CN111172552A - 一种聚光三电极电解装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚光三电极电解装置,包括第一分槽、第二分槽及第三分槽;第一分槽及第二分槽的侧壁均为向外凸出的凸面,且材质为石英玻璃;第一分槽、第二分槽及第三分槽均开设有电极口,用于放置电极;第一分槽和第二分槽之间设置有第一连通管,且第一连通管将第一分槽和第二分槽连通;第二分槽和第三分槽之间设置有第二连通管,且第二连通管将第二分槽和第三分槽连通。光电催化电解水过程中,由于第一分槽、第二分槽的材质为石英玻璃,因而透光性更好,保证电极材料的光照面积相同,减少外界条件引起的光损失;另外,光源照射至第一分槽、第二分槽的平行光均会在凸面的作用下汇聚。本发明具有提高光能利用率及水解性能的优点。

Description

一种聚光三电极电解装置
技术领域
本发明涉及光电催化领域,尤其涉及一种聚光三电极电解装置。
背景技术
光电催化分解水能制氢,使用该方式制氢需要完整的一套电解池,也需要光源,在实际应用中会通过太阳能作为光源,来将水分解转化为洁净的氢能,即能实现太阳能转化为氢能,是备受青睐的缓解能源危机的方式。
电解池设计及其电解液等因素都会影响光源聚集的程度,而光源聚集的程度则会影响光电催化系统的整体表现,及不利于在实验室中对半导体材料的研究,而目前的电解池设计普遍光转换率低,因而电解水性能未能充分发挥。
发明内容
为此,需要提供一种聚光三电极电解装置,以解决现有技术中光电催化分解水因聚光率低而解水性能低的问题。
为实现上述目的,发明人提供了一种聚光三电极电解装置,包括第一分槽、第二分槽及第三分槽;
所述第一分槽及第二分槽的侧壁均为向外凸出的凸面,且材质为石英玻璃;第一分槽、第二分槽及第三分槽均开设有电极口,用于放置电极;第一分槽和第二分槽之间设置有第一连通管,且第一连通管将第一分槽和第二分槽连通;第二分槽和第三分槽之间设置有第二连通管,且第二连通管将第二分槽和第三分槽连通。
作为本发明的一种优选结构,所述第一分槽橄榄形或水滴形;所述第二分槽为橄榄形或水滴形。
作为本发明的一种优选结构,所述第一分槽和第二分槽的侧壁弯曲角度为10度-60度。
作为本发明的一种优选结构,所述第一分槽及第二分槽的电极口分别设置于第一分槽、第二分槽的顶面处;所述第一分槽的电极口的中心至第一分槽的侧壁的圆弧中心的连线,与第一分槽的侧壁的圆弧中线的夹角为10度-90度;所述第二分槽的电极口的中心至第二分槽的侧壁的圆弧中心的连线,与第二分槽的侧壁的圆弧中线的夹角为10度-90度。
作为本发明的一种优选结构,所述第一分槽及第二分槽的侧壁还均开设有辅助口,且辅助口均设置有辅助管;所述辅助管向上倾斜设置。
作为本发明的一种优选结构,所述辅助管的长度为1cm、直径为0.5mm-1mm。
作为本发明的一种优选结构,还包括两个辅助密封塞;两个辅助密封塞分别于未使用辅助管时,塞于辅助管处。
作为本发明的一种优选结构,所述第一连接管内设置有离子交换膜。
作为本发明的一种优选结构,所述第一连接管包括第一分管及第二分管;所述第一分管的一端连通至第一分槽处,所述第二分管的一端连通至第二分槽处;第一分管和第二分管可拆卸连接;所述离子交换膜设置于第一分管或第二分管内。
作为本发明的一种优选结构,还包括三个电极口密封塞,所述电极口密封塞开设有供电极穿过的开口;三个电极口密封塞分别塞于第一分槽、第二分槽及第三分槽的电极口处。
区别于现有技术,上述技术方案所述的一种聚光三电极电解装置,包括第一分槽、第二分槽及第三分槽;所述第一分槽及第二分槽的侧壁均为向外凸出的凸面,且材质为石英玻璃;第一分槽、第二分槽及第三分槽均开设有电极口,用于放置电极;第一分槽和第二分槽之间设置有第一连通管,且第一连通管将第一分槽和第二分槽连通;第二分槽和第三分槽之间设置有第二连通管,且第二连通管将第二分槽和第三分槽连通。在需要进行光电催化分解水时,第一分槽、第二分槽、第三分槽分别放置对电极、工作电极、参比电极,且分别加入相应的电解液,并提供照射对电极和工作电极的光源,光电催化过程中,由于第一分槽、第二分槽的材质为石英玻璃,因而透光性更好,还可以保证电极材料的光照面积相同,减少外界条件引起的光损失;另外,第一分槽、第二分槽的侧壁均为向外凸出的凸面,因而,光源照射至第一分槽、第二分槽的平行光均会在凸面的作用下汇聚,从而可以提高光能利用率及水解性能。
附图说明
图1为本发明一实施例涉及的聚光三电极电解装置的结构图;
图2为本发明一实施例涉及的聚光三电极电解装置的侧视图;
图3为本发明一实施例涉及的聚光三电极电解装置的俯视图。
附图标记说明:
1、第一分槽;
10、电极口;
11、电极口密封塞;
110、开口;
12、辅助管;
13、辅助密封塞;
2、第二分槽;
3、第三分槽;
4、第一分管;
5、第二分管;
6、第二连通管;
7、离子交换膜。
具体实施方式
为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果,以下结合具体实施例并配合附图详予说明。
请参阅图1,本发明提供了一种聚光三电极电解装置,用于为进行光电催化分解水提供电解池设备,尤其是可以提高照射对电极和工作电极的平行光的聚光率,以实现提高电解水性能及光能利用率的目的,这样还能够有助于实验室利用半导体材料对光电解水的研究。
在具体的实施例中,所述聚光三电极电解装置包括第一分槽1、第二分槽2及第三分槽3。所述第一分槽1、第二分槽2、第三分槽3均用于放置半导体材料及其电解液,以及使得参比电极(RE)、工作电极(WE)、对电极(CE)分别处于相对独立的体系中,为半导体材料进行光电解提供反应空间。具体地,所述第一分槽1、第二分槽2、第三分槽3分别用于放置对电极(CE)、工作电极(WE)、参比电极(RE),若实验中使用两种光电极材料,分别将光阴极和光阳极放置第一分槽1、第二分槽2中;若只使用光阳极半导体材料,将其置于第二分槽2中。
由于对电极和工作电极需要进行光照,因而,放置对电极和工作电极的第一分槽1、第二分槽2均需要能够供光线穿过,在具体的实施例中,所述第一分槽1、第二分槽2的材质均为石英玻璃,相对于用普通玻璃制成的分槽,这样的设置使得第一分槽1、第二分槽2的透光能力好,减少外界条件引起的光损失,在进行光电催化时,能够保证光电极材料的光照面积相同,减小实验误差;另外,还具有耐高温、耐腐蚀、电绝缘性能好等优点。
所述第一分槽1及第二分槽2的侧壁均为向外凸出的凸面,在第一分槽1、第二分槽2分别放置两种光阴极和光阴极材料,且光源照射至第一分槽1、第二分槽2处时,在凸面的作用下,光源所照射出来的平行光会被汇聚并分别投射进第一分槽1、第二分槽2内,因而,这样可以实现聚光的效果,且聚光性能良好,提高了第一分槽1、第二分槽2内对电极、工作电极及电解液的光吸收,从而提高了光电解水性能以及光能利用率的问题,即提高了光能转换效率,具有重要的实际应用价值。
所述第一分槽1和第二分槽2的侧壁的凸面为光滑面,在某一实施例中,所述第一分槽1可以为橄榄形,也可以为水滴形;同样地,所述第二分槽2可以为橄榄形,也可以为水滴形。优选将第一分槽1和第二分槽2设置成大小和形状一致,当第一分槽1和第二分槽2设置成大小一致的橄榄形时,具体地,第一分槽1和第二分槽2的具体形状为橄榄形上下截取相同部分的形状,即中间肥,顶部和底部窄,弯曲角度适中,如所述第一分槽1和第二分槽2的侧壁弯曲角度为10度-60度,这样更有利于平行光的聚集,也可以使第一分槽1、第二分槽2均能够独立稳定地放置在实验台上。
第一分槽1、第二分槽2及第三分槽3均开设有电极口10,用于放置电极,电解液也可从电极口10处倒入,优选将第一分槽1的电极口10设置于第一分槽1的顶面,第二分槽2的电极口10设置于第二分槽2的顶面,第三分槽3的电极口10设置于第三分槽3的顶面,将对电极、工作电极、参比电极分别放入第一分槽1、第二分槽2、第三分槽3的电极口10处时,对电极、工作电极、参比电极均能竖向放置。
在所述第一分槽1及第二分槽2的电极口10分别设置于第一分槽1、第二分槽2的顶面处,且第一分槽1、第二分槽2均设置成橄榄形或水滴形时,在进一步的实施例中,所述第一分槽1的电极口10的中心至第一分槽1的侧壁的圆弧中心的连线,与第一分槽1的侧壁的圆弧中线的夹角为10度-90度;所述第二分槽2的电极口10的中心至第二分槽2的侧壁的圆弧中心的连线,与第二分槽2的侧壁的圆弧中线的夹角为10度-90度。
在某一实施例中,所述第一分槽1、第二分槽2、第三分槽3的高度一致,即如图2所示的h1、h2、h3相同,高度值可以为7cm-12cm。由于第一分槽1和第二分槽2主要用于放置对电极、工作电极,常用的对电极为铂电极,其直径约8.7mm;工作电极需要用铂电极固定,又因为铂电极夹的聚四氟乙烯杆子直径约为6mm,所以第一分槽1和第二分槽2的电极口10的直径,如图3所示的d1、d2,为6mm-12mm。第三分槽3用于放置参比电极,碱性体系中常用的参比电极有Hg/HgO、Ag/AgCl,因此第三分槽3的直径,如图3所示的d3,为9.0mm-12.0mm。
在进一步的实施例中,还包括三个电极口密封塞11,其材质可以为橡胶。在将三个电极分别插入第一分槽1、第二分槽2、第三分槽3的液面中后,可以直接通过电极口密封塞11密封,也可以是所述电极口密封塞11开设有供电极穿过的开口110;三个电极口密封塞11分别塞于第一分槽1、第二分槽2及第三分槽3的电极口10处,三个电极分别由三个电极口密封塞11的开口110处插入液面中,电极口密封塞11具有弹性,电极插入后,电极口密封塞11的开口110被撑开,且反作用环绕着夹紧电极,起到密封的作用,还可以夹持电极,使电极平稳地插于液面处。
因为参比电极不用光照,因而,放置参比电极的第三分槽3可以仅设置成圆柱形即可。
在进一步的实施例中,述第一分槽1及第二分槽2的侧壁还均开设有辅助口,且辅助口均设置有辅助管12;所述辅助管12向上倾斜设置。通过所述辅助管12辅助配合用户进行光电解水过程,例如,若需要大量电解液,可以分别从第一分槽1、第二分槽2及第三分槽3的电极口10处倒入,若需要少量的电解液,可以从第一分槽1、第二分槽2侧面的辅助口处用滴管滴入。再例如,在碱溶液中进行光电解水时,对电极和工作电极上都会产生气体,若产生的氧气吸附在光阳极表面,会阻止电解液与半导体材料继续接触进行表面反应,不利于光电解,此时可以通过辅助口,用注射器或者气球把产生的气体收集起来,可以反应体系的气体含量,若是其它产生有害气体的体系,可以防止污染大气。再例如,若将其直接与气相色谱连接,根据两个电极产生的气体含量,可以来计算化学反应速率,从而进行动力学研究。
在优选的实施例中,所述辅助管12的长度,如图2所示的L1,为1cm,由于辅助口主要起辅助作用,它的直径不能太大,因此其直径,如图3所示的d4、d5,为0.5mm-1mm。
在某一实施例中,还包括两个辅助密封塞13;两个辅助密封塞13分别于未使用辅助管12时,塞于辅助管12处。滴液或收集气体时,取出辅助密封塞13;定量分析时取出辅助密封塞13,并直接与气相色谱连接。
第一分槽1和第二分槽2之间设置有第一连通管,且第一连通管将第一分槽1和第二分槽2连通,即连通了阴极和阳极;第二分槽2和第三分槽3之间设置有第二连通管6,且第二连通管6将第二分槽2和第三分槽3连通。具体地,所述第一连通管和第二连通管6的大小和形状相同设置,且二者相互垂直设置,即第一连通管和第二连通管6的夹角,如图3所述的β,为90度,这样可以保持工作电极与参比电极、对电极之间的距离相等;第一分槽1和第二分槽2在同一个平面,第二分槽2和第三分槽3在同一个平面,减少了整个装置的占用空间;以及使液体在整个装置中具有良好的流通性。
在优选的实施例中,所述第一连接管内设置有离子交换膜7。通过离子交换膜7的选择透过性,阴离子和阳离子定向迁移到特定的电极上参加反应,提高反应效率;其次反应产生的气体不能通过,避免了阴极和阳极产生的气体流入相互的体系中,降低反应速率的情况。
在进一步的实施例中,所述第一连接管包括第一分管4及第二分管5;所述第一分管4的一端连通至第一分槽1处,所述第二分管5的一端连通至第二分槽2处;第一分管4和第二分管5可拆卸连接;所述离子交换膜7设置于第一分管4或第二分管5内。由于可以拆卸,因而,清洗和更换离子交换膜7就非常方便。
所述第一分管4和第二分管5可以通关套接的方式可拆卸连接,如第一分管4可套紧于第二分管5内,或第二分管5可套紧于第一分管4内,套紧的方式可以是螺纹连接,可以是过盈卡合,或是通过夹子夹紧,亦或是通过绝缘密封胶加固,在优选的实施例中,可以第一分管4和第二分管5的端面对齐,二者外套设有密封圈,能够连接第一分管4和第二分管5,又能保证二者贴合处的密封性,又能够便于拆卸,即将密封圈完全移至第一分管4处或第二分管5处。
所述第一连接管和第二连接管的长度,如图3所示的L2,均为3cm-5cm,第一连接管和第二连接管的直径均为0.5mm-1mm;所述离子交换膜7需要包裹至第一连接管的第一分管4或第二分管5的端口处,因为其直径为8mm-20mm。
需要说明的是,尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述,但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此,基于本发明的创新理念,对本文所述实施例进行的变更和修改,或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域,均包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种聚光三电极电解装置,其特征在于,包括第一分槽、第二分槽及第三分槽;
所述第一分槽及第二分槽的侧壁均为向外凸出的凸面,且材质为石英玻璃;第一分槽、第二分槽及第三分槽均开设有电极口,用于放置电极;第一分槽和第二分槽之间设置有第一连通管,且第一连通管将第一分槽和第二分槽连通;第二分槽和第三分槽之间设置有第二连通管,且第二连通管将第二分槽和第三分槽连通。
2.根据权利要求1所述的聚光三电极电解装置,其特征在于,所述第一分槽橄榄形或水滴形;所述第二分槽为橄榄形或水滴形。
3.根据权利要求2所述的聚光三电极电解装置,其特征在于,所述第一分槽和第二分槽的侧壁弯曲角度为10度-60度。
4.根据权利要求2所述的聚光三电极电解装置,其特征在于,所述第一分槽及第二分槽的电极口分别设置于第一分槽、第二分槽的顶面处;所述第一分槽的电极口的中心至第一分槽的侧壁的圆弧中心的连线,与第一分槽的侧壁的圆弧中线的夹角为10度-90度;所述第二分槽的电极口的中心至第二分槽的侧壁的圆弧中心的连线,与第二分槽的侧壁的圆弧中线的夹角为10度-90度。
5.根据权利要求1所述的聚光三电极电解装置,其特征在于,所述第一分槽及第二分槽的侧壁还均开设有辅助口,且辅助口均设置有辅助管;所述辅助管向上倾斜设置。
6.根据权利要求5所述的聚光三电极电解装置,其特征在于,所述辅助管的长度为1cm、直径为0.5mm-1mm。
7.根据权利要求5所述的聚光三电极电解装置,其特征在于,还包括两个辅助密封塞;两个辅助密封塞分别于未使用辅助管时,塞于辅助管处。
8.根据权利要求1所述的聚光三电极电解装置,其特征在于,所述第一连接管内设置有离子交换膜。
9.根据权利要求8所述的聚光三电极电解装置,其特征在于,所述第一连接管包括第一分管及第二分管;所述第一分管的一端连通至第一分槽处,所述第二分管的一端连通至第二分槽处;第一分管和第二分管可拆卸连接;所述离子交换膜设置于第一分管或第二分管内。
10.根据权利要求1所述的聚光三电极电解装置,其特征在于,还包括三个电极口密封塞,所述电极口密封塞开设有供电极穿过的开口;三个电极口密封塞分别塞于第一分槽、第二分槽及第三分槽的电极口处。
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