罩内的离散区段部件。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，每个顶部空间包括折流板，所述折流板包括亲水表面。
5.根据权利要求1所述的装置，还包括热沉，所述热沉构造成使用在所述管中流动的、电解产生的气体在水和周围环境之间进行热交换，其中，所述电解产生的气体穿过所述半罩的底部离开所述装置。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述触头包括汇流条、薄垫料、金属片、包括与多个外部导线触头相连接的多个插口的边缘连接器、条带连接器、或其任何组合。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，每个电极包括催化剂。
8.根据权利要求2所述的装置，其中，所述电力源包括一个电源。
9.一种用于使用电解将水分离成氢气和氧气的电解装置，所述电解装置包括：
第一半罩；
第二半罩，所述第二半罩能够与所述第一半罩分离并且与所述第一半罩不是一体的；
隔膜电极阵列，所述隔膜电极阵列定位在所述第一半罩和所述第二半罩之间，所述隔膜电极阵列包括：
隔膜，所述隔膜使离子通过而阻止气体通过，所述隔膜包括第一侧和相反的第二侧；
第一多个导线电极，所述第一多个导线电极在所述隔膜的第一侧的附近区域中，其中，所述导线在由所述第一半罩和所述隔膜的第一侧的邻接边缘限定的第一界面中从所述装置露出，用以形成在所述装置外部的第一多个电导线触头；
第二多个导线电极，所述第二多个导线电极在所述隔膜的相反的第二侧的附近区域中，其中，所述导线在由所述第二半罩和所述隔膜的第二侧的邻接边缘限定的第二界面中从所述装置露出，用以形成在所述装置外部的第二多个电导线触头；
紧固件，所述紧固件将所述第一半罩、所述隔膜电极阵列和所述第二半罩紧固到一起，从而形成防漏罩；
第一管，所述第一管构造成从所述罩移除所述氢气，但不移除所述氧气；
第二管，所述第二管构造成从所述罩移除所述氧气，但不移除所述氢气。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述外部导线是修剪过的。
11.根据权利要求9所述的装置，还包括：
第一顶部空间，所述第一顶部空间包括对于离子、气体和水是不可渗透的、与所述第一半罩相关联的屏障；
其中，所述第一管连通地联接到所述第一顶部空间，所述第一管接纳在所述第一顶部空间内产生的氢气并且引导所接纳的气体：
到所述第一半罩的外部；
然后回到所述第一半罩内部；
然后穿过容纳在所述第一半罩内的流体的大部分；并且
然后穿过所述第一半罩的底部再次到所述第一半罩外部；和
第二顶部空间，所述第二顶部空间包括对于离子、气体和水是不可渗透的、与所述第二半罩相关联的屏障；
其中，所述第二管连通地联接到所述第二顶部空间，所述第二管接纳在所述第二顶部空间内产生的氧气并且引导所接纳的气体：
到所述第二半罩的外部；
然后回到所述第二半罩内部；
然后穿过容纳在所述第二半罩内的流体的大部分；并且
然后穿过所述第二半罩的底部再次到所述第二半罩外部。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述第一多个导线电极被锚固到所述隔膜，并且所述第二多个导线电极被锚固到所述隔膜。
13.一种用于使用连续长度的导电导线和隔膜制造隔膜电极阵列的方法，所述隔膜具有相反的并且大致平坦的表面、相反的一组周边边缘，并且由使离子通过所述相反的表面而阻止气体通过所述相反的表面的材料制成，所述方法以如下顺序包括：
绕所述隔膜及其相反的一组周边边缘重复地渐进地缠绕所述导线，以便产生横跨所述隔膜的相反表面彼此间隔开的、大致笔直的导线段，每个大致笔直的导线段邻接所述隔膜的表面并且具有相反的端部，所述相反的端部每个都跨越所述隔膜的周边边缘；
在渐进的缠绕之后，将每个导线段的每个端部附接到所述隔膜的所述表面，使得其邻接在所述隔膜的周边边缘处；并且
对跨越所述隔膜的周边边缘的所述导线的每个端部进行修剪，
从而制造用于在电解装置中使用的隔膜电极阵列，所述隔膜电极阵列是根据权利要求1所述的装置的隔膜电极阵列或根据权利要求9所述的电解装置的隔膜电极阵列。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括：在所述缠绕之前将所述隔膜安装在导线施加机上并且使用所述导线施加机以执行所述缠绕。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，通过将所述隔膜与所述大致笔直的邻接导线段夹在两个半罩之间并且通过将所述两个半罩紧固在一起来执行所述附接。
16.一种用于使用连续长度的导电导线和隔膜制造隔膜电极阵列的方法，所述隔膜具有相反的并且大致平坦的表面、相反的一组周边边缘，并且由使离子通过所述相反的表面而阻止气体通过所述相反的表面的材料制成，所述方法包括：
以蛇形图案渐进地缠绕包括横跨所述隔膜的一个表面间隔开的大致笔直的导线段的所述导线中的一个导线，每个导线段邻接所述隔膜的一个表面并且具有相反的端部，所述相反的端部每一个构成延伸超过所述隔膜的周边边缘的线圈的一部分；
以蛇形图案渐进地缠绕包括横跨所述隔膜的另一个表面间隔开的大致笔直的导线段的另一个导线，每个导线段邻接所述隔膜的另一个表面并且具有相反的端部，所述相反的端部每一个构成延伸超过所述隔膜的周边边缘的线圈的一部分；
在渐进的缠绕之后，将每个导线段的每个端部附接到所述隔膜的表面，使得其邻接在所述隔膜的周边边缘处，
从而制造用于在电解装置中使用的隔膜电极阵列，所述隔膜电极阵列是根据权利要求1所述的装置的隔膜电极阵列或根据权利要求9所述的电解装置的隔膜电极阵列。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括：在所述缠绕之前将所述隔膜安装在导线施加机上并且使用所述导线施加机以执行所述缠绕。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，通过将所述隔膜与所述大致笔直的邻接导线段夹在两个半罩之间并且通过将所述两个半罩紧固在一起来执行所述附接。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，每个渐进的缠绕包括将每个线圈绕引导柱环绕。
20.根据权利要求16所述的方法，还包括：修剪在周边边缘处的所述导线的每个线圈。
21.一种用于使用用于阳极的多个独立导线股和用于阴极的多个独立导线股并且使用隔膜来制造适合于在电解装置中使用的隔膜电极阵列的方法，所述阳极和所述阴极的每一个具有两个相反的端部，所述隔膜具有相反的并且大致平坦的表面，所述表面每一个具有环绕的周边，并且所述隔膜由使离子通过所述隔膜的相反表面而阻止气体通过所述隔膜的相反表面的材料制成，所述方法包括：
抵靠所述隔膜的一个表面布置构成所述阳极同时彼此未附接的所述多个独立导线股，使得所述独立导线股中的每一个独立导线股的相反的端部位于所述隔膜的一个表面的周边处或越过所述隔膜的一个表面的周边；
抵靠所述隔膜的另一个表面布置构成所述阴极同时彼此未附接的所述多个独立导线股，使得所述独立导线股中的每一个独立导线股的相反的端部位于所述隔膜的另一个表面的相反的周边处或越过所述隔膜的另一个表面的相反的周边；并且
在抵靠所述隔膜的表面中的一个表面布置所述独立导线股之后，并且在将所述独立导线股中的任一个独立导线股附接到所述隔膜之前，抵靠隔膜表面的周边挤压每个独立导线股，其中已经抵靠所述隔膜表面布置了所述独立导线股，从而制造适合于在所述电解装置中使用的隔膜电极阵列，所述隔膜电极阵列是根据权利要求1所述的装置的隔膜电极阵列或根据权利要求9所述的电解装置的隔膜电极阵列。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述隔膜具有宽度，每个独立导线股都比所述宽度长，并且
所述方法还包括：在所述挤压之后修剪每个独立导线股的端部中的至少一个端部，使得每个独立导线股的至少一个端部不突出超过所述隔膜的宽度。
23.根据权利要求21所述的方法，还包括：将所述隔膜安装在导线施加机上，并且使用所述导线施加机以将每个独立导线股在未附接到其它股的情况下抵靠所述隔膜的表面中的一个表面布置。
24.根据权利要求21所述的方法，还包括：
绕馈送绕线筒缠绕每个独立导线股的一端，并且绕拉紧绕线筒缠绕每个独立导线股的另一端，
将每个导线股附接到所述隔膜，
从所述隔膜分离每个独立导线股，
使用所述拉紧绕线筒横跨所述隔膜的表面拉动新的独立导线股，并且
将所述新的独立导线股附接到所述隔膜。
25.根据权利要求21所述的方法，其中，通过将所述隔膜和所述独立导线股布置在两个半罩之间并且将所述两个半罩紧固在一起来执行所述挤压。
26.根据权利要求25所述的方法，其中：
所述两个半罩每一个具有外表面；并且
在所述挤压之后，所述独立导线股中的每一个独立导线股的至少一端突出超过所述两个半罩的外表面并且适合于用作电触头。
27.根据权利要求26所述的方法，还包括：将所述隔膜布置在框架中，
其中所述独立导线股延伸超过所述隔膜的周边。
28.根据权利要求25所述的方法，还包括：
将抵靠所述隔膜的一个表面的所述独立导线股中的每一个独立导线股的至少一端与位于所述半罩的邻接面之间的电触头相接触；并且
将抵靠所述隔膜的另一个表面的所述独立导线股中的每一个独立导线股的至少一端与位于所述半罩的邻接面之间的不同的电触头相接触。
29.根据权利要求25所述的方法，其中，每个半罩形成大致矩形的横截面，所述横截面包括单件的中间区段。
30.根据权利要求25所述的方法，还包括在由紧固在一起的半罩形成的罩外部的一个或多个热沉，每个热沉包括多个鳍片。
31.根据权利要求21所述的方法，其中，所述隔膜是PEM膜。
32.根据权利要求21所述的方法，其中，所述独立导线股在所述挤压之后是笔直且平行的。
33.一种用于使用导线电极并且使用隔膜来制造适合于在电解装置中使用的隔膜电极阵列的方法，所述导线电极每一个具有两个相反的端部，所述隔膜具有相反的并且大致平坦的表面，所述表面每一个具有环绕的周边，并且所述隔膜由使离子通过所述隔膜的相反表面而阻止气体通过所述隔膜的相反表面的材料制成，所述方法包括：
抵靠所述隔膜的一个表面布置所述电极中的一个或多个电极，使得所述一个或多个电极中的每一个电极的相反的端部位于所述隔膜的所述一个表面的周边处或越过所述隔膜的所述一个表面的周边；
抵靠所述隔膜的另一个表面布置其它电极中的一个或多个其它电极，使得所述一个或多个其它电极中的每一个其它电极的相反的端部位于所述隔膜的所述另一个表面的相反的周边处或越过所述隔膜的所述另一个表面的相反的周边；并且
在抵靠所述隔膜的所述表面中的一个表面布置所述电极之后，将每个电极大致附接在隔膜表面的周边处，其中已经抵靠所述隔膜表面布置了所述电极，从而制造适合于在所述电解装置中使用的隔膜电极阵列；并且
绕馈送绕线筒缠绕每个导线电极的一端并且绕拉紧绕线筒缠绕每个导线电极的另一端，将每个导线电极附接到所述隔膜，从所述隔膜分离每个导线电极，使用所述拉紧绕线筒横跨所述隔膜的表面拉动新的导线电极，并且将所述新的导线电极附接到所述隔膜，所述隔膜电极阵列是根据权利要求1所述的装置的隔膜电极阵列或根据权利要求9所述的电解装置的隔膜电极阵列。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP2820286B8 (en) 2012-02-27 2019-12-11 Hytech Power Inc. Oxygen-rich plasma generators for boosting internal combustion engines
US9873951B2 (en) * 2012-09-14 2018-01-23 Avantium Knowledge Centre B.V. High pressure electrochemical cell and process for the electrochemical reduction of carbon dioxide
US9222178B2 (en) 2013-01-22 2015-12-29 GTA, Inc. Electrolyzer
US8808512B2 (en) * 2013-01-22 2014-08-19 GTA, Inc. Electrolyzer apparatus and method of making it
EP2765224B1 (de) * 2013-02-12 2018-04-11 Airbus Defence and Space GmbH Verfahren zum Betrieb einer Elektrolysezelle
US10465302B2 (en) * 2014-08-07 2019-11-05 Marathon Systems, Inc. Modular gaseous electrolysis apparatus with actively-cooled header module, co-disposed heat exchanger module and gas manifold modules therefor
WO2016153624A1 (en) * 2015-03-24 2016-09-29 GTA, Inc. Electrolyzer
JP6051267B1 (ja) * 2015-05-28 2016-12-27 株式会社ＴｒアンドＫ 電解式水素ガス発生装置の電気分解槽
KR20220123330A (ko) 2016-03-07 2022-09-06 하이테크 파워, 인크. 내연 엔진용 제 2 연료를 생성 및 분배하는 방법
FR3056230B1 (fr) * 2016-09-19 2020-02-28 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Systeme d'electrolyse reversible de l'eau a haute temperature comportant un reservoir d'hydrures couple a l'electrolyseur
US20190234348A1 (en) * 2018-01-29 2019-08-01 Hytech Power, Llc Ultra Low HHO Injection
KR102032676B1 (ko) * 2019-02-28 2019-10-15 울산과학기술원 이산화탄소 활용 시스템
ES2902080T3 (es) * 2019-02-22 2022-03-24 Glock Oekoenergie Gmbh Célula electrolítica

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3379634A (en) * 1965-05-24 1968-04-23 Air Force Usa Zero gravity electrolysis apparatus
US3767557A (en) * 1971-07-01 1973-10-23 A Lamm Chlorinator including means to feed an electrolyte of predetermined density and means to withdraw chlorine against a varying back pressure
US4126534A (en) * 1976-08-04 1978-11-21 Imperial Chemical Industries Limited Monopolar electrolytic cell electrodes
US5660698A (en) * 1993-03-05 1997-08-26 Heraeus Elektrochemie Gmbh Electrode configuration for gas-forming electrolytic processes in membrane cells or diapragm cells
CN1537973A (zh) * 2003-03-31 2004-10-20 ̹�� 电解电极和离子交换膜电解池
CN101498007A (zh) * 2007-11-15 2009-08-05 培尔梅烈克电极股份有限公司 膜电极组件、采用该膜电极组件的电解槽、电解水喷射器以及消毒方法
US7611618B2 (en) * 2006-06-09 2009-11-03 Nehemia Davidson Method of using an electrolysis apparatus with a pulsed, dual voltage, multi-composition electrode assembly

Family Cites Families (72)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2276188A (en) * 1939-10-09 1942-03-10 Greger Herbert Hans Fuel gas battery
OA02156A (fr) 1965-10-21 1970-05-05 Montecatini Edison S A Four et procédé pour la production, en bain fondu, de métaux à partir de leurs oxydes, et four à électrolyse à cellules multiples, composées par des éléctrodes de carbone horizontales bipolaires.
US3976550A (en) 1971-09-22 1976-08-24 Oronzio De Nora Implanti Elettrochimici S.P.A. Horizontal, planar, bipolar diaphragm cells
DE2213603A1 (de) 1972-03-21 1973-10-04 Georg Dr Messner Verfahren und vorrichtung zur elektrolytischen behandlung von chlorwasserstoff enthaltenden loesungen an graphitelktroden unter getrennthaltung der gebildeten gase chlor und wasserstoff
BE802182A (fr) 1973-07-11 1973-11-05 Solvay Electrolyseur a electrodes verticales
US4061557A (en) 1974-05-24 1977-12-06 Marubishi Yuka Kogyo Kabushiki Kaisha Assembly of electrodes
US4250002A (en) 1979-09-19 1981-02-10 Hooker Chemicals & Plastics Corp. Polymeric microporous separators for use in electrolytic processes and devices
US4206030A (en) 1978-11-22 1980-06-03 Waste Conversion Technology, Inc. Electrode assembly
US4340452A (en) * 1979-08-03 1982-07-20 Oronzio deNora Elettrochimici S.p.A. Novel electrolysis cell
US4311577A (en) 1980-03-10 1982-01-19 Olin Corporation Method for assembling membrane electrolytic cells
US4367134A (en) 1980-04-21 1983-01-04 Olin Corporation Method for assembling membrane electrolytic cells
US4457824A (en) * 1982-06-28 1984-07-03 General Electric Company Method and device for evolution of oxygen with ternary electrocatalysts containing valve metals
NO148267C (no) 1981-06-16 1983-09-07 Norsk Hydro As Diafragma for vannelektrolyse
DE3228884A1 (de) 1982-08-03 1984-02-09 Metallgesellschaft Ag, 6000 Frankfurt Vertikal angeordnete plattenelektrode fuer gasbildende elektrolyseure
USRE34233E (en) 1983-06-22 1993-04-27 Atochem Electrically conductive fibrous web substrate and cathodic element comprised thereof
GB8319492D0 (en) 1983-07-19 1983-08-17 Ici Plc Assembling filter press type electrolytic cell
DE3401637A1 (de) 1984-01-19 1985-07-25 Hoechst Ag, 6230 Frankfurt Verfahren zum elektrolysieren von fluessigen elektrolyten
DE3424203A1 (de) 1984-06-30 1986-01-16 Kernforschungsanlage Jülich GmbH, 5170 Jülich Diaphragma fuer alkalische elektrolysen und verfahren zur herstellung desselben
DE3425862A1 (de) 1984-07-13 1986-01-23 Hoechst Ag, 6230 Frankfurt Elektrolysezelle mit horizontal angeordneten elektroden
DE8517106U1 (de) 1985-06-12 1985-08-01 Kernforschungsanlage Jülich GmbH, 5170 Jülich Diaphragma für alkalische Elektrolysen
US5080963A (en) 1989-05-24 1992-01-14 Auburn University Mixed fiber composite structures high surface area-high conductivity mixtures
US5037518A (en) * 1989-09-08 1991-08-06 Packard Instrument Company Apparatus and method for generating hydrogen and oxygen by electrolytic dissociation of water
US5130006A (en) 1989-11-09 1992-07-14 Oligny Louis Andre Pyramidal shaped electrolysis cell
DE69101436T2 (de) 1990-04-19 1994-07-21 Ake Gustafson Verfahren zum montieren von einer spule auf eine leiterplatte.
WO1992003686A1 (en) * 1990-08-19 1992-03-05 Sheikh Bahaeddin Institute, S.L. Apparatus for generating heat
US5171644A (en) 1991-01-09 1992-12-15 The Dow Chemical Company Electrochemical cell electrode
JP2724772B2 (ja) * 1991-02-20 1998-03-09 株式会社オーディーエス 電気分解装置
US5599430A (en) 1992-01-14 1997-02-04 The Dow Chemical Company Mattress for electrochemical cells
JP2605708Y2 (ja) * 1993-02-04 2000-08-07 ペルメレック電極株式会社 電解槽
US5728485A (en) 1995-03-15 1998-03-17 Tanaka Kikinzoku Kogyo K.K. Electrode for polymer electrolyte electrochemical cell and process of preparing same
JPH09291385A (ja) * 1996-04-26 1997-11-11 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 水電解装置の水循環装置
US5858200A (en) 1996-05-30 1999-01-12 Bridgestone Metalpha Corporation Method of and apparatus for manufacturing metallic fiber and the twine of metallic fibers, and method of coloring metallic fiber and the twine of metallic fibers
DE19641125A1 (de) 1996-10-05 1998-04-16 Krupp Uhde Gmbh Elektrolyseapparat zur Herstellung von Halogengasen
US6328860B1 (en) 1998-07-30 2001-12-11 Eltech Systems Corporation Diaphragm cell cathode busbar structure
KR100775632B1 (ko) 2000-04-12 2007-11-13 시티즌 홀딩스 가부시키가이샤 도금용 공통 전극선
JP2002155387A (ja) * 2000-05-30 2002-05-31 Mcl Engineering:Kk 混合ガス発生装置及びその混合ガスを使用するボイラ装置
DE10040282A1 (de) 2000-08-14 2002-03-07 Robert Heggemann Brennstoffzelle
US6797136B2 (en) 2001-09-07 2004-09-28 Akzo Nobel N.V. Electrolytic cell
JP4142896B2 (ja) 2001-09-21 2008-09-03 本田技研工業株式会社 水電解セル
DE10148599A1 (de) 2001-10-02 2003-04-10 Bayer Ag Verfahren zur Herstellung von Gasdiffusionselektroden aus trockenen Pulvermischungen mittels Walzen
ITMI20012379A1 (it) * 2001-11-12 2003-05-12 Uhdenora Technologies Srl Cella di elettrolisi con elettrodi a diffusione di gas
US7813780B2 (en) 2005-12-13 2010-10-12 Medtronic Minimed, Inc. Biosensors and methods for making and using them
ES2533254T3 (es) 2002-11-27 2015-04-08 Asahi Kasei Chemicals Corporation Célula electrolítica bipolar, sin intersticios
ES2487365T3 (es) 2004-03-26 2014-08-20 The University Court Of The University Of St. Andrews Electrólisis de vapor
DE102004015680A1 (de) 2004-03-26 2005-11-03 Condias Gmbh Elektrodenanordnung für eine elektrochemische Behandlung von Flüssigkeiten mit einer geringen Leitfähigkeit
DE102004034139A1 (de) 2004-07-15 2006-02-02 Pemeas Gmbh Verfahren zur Herstellung von Membran-Elektroden-Einheiten
DE102005006555A1 (de) * 2005-02-11 2006-08-17 Uhdenora S.P.A. Elektrode für Elektrolysezellen
US8273495B2 (en) 2005-04-12 2012-09-25 General Electric Company Electrochemical cell structure and method of making the same
JP4746629B2 (ja) 2005-11-24 2011-08-10 住友電工ハードメタル株式会社 ダイヤモンド電極および電解槽
JP4791822B2 (ja) 2005-12-28 2011-10-12 株式会社東芝 電解質膜、その製造方法、膜電極複合体及びそれを用いた燃料電池
DE102006007773B4 (de) 2006-02-20 2010-02-11 Walter Dr. Kothe Anordnung zum Spalten von Wasser
GB0605393D0 (en) * 2006-03-16 2006-04-26 Itm Fuel Cells Ltd Composite menbranes for electrochemical cells
JP4121137B2 (ja) 2006-04-10 2008-07-23 クロリンエンジニアズ株式会社 イオン交換膜電解槽
US20070246351A1 (en) * 2006-04-25 2007-10-25 Smola Matthew M Device for generating hydrogen for use in internal combustion engines
JP4980016B2 (ja) 2006-09-20 2012-07-18 ペルメレック電極株式会社 電解水噴出装置及び殺菌方法
US7901549B2 (en) 2006-12-06 2011-03-08 General Electric Company Gas evolving electrolysis system
JP2008274378A (ja) * 2007-05-02 2008-11-13 Hydrogen Technology Applications Inc 燃料の添加物として使用できるクリーンな可燃性ガスに水を変換する方法およびその装置
JP2009131736A (ja) 2007-11-28 2009-06-18 Institute Of National Colleges Of Technology Japan 水処理用電解ユニット及びそれを用いた電解式水処理装置
US20090288946A1 (en) 2008-05-23 2009-11-26 Lumimove, Inc. Dba Crosslink Electroactivated film with layered structure
CA2637865A1 (en) * 2008-07-15 2010-01-15 1755610 Ontario Inc. Electrolyser module
US20100032221A1 (en) 2008-08-07 2010-02-11 Charles Robert Storey Electrolysis system for hydrogen and oxygen production
US8277620B2 (en) 2008-09-30 2012-10-02 General Electric Company Electrolyzer module forming method and system
JP2010155227A (ja) 2009-01-05 2010-07-15 Nikka Micron Kk オゾン水生成装置
US8075750B2 (en) 2009-02-17 2011-12-13 Mcalister Technologies, Llc Electrolytic cell and method of use thereof
JP5547753B2 (ja) 2009-02-17 2014-07-16 マクアリスター テクノロジーズ エルエルシー 電気分解の間にガスを捕集するための装置および方法
GB0916179D0 (en) 2009-09-16 2009-10-28 Smith Rachel L Coaxial device
US20110155583A1 (en) * 2010-03-13 2011-06-30 Haiming Li High efficient hydrogen generation with green engergy powers
US20110243294A1 (en) 2010-04-01 2011-10-06 Neil Robert Jetter Superconductor transmission lines having joint ln2 and thermoelectric cooling and remote nuclear power systems therefrom
KR101176282B1 (ko) 2010-04-20 2012-08-22 엽정화 냉각장치를 갖는 탄소 전해조
KR101072292B1 (ko) 2010-08-14 2011-10-11 주식회사 샤인 섬유상의 구조체들을 포함하는 전극 조립체 및 이를 포함하는 전지
US9011651B2 (en) * 2010-12-09 2015-04-21 Ut-Battelle, Llc Apparatus and method for the electrolysis of water
US8808512B2 (en) * 2013-01-22 2014-08-19 GTA, Inc. Electrolyzer apparatus and method of making it

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3379634A (en) * 1965-05-24 1968-04-23 Air Force Usa Zero gravity electrolysis apparatus
US3767557A (en) * 1971-07-01 1973-10-23 A Lamm Chlorinator including means to feed an electrolyte of predetermined density and means to withdraw chlorine against a varying back pressure
US4126534A (en) * 1976-08-04 1978-11-21 Imperial Chemical Industries Limited Monopolar electrolytic cell electrodes
US5660698A (en) * 1993-03-05 1997-08-26 Heraeus Elektrochemie Gmbh Electrode configuration for gas-forming electrolytic processes in membrane cells or diapragm cells
CN1537973A (zh) * 2003-03-31 2004-10-20 ̹�� 电解电极和离子交换膜电解池
US7611618B2 (en) * 2006-06-09 2009-11-03 Nehemia Davidson Method of using an electrolysis apparatus with a pulsed, dual voltage, multi-composition electrode assembly
CN101498007A (zh) * 2007-11-15 2009-08-05 培尔梅烈克电极股份有限公司 膜电极组件、采用该膜电极组件的电解槽、电解水喷射器以及消毒方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20140202877A1 (en) 2014-07-24
AU2013375238A1 (en) 2015-06-11
KR20150086556A (ko) 2015-07-28
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IL239483A (en) 2016-04-21
WO2014116318A1 (en) 2014-07-31
IL244075A0 (en) 2016-04-21
AU2013375238B2 (en) 2016-09-29
JP2016507653A (ja) 2016-03-10
CA2893861C (en) 2016-05-03
IL244074B (en) 2018-01-31
US8888968B2 (en) 2014-11-18
JP6114407B2 (ja) 2017-04-12
US8808512B2 (en) 2014-08-19
KR101612688B1 (ko) 2016-04-14
US20150026968A1 (en) 2015-01-29
CN104955986A (zh) 2015-09-30
US20140202878A1 (en) 2014-07-24
IL239483A0 (en) 2015-08-02
EP3156520A1 (en) 2017-04-19
CA2893861A1 (en) 2014-07-31
EP2917386A1 (en) 2015-09-16

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Plzak et al. Advanced Electrochemical Hydrogen Technologies: Water Electrolyzers and Fuel Cells
Aksakal Hydrogen Production from water using solar cells powered NAFION membrane electrolyzers
Petkovšek et al. Measurement system for testing of bipolar plates for PEM electrolyzers
Velev et al. Recent Progress in Proton Exchange Membrane Fuel Cells at Texas A&M University NK Anand,† AJ Appleby,* HP Dhar,‡ AC Ferreira,* J. Kim,* S. Mukerjee,* A. Nandi,* A. Parthasarathy,* YW Rho,* S. Somasandaran,† S. Srinivasan

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