CN114959758A - 中空纤维电极阵列组装的复合电极系统、制备方法及应用 - Google Patents

中空纤维电极阵列组装的复合电极系统、制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种中空纤维电极阵列组装的复合电极系统、制备方法及应用，制备方法包括：S1、提供电化学反应装置和集流体金属导管；S2、在集流体金属导管的表面钻设多个呈阵列式排布的孔洞；S3、在多个孔洞内壁依次涂抹导电银胶，然后将中空纤维电极依次插入孔洞中，形成中空纤维电极阵列；S4、将中空纤维电极阵列安装于电化学反应装置中制得。采用上述制备方法所制备的复合电极系统应用于气相反应物电化学催化反应。本发明中的制备方法简单，反应方便，拆卸便捷，操作简便、易于规模化；能够有效地将中空纤维电极高度有序、合理整合，将整个复合电极系统应用于气相反应物电化学催化反应，极大提高电化学转化效率。

Description

中空纤维电极阵列组装的复合电极系统、制备方法及应用
技术领域
本发明属于电化学氧化还原反应领域，特别是涉及一种中空纤维电极阵列组装的复合电极系统、制备方法及应用。
背景技术
能源是现代社会发展的基础和动力，能源创新与安全是我国国家战略的重要组成部分。可再生能源开发在我国的利用规模稳居世界第一，为能源绿色低碳转型提供了强大支撑。发展可再生电能驱动的电化学过程合成化学品，对于改善能源结构、带动经济社会可持续发展和产业升级具有重要意义，将助力实现碳中和目标。
电化学反应过程中气液固三相界面电极反应非常复杂，电极作为电化学反应过程的核心部件，其优化设计、构建显得极为重要。金属及金属氧化物中空纤维具有独特多孔结构，是气相反应物高效电催化的理想电极构型。如何将中空纤维电极制备、组装成超大面积、紧凑的实用电极系统，是中空纤维电极规模化工程应用的关键。
因此，需要提供一种针对上述现有技术中不足的技术方案。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种中空纤维电极阵列组装的复合电极系统、制备方法及应用，能够将中空纤维电极高度有序、合理整合，制备成超大面积、紧凑的复合电极系统，实现气相反应物电化学催化高效转化。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种中空纤维电极阵列组装的复合电极系统的制备方法，所述复合电极系统的制备方法包括以下步骤：
S1、提供电化学反应装置和集流体金属导管；
S2、在所述集流体金属导管的表面钻设多个呈阵列式排布的孔洞；
S3、在多个所述孔洞的内壁依次涂抹导电银胶，然后将所述中空纤维电极依次插入所述孔洞中，所述导电银胶固化后，形成中空纤维电极阵列；
S4、将所述中空纤维电极阵列安装于所述电化学反应装置中，制成中空纤维电极阵列组装的复合电极系统。
优选地，步骤S1中所述电化学反应装置包括分别装有电解液的阳极腔室和阴极腔室，所述集流体金属导管的一端密封设置；
步骤S4中的所述中空纤维电极阵列安装于所述阴极腔室内，气相反应物从所述集流体金属导管的另一端进入至所述中空纤维电极阵列的管壁分散逸出，形成气液固三相界面电极的电化学反应。
优选地，所述集流体金属导管的材质为不锈钢、铝、铜、银导电材料中的一种。
优选地，步骤S2中所述孔洞的内径为0.1～5mm；同一排相邻两个所述孔洞之间的距离为0.2～5mm；相邻两排所述孔洞之间的距离为0.2～5mm。
优选地，步骤S3中所述中空纤维电极插入所述孔洞中的深度与所述集流体金属导管的壁厚相同。
优选地，步骤S3中所述中空纤维电极远离所述孔洞的一端密封设置。
优选地，步骤S3中所述导电银胶固化后，在所述中空纤维电极与所述集流体金属导管的连接处涂抹环氧树脂。
优选地，涂抹所述环氧树脂之后，在所述集流体金属导管的表面喷涂绝缘层，所述绝缘层用以防止所述集流体金属导管的腐蚀。
本发明还提供一种如上述的制备方法所制备的的中空纤维电极阵列组装的复合电极系统，所述复合电极系统包括：
电化学反应装置，所述电化学反应装置包括分别装有电解液的阳极腔室和阴极腔室；
集流体金属导管，所述集流体金属导管的一端密封，表面钻设多个呈阵列式排布的孔洞；
中空纤维电极，所述中空纤维电极设置有多个，多个所述中空纤维电极电极依次插入并固定于所述孔洞中，形成中空纤维电极阵列，所述中空纤维电极阵列放置于所述阴极腔室内，用于气相反应物的电化学催化反应转化，气相反应物从所述集流体金属导管的一端进入，至所述中空纤维电极阵列的管壁分散逸出。
本发明还提供一种中空纤维电极阵列组装的复合电极系统的应用，采用如上述的中空纤维电极阵列组装的复合电极系统应用于气相反应物电化学催化反应。
如上所述，本发明的中空纤维电极阵列组装的复合电极系统、制备方法及应用，具有以下有益效果：
本发明提供一种设计简单、操作简便的中空纤维电极阵列的复合电极系统的制备方法，能够有效地将中空纤维电极高度有序、合理整合，极大提高电化学转化效率；且该复合电极系统的制备方法适用于各类中空纤维电极的组装和大规模应用，具有广阔的工业前景和价值；
本发明中的中空纤维电极阵列是在集流体金属导管的表面钻设呈阵列式排布的孔洞，然后将中空纤维电极依次插入并固定于孔洞中，从而将形成的中空纤维电极阵列安装于电化学反应装置中，由于中空纤维电极的管壁呈多孔结构，气相反应物从集流体金属导管进入至中空纤维电极阵列的管壁分散逸出，形成气液固三相界面电极的电化学反应，该设计简单，反应方便，反应拆卸便捷，操作简便、易于规模化；同时，将整个复合电极系统应用于气相反应物电化学催化反应，实现气相反应物电化学催化反应的大功率运行，对中空纤维电极工业化应用具有重要意义。
附图说明
图1显示为本发明具体实施例中集流体金属导管开设阵列式孔洞的结构示意图。
图2显示为本发明具体实施例中中空纤维电极阵列的结构示意图。
元件标号说明
10、集流体金属导管；20、孔洞；30、中空纤维电极。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1～2。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明提供一种设计简单、操作简便的中空纤维电极阵列的复合电极系统的制备方法，能够有效地将中空纤维电极高度有序、合理整合，极大提高电化学转化效率；且该复合电极系统的制备方法适用于各类中空纤维电极的组装和大规模应用，具有广阔的工业前景和价值；本发明中的中空纤维电极阵列是在集流体金属导管的表面钻设呈阵列式排布的孔洞，然后将中空纤维电极依次插入并固定于孔洞中，从而将形成的中空纤维电极阵列安装于电化学反应装置中，由于中空纤维电极的管壁呈多孔结构，气相反应物从集流体金属导管进入至中空纤维电极阵列的管壁分散逸出，形成气液固三相界面电极的电化学反应，该设计简单，反应方便，反应拆卸便捷，操作简便、易于规模化；同时，将整个复合电极系统应用于气相反应物电化学催化反应，实现气相反应物电化学催化反应的大功率运行，对中空纤维电极工业化应用具有重要意义。
本发明提供一种中空纤维电极阵列组装的复合电极系统的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
S1、提供电化学反应装置和集流体金属导管10；
S2、在集流体金属导管10的表面钻设多个呈阵列式排布的孔洞20；
S3、在多个孔洞20的内壁依次涂抹导电银胶，然后将中空纤维电极30依次插入孔洞20中，导电银胶固化后，形成中空纤维电极阵列；
S4、将中空纤维电极阵列安装于电化学反应装置中，制成中空纤维电极阵列组装的复合电极系统。
具体的，导电银胶是基体树脂的粘结作用把导电粒子结合在一起，形成导电通路，实现被粘材料的导电连接，由于导电银胶的基体树脂是一种胶黏剂，根据胶黏剂的不同需要旋转适宜的固化温度进行粘结，在此关于导电银胶的具体基体树脂以及固化温度，不做过分限制。
作为示例，步骤S1中电化学反应装置包括分别装有电解液的阳极腔室和阴极腔室，集流体金属导管10的一端密封设置；步骤S4中的中空纤维电极阵列安装于阴极腔室内，气相反应物从集流体金属导管10的另一端进入至中空纤维电极阵列的管壁分散逸出，形成气液固三相界面电极的电化学反应。
具体的，在阴极腔室的侧壁上开设有进气口、出气口、电解液进液口和电解液出液口，气相反应物从进气口进入，参与反应之后的产物气体从出气口分离出去，而电解液在电解液进液口和电解液出液口之间进行循环流动散热，而关于阳极腔室、阴极腔室的具体结构，在此不做过分限制，采用现有技术中的电化学反应装置，能够满足实际使用要求即可。
另外，气液固三相界面电极的电化学反应是在中空纤维电极30的外表面进行的，由于中空纤维具有独特的多孔结构，中空纤维电极阵列主要起到将气相反应物高度分散的作用，极大的提高了电化学转换的效率。
作为示例，集流体金属导管10的材质为不锈钢、铝、铜、银导电材料中的一种。
具体的，集流体金属导管10用于将气相反应物输入到中空纤维电极30并进行电子传导，所以集流体金属导管10为导电材料，考虑到反应过程中反应物的传质和散热过程，需要调节集流体金属导管10的材质、长度以及内外径的尺寸。
优选地，在本实施例中集流体金属导管10的长度为2～60cm，比如2 cm、5 cm、10cm、20 cm、30 cm、40 cm、50 cm、60 cm等，集流体金属导管10的外径为2～50mm，比如2 cm、5cm、10 cm、20 cm、30 cm、40 cm、50 cm等，集流体金属导管10的内径为1～20mm，比如1 cm、3cm、7 cm、11 cm、15 cm、17 cm、20 cm等。
作为示例，步骤S2中孔洞20的内径为0.1～5mm，比如0.1 mm、0.2 mm、0.7 mm、1.5mm、2.5 mm、3.5 mm、4.5 mm、5 mm等；同一排相邻两个孔洞20之间的距离为0.2～5mm，比如0.2、0.5、1、2、3、4、5等；相邻两排孔洞20之间的距离为0.2～5mm，比如0.2、0.5、1、2、3、4、5等。
具体的，若阵列式排布的孔洞20为m×n，共有m排，每排的孔洞20个数为n个，m、n均为大于0的自然整数；孔洞20的内径大小是需要与中空纤维电极30的外径相匹配而设定的，每排相邻孔洞20之间的距离、相邻两排孔洞20之间的距离大小均会对气相反应物的进气有干扰。
作为示例，步骤S3中中空纤维电极30插入孔洞20中的深度与集流体金属导管10的壁厚相同。
作为示例，步骤S3中中空纤维电极30远离所述孔洞20的一端密封设置。
具体的，由于集流体金属导管10的一端密封，气相反应物从其另一端进入集流体金属导管10内部，然后流经各个中空纤维电极30内部，将中空纤维电极30远离孔洞20的一端密封之后，气相反应物只能依靠中空纤维电极30自身多孔结构的特性，从中空纤维电极30的孔壁不断的逸出，大大增加了气相反应物与固、液的接触面积，从而提高电催化转化效率。
作为示例，步骤S3中导电银胶固化后，在中空纤维电极30与集流体金属导管10的连接处涂抹环氧树脂。
具体的，环氧树脂是一种高分子聚合物，耐化学品性优良，尤其是耐碱性，同时绝缘性能比较高，将其用于中空纤维电极30与集流体金属导管10之间的密封，还可以起到一定的绝缘保护作用，但是关于选用的环氧树脂的结构类型，在此不做过分限制。
作为示例，涂抹所述环氧树脂之后，在集流体金属导管10的表面喷涂绝缘层，用以防止集流体金属导管10的腐蚀。
具体的，喷涂的绝缘层是在集流体金属导管10的表面喷涂绝缘喷胶，绝缘喷胶的喷涂是防止集流体金属导管10与电解液的接触，阻止其被腐蚀，但具体关于绝缘层的材料组分，在此不做过分限制。
本发明还提供一种采用上述制备方法所制备的中空纤维电极阵列组装的复合电极系统，该复合电极系统包括：电化学反应装置、集流体金属导管10和中空纤维电极30，电化学反应装置包括分别装有电解液的阳极腔室和阴极腔室；集流体金属导管10的一端密封，表面钻设多个呈阵列式排布的孔洞20；中空纤维电极30设置有多个，多个中空纤维电极30电极依次插入并固定于孔洞20中，形成中空纤维电极阵列，中空纤维电极阵列放置于阴极腔室内，用于气相反应物的电化学催化反应转化，气相反应物从集流体金属导管10的一端进入，至中空纤维电极阵列的管壁分散逸出。
具体的，电化学反应装置包括阳极腔室和阴极腔室，每个腔室的侧壁上都连通有相应的进、出气口，电解液循环的进出口，以及电极接线端，但在本实施例中关于电化学反应装置的具体结构、以及反应参数，在此均不做过分限制，能够满足气相反应物电化学催化反应即可。
本发明还提供一种中空纤维电极阵列组装的复合电极系统的应用，将其应用于气相反应物电化学催化反应。
为了更好的理解本发明中中空纤维电极阵列组装的复合电极系统、制备方法和应用，下面参考实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
实施例1
本实施例提供一种中空纤维电极阵列组装的复合电极系统的制备方法，包括以下步骤：
S1、提供电化学反应装置和集流体金属导管10；其中，集流体金属导管10为不锈钢材质，外径为13mm，内径为9mm，壁厚为2mm，总长度为190mm；
S2、在集流体金属导管10的表面钻设300个呈阵列式排布的孔洞20；其中，在距离集流体金属导管10的一端10mm处，开设钻设直径为0.2mm的孔洞20，共钻设三排孔洞20，每排孔洞20的数量为100个，共计300个孔洞20，同一排相邻两个孔洞20的孔心之间的距离为0.3mm，每排孔洞20之间的距离为0.3mm；
S3、在每个孔洞20的内壁依次涂抹导电银胶，然后将中空纤维电极30依次插入孔洞20中，且中空纤维电极30插入孔洞20的深度为集流体金属导管10的壁厚，待导电银胶固化后，在中空纤维电极30与集流体金属导管10的连接处涂抹环氧树脂，再利用绝缘喷胶将集流体金属导管10表面喷涂绝缘层，形成中空纤维电极阵列；
S4、将中空纤维电极阵列安装于电化学反应装置中，制成中空纤维电极阵列组装的复合电极系统。
本实施例中的中空纤维电极阵列组装的复合电极系统采用本实施例中的制备方法所制备而成，并将其应用于气相反应物电化学催化反应；其中，中空纤维电极30高度有序、合理整合，气相反应物通过进气口供气，电解液由电解液进液口、出液口进行循环流动，产物气体由出气口进行分离纯化，极大提高了电化学催化转换效率。
实施例2
本实施例提供一种中空纤维电极阵列组装的复合电极系统的制备方法，该制备方法同实施例1的不同在于：步骤S2中在集流体金属导管10的表面钻设240个呈阵列式排布的孔洞20；其中，在距离集流体金属导管10的一端10mm处，开设钻设直径为0.3mm的孔洞20，共钻设三排孔洞20，每排孔洞20的数量为80个，共计240个孔洞20，同一排相邻两个孔洞20的孔心之间的距离为0.5mm，每排孔洞20之间的距离为0.5mm；其他方法和步骤同实施例1中的相同，在此不再赘述。
本实施例中的中空纤维电极阵列组装的复合电极系统采用本实施例中的制备方法所制备而成，并将其应用于气相反应物电化学催化反应；其中，中空纤维电极30高度有序、合理整合，气相反应物通过进气口供气，电解液由电解液进液口、出液口进行循环流动，产物气体由出气口进行分离纯化，极大提高了电化学催化转换效率。
实施例3
本实施例提供一种中空纤维电极阵列组装的复合电极系统的制备方法，该制备方法同实施例1的不同在于：步骤S1中的集流体金属导管10为不锈钢材质，外径为13mm，内径为4mm，壁厚为4.5mm，总长度为190mm；步骤S2中在集流体金属导管10的表面钻设270个呈阵列式排布的孔洞20；其中，在距离集流体金属导管10的一端10mm处，开设钻设直径为0.5mm的孔洞20，共钻设三排孔洞20，每排孔洞20的数量为90个，共计270个孔洞20，同一排相邻两个孔洞20的孔心之间的距离为0.5mm，每排孔洞20之间的距离为0.5mm；其他方法和步骤同实施例1中的相同，在此不再赘述。
本实施例中的中空纤维电极阵列组装的复合电极系统采用本实施例中的制备方法所制备而成，并将其应用于气相反应物电化学催化反应；其中，中空纤维电极30高度有序、合理整合，气相反应物通过进气口供气，电解液由电解液进液口、出液口进行循环流动，产物气体由出气口进行分离纯化，极大提高了电化学催化转换效率。
实施例4
本实施例提供一种中空纤维电极阵列组装的复合电极系统的制备方法，该制备方法同实施例1的不同在于：步骤S1中的集流体金属导管10为不锈钢材质，外径为19mm，内径为9mm，壁厚为5mm，总长度为250mm；步骤S2中在集流体金属导管10的表面钻设270个呈阵列式排布的孔洞20；其中，在距离集流体金属导管10的一端10mm处，开设钻设直径为1mm的孔洞20，共钻设三排孔洞20，每排孔洞20的数量为90个，共计270个孔洞20，同一排相邻两个孔洞20的孔心之间的距离为1mm，每排孔洞20之间的距离为0.1mm；其他方法和步骤同实施例1中的相同，在此不再赘述。
本实施例中的中空纤维电极阵列组装的复合电极系统采用本实施例中的制备方法所制备而成，并将其应用于气相反应物电化学催化反应；其中，中空纤维电极30高度有序、合理整合，气相反应物通过进气口供气，电解液由电解液进液口、出液口进行循环流动，产物气体由出气口进行分离纯化，极大提高了电化学催化转换效率。
实施例5
本实施例提供一种中空纤维电极阵列组装的复合电极系统的制备方法，该制备方法同实施例1的不同在于：步骤S1中的集流体金属导管10为铝材质的导电材料；其他方法和步骤同实施例1中的相同，在此不再赘述。
本实施例中的中空纤维电极阵列组装的复合电极系统采用本实施例中的制备方法所制备而成，并将其应用于气相反应物电化学催化反应；其中，中空纤维电极30高度有序、合理整合，气相反应物通过进气口供气，电解液由电解液进液口、出液口进行循环流动，产物气体由出气口进行分离纯化，极大提高了电化学催化转换效率。
实施例6
本实施例提供一种中空纤维电极阵列组装的复合电极系统的制备方法，该制备方法同实施例5的不同在于：步骤S2中在集流体金属导管10的表面钻设240个呈阵列式排布的孔洞20；其中，在距离集流体金属导管10的一端10mm处，开设钻设直径为0.3mm的孔洞20，共钻设三排孔洞20，每排孔洞20的数量为80个，共计240个孔洞20，同一排相邻两个孔洞20的孔心之间的距离为0.5mm，每排孔洞20之间的距离为0.5mm；其他方法和步骤同实施例5中的相同，在此不再赘述。
本实施例中的中空纤维电极阵列组装的复合电极系统采用本实施例中的制备方法所制备而成，并将其应用于气相反应物电化学催化反应；其中，中空纤维电极30高度有序、合理整合，气相反应物通过进气口供气，电解液由电解液进液口、出液口进行循环流动，产物气体由出气口进行分离纯化，极大提高了电化学催化转换效率。
实施例7
本实施例提供一种中空纤维电极阵列组装的复合电极系统的制备方法，该制备方法同实施例5的不同在于：步骤S1中的集流体金属导管10为铝材质的导电材料，外径为13mm，内径为4mm，壁厚为4.5mm，总长度为190mm；步骤S2中在集流体金属导管10的表面钻设270个呈阵列式排布的孔洞20；其中，在距离集流体金属导管10的一端10mm处，开设钻设直径为0.5mm的孔洞20，共钻设三排孔洞20，每排孔洞20的数量为90个，共计270个孔洞20，同一排相邻两个孔洞20的孔心之间的距离为0.5mm，每排孔洞20之间的距离为0.5mm；其他方法和步骤同实施例5中的相同，在此不再赘述。
本实施例中的中空纤维电极阵列组装的复合电极系统采用本实施例中的制备方法所制备而成，并将其应用于气相反应物电化学催化反应；其中，中空纤维电极30高度有序、合理整合，气相反应物通过进气口供气，电解液由电解液进液口、出液口进行循环流动，产物气体由出气口进行分离纯化，极大提高了电化学催化转换效率。
实施例8
本实施例提供一种中空纤维电极阵列组装的复合电极系统的制备方法，该制备方法同实施例5的不同在于：步骤S1中的集流体金属导管10为铝材质的导电材料，外径为19mm，内径为9mm，壁厚为5mm，总长度为250mm；步骤S2中在集流体金属导管10的表面钻设270个呈阵列式排布的孔洞20；其中，在距离集流体金属导管10的一端10mm处，开设钻设直径为1mm的孔洞20，共钻设三排孔洞20，每排孔洞20的数量为90个，共计270个孔洞20，同一排相邻两个孔洞20的孔心之间的距离为1mm，每排孔洞20之间的距离为0.1mm；其他方法和步骤同实施例5中的相同，在此不再赘述。
本实施例中的中空纤维电极阵列组装的复合电极系统采用本实施例中的制备方法所制备而成，并将其应用于气相反应物电化学催化反应；其中，中空纤维电极30高度有序、合理整合，气相反应物通过进气口供气，电解液由电解液进液口、出液口进行循环流动，产物气体由出气口进行分离纯化，极大提高了电化学催化转换效率。
实施例9
本实施例提供一种中空纤维电极阵列组装的复合电极系统的制备方法，该制备方法同实施例1的不同在于：步骤S1中的集流体金属导管10为银材质的导电材料；其他方法和步骤同实施例1中的相同，在此不再赘述。
本实施例中的中空纤维电极阵列组装的复合电极系统采用本实施例中的制备方法所制备而成，并将其应用于气相反应物电化学催化反应；其中，中空纤维电极30高度有序、合理整合，气相反应物通过进气口供气，电解液由电解液进液口、出液口进行循环流动，产物气体由出气口进行分离纯化，极大提高了电化学催化转换效率。
实施例10
本实施例提供一种中空纤维电极阵列组装的复合电极系统的制备方法，该制备方法同实施例9的不同在于：步骤S2中在集流体金属导管10的表面钻设240个呈阵列式排布的孔洞20；其中，在距离集流体金属导管10的一端10mm处，开设钻设直径为0.3mm的孔洞20，共钻设三排孔洞20，每排孔洞20的数量为80个，共计240个孔洞20，同一排相邻两个孔洞20的孔心之间的距离为0.5mm，每排孔洞20之间的距离为0.5mm；其他方法和步骤同实施例9中的相同，在此不再赘述。
本实施例中的中空纤维电极阵列组装的复合电极系统采用本实施例中的制备方法所制备而成，并将其应用于气相反应物电化学催化反应；其中，中空纤维电极30高度有序、合理整合，气相反应物通过进气口供气，电解液由电解液进液口、出液口进行循环流动，产物气体由出气口进行分离纯化，极大提高了电化学催化转换效率。
实施例11
本实施例提供一种中空纤维电极阵列组装的复合电极系统的制备方法，该制备方法同实施例9的不同在于：步骤S1中的集流体金属导管10为银材质的导电材料，外径为13mm，内径为4mm，壁厚为4.5mm，总长度为190mm；步骤S2中在集流体金属导管10的表面钻设270个呈阵列式排布的孔洞20；其中，在距离集流体金属导管10的一端10mm处，开设钻设直径为0.5mm的孔洞20，共钻设三排孔洞20，每排孔洞20的数量为90个，共计270个孔洞20，同一排相邻两个孔洞20的孔心之间的距离为0.5mm，每排孔洞20之间的距离为0.5mm；其他方法和步骤同实施例9中的相同，在此不再赘述。
本实施例中的中空纤维电极阵列组装的复合电极系统采用本实施例中的制备方法所制备而成，并将其应用于气相反应物电化学催化反应；其中，中空纤维电极30高度有序、合理整合，气相反应物通过进气口供气，电解液由电解液进液口、出液口进行循环流动，产物气体由出气口进行分离纯化，极大提高了电化学催化转换效率。
实施例12
本实施例提供一种中空纤维电极阵列组装的复合电极系统的制备方法，该制备方法同实施例9的不同在于：步骤S1中的集流体金属导管10为银材质的导电材料，外径为19mm，内径为9mm，壁厚为5mm，总长度为250mm；步骤S2中在集流体金属导管10的表面钻设270个呈阵列式排布的孔洞20；其中，在距离集流体金属导管10的一端10mm处，开设钻设直径为1mm的孔洞20，共钻设三排孔洞20，每排孔洞20的数量为90个，共计270个孔洞20，同一排相邻两个孔洞20的孔心之间的距离为1mm，每排孔洞20之间的距离为0.1mm；其他方法和步骤同实施例9中的相同，在此不再赘述。
本实施例中的中空纤维电极阵列组装的复合电极系统采用本实施例中的制备方法所制备而成，并将其应用于气相反应物电化学催化反应；其中，中空纤维电极30高度有序、合理整合，气相反应物通过进气口供气，电解液由电解液进液口、出液口进行循环流动，产物气体由出气口进行分离纯化，极大提高了电化学催化转换效率。
实施例13
本实施例提供一种中空纤维电极阵列组装的复合电极系统的制备方法，该制备方法同实施例1的不同在于：步骤S1中的集流体金属导管10为铜材质的导电材料；其他方法和步骤同实施例1中的相同，在此不再赘述。
本实施例中的中空纤维电极阵列组装的复合电极系统采用本实施例中的制备方法所制备而成，并将其应用于气相反应物电化学催化反应；其中，中空纤维电极30高度有序、合理整合，气相反应物通过进气口供气，电解液由电解液进液口、出液口进行循环流动，产物气体由出气口进行分离纯化，极大提高了电化学催化转换效率。
实施例14
本实施例提供一种中空纤维电极阵列组装的复合电极系统的制备方法，该制备方法同实施例13的不同在于：步骤S2中在集流体金属导管10的表面钻设240个呈阵列式排布的孔洞20；其中，在距离集流体金属导管10的一端10mm处，开设钻设直径为0.3mm的孔洞20，共钻设三排孔洞20，每排孔洞20的数量为80个，共计240个孔洞20，同一排相邻两个孔洞20的孔心之间的距离为0.5mm，每排孔洞20之间的距离为0.5mm；其他方法和步骤同实施例13中的相同，在此不再赘述。
本实施例中的中空纤维电极阵列组装的复合电极系统采用本实施例中的制备方法所制备而成，并将其应用于气相反应物电化学催化反应；其中，中空纤维电极30高度有序、合理整合，气相反应物通过进气口供气，电解液由电解液进液口、出液口进行循环流动，产物气体由出气口进行分离纯化，极大提高了电化学催化转换效率。
实施例15
本实施例提供一种中空纤维电极阵列组装的复合电极系统的制备方法，该制备方法同实施例13的不同在于：步骤S1中的集流体金属导管10为铜材质的导电材料，外径为13mm，内径为4mm，壁厚为4.5mm，总长度为190mm；步骤S2中在集流体金属导管10的表面钻设270个呈阵列式排布的孔洞20；其中，在距离集流体金属导管10的一端10mm处，开设钻设直径为0.5mm的孔洞20，共钻设三排孔洞20，每排孔洞20的数量为90个，共计270个孔洞20，同一排相邻两个孔洞20的孔心之间的距离为0.5mm，每排孔洞20之间的距离为0.5mm；其他方法和步骤同实施例13中的相同，在此不再赘述。
本实施例中的中空纤维电极阵列组装的复合电极系统采用本实施例中的制备方法所制备而成，并将其应用于气相反应物电化学催化反应；其中，中空纤维电极30高度有序、合理整合，气相反应物通过进气口供气，电解液由电解液进液口、出液口进行循环流动，产物气体由出气口进行分离纯化，极大提高了电化学催化转换效率。
实施例16
本实施例提供一种中空纤维电极阵列组装的复合电极系统的制备方法，该制备方法同实施例13的不同在于：步骤S1中的集流体金属导管10为铜材质的导电材料，外径为19mm，内径为9mm，壁厚为5mm，总长度为250mm；步骤S2中在集流体金属导管10的表面钻设270个呈阵列式排布的孔洞20；其中，在距离集流体金属导管10的一端10mm处，开设钻设直径为1mm的孔洞20，共钻设三排孔洞20，每排孔洞20的数量为90个，共计270个孔洞20，同一排相邻两个孔洞20的孔心之间的距离为1mm，每排孔洞20之间的距离为0.1mm；其他方法和步骤同实施例13中的相同，在此不再赘述。
本实施例中的中空纤维电极阵列组装的复合电极系统采用本实施例中的制备方法所制备而成，并将其应用于气相反应物电化学催化反应；其中，中空纤维电极30高度有序、合理整合，气相反应物通过进气口供气，电解液由电解液进液口、出液口进行循环流动，产物气体由出气口进行分离纯化，极大提高了电化学催化转换效率。
综上所述，本发明提供一种设计简单、操作简便的中空纤维电极阵列的复合电极系统的制备方法，能够有效地将中空纤维电极高度有序、合理整合，极大提高电化学转化效率；且该复合电极系统的制备方法适用于各类中空纤维电极的组装和大规模应用，具有广阔的工业前景和价值；本发明中的中空纤维电极阵列是在集流体金属导管的表面钻设呈阵列式排布的孔洞，然后将中空纤维电极依次插入并固定于孔洞中，从而将形成的中空纤维电极阵列安装于电化学反应装置中，由于中空纤维电极的管壁呈多孔结构，气相反应物从集流体金属导管进入至中空纤维电极阵列的管壁分散逸出，形成气液固三相界面电极的电化学反应，该设计简单，反应方便，反应拆卸便捷，操作简便、易于规模化；同时，将整个复合电极系统应用于气相反应物电化学催化反应，实现气相反应物电化学催化反应的大功率运行，对中空纤维电极工业化应用具有重要意义。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种中空纤维电极阵列组装的复合电极系统的制备方法，其特征在于，所述复合电极系统的制备方法包括以下步骤：
S1、提供电化学反应装置和集流体金属导管；
S2、在所述集流体金属导管的表面钻设多个呈阵列式排布的孔洞；
S3、在多个所述孔洞的内壁依次涂抹导电银胶，然后将所述中空纤维电极依次插入所述孔洞中，所述导电银胶固化后，形成中空纤维电极阵列；
S4、将所述中空纤维电极阵列安装于所述电化学反应装置中，制成中空纤维电极阵列组装的复合电极系统。
2.根据权利要求1所述的中空纤维电极阵列组装的复合电极系统的制备方法，其特征在于：步骤S1中所述电化学反应装置包括分别装有电解液的阳极腔室和阴极腔室，所述集流体金属导管的一端密封设置；
步骤S4中的所述中空纤维电极阵列安装于所述阴极腔室内，气相反应物从所述集流体金属导管的另一端进入至所述中空纤维电极阵列的管壁分散逸出，形成气液固三相界面电极的电化学反应。
3.根据权利要求1所述的中空纤维电极阵列组装的复合电极系统的制备方法，其特征在于：所述集流体金属导管的材质为不锈钢、铝、铜、银导电材料中的一种。
4.根据权利要求1所述的中空纤维电极阵列组装的复合电极系统的制备方法，其特征在于：步骤S2中所述孔洞的内径为0.1～5mm；同一排相邻两个所述孔洞之间的距离为0.2～5mm；相邻两排所述孔洞之间的距离为0.2～5mm。
5.根据权利要求1所述的中空纤维电极阵列组装的复合电极系统的制备方法，其特征在于：步骤S3中所述中空纤维电极插入所述孔洞中的深度与所述集流体金属导管的壁厚相同。
6.根据权利要求1所述的中空纤维电极阵列组装的复合电极系统的制备方法，其特征在于：步骤S3中所述中空纤维电极远离所述孔洞的一端密封设置。
7.根据权利要求1所述的中空纤维电极阵列组装的复合电极系统的制备方法，其特征在于：步骤S3中所述导电银胶固化后，在所述中空纤维电极与所述集流体金属导管的连接处涂抹环氧树脂。
8.根据权利要求7所述的中空纤维电极阵列组装的复合电极系统的制备方法，其特征在于：涂抹所述环氧树脂之后，在所述集流体金属导管的表面喷涂绝缘层，所述绝缘层用以防止所述集流体金属导管的腐蚀。
9.一种如权利要求1～8任一所述的制备方法所制备的的中空纤维电极阵列组装的复合电极系统，其特征在于，所述复合电极系统包括：
电化学反应装置，所述电化学反应装置包括分别装有电解液的阳极腔室和阴极腔室；
集流体金属导管，所述集流体金属导管的一端密封，表面钻设多个呈阵列式排布的孔洞；
中空纤维电极，所述中空纤维电极设置有多个，多个所述中空纤维电极电极依次插入并固定于所述孔洞中，形成中空纤维电极阵列，所述中空纤维电极阵列放置于所述阴极腔室内，用于气相反应物的电化学催化反应转化，气相反应物从所述集流体金属导管的一端进入，至所述中空纤维电极阵列的管壁分散逸出。
10.一种中空纤维电极阵列组装的复合电极系统的应用，其特征在于，采用如权利要求9所述的中空纤维电极阵列组装的复合电极系统应用于气相反应物电化学催化反应。
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Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2565197A1 (en) * 1995-03-14 1996-09-15 Osram Sylvania Inc. Discharge device having cathode with micro hollow array
US5639368A (en) * 1994-03-16 1997-06-17 Davis; Dennis W. Capillary membrane device
WO2002009212A1 (en) * 2000-07-24 2002-01-31 Microcell Corporation Microcell electrochemical devices and assemblies, and method of making and using the same
US7082236B1 (en) * 1997-02-27 2006-07-25 Chad Byron Moore Fiber-based displays containing lenses and methods of making same
US20100116733A1 (en) * 2008-11-12 2010-05-13 Korea Electrotechnology Research Institute Nanoporous oxide ceramic membranes of tubular and hollow fiber shape and method of making the same
CN102139167A (zh) * 2010-12-30 2011-08-03 浙江大学 一种加电中空纤维膜萃取器
CN102286995A (zh) * 2011-05-25 2011-12-21 唐晓洁 从空气中取饮、食水的方法及产品
US20120077095A1 (en) * 2010-09-09 2012-03-29 Roumi Farshid Electrochemical Energy Storage Systems and Methods
CN102509806A (zh) * 2011-10-28 2012-06-20 四川大学 一种新型可充金属空气电池氧电极及其制备方法
CN103474675A (zh) * 2013-09-02 2013-12-25 清华大学 一种有序化固体氧化物膜电极的制备方法
CN112164806A (zh) * 2020-09-28 2021-01-01 复旦大学 一种ptfe中空纤维微孔气体扩散电极的制备方法
CN114395777A (zh) * 2022-01-17 2022-04-26 中国科学院上海高等研究院 一种金属自支撑电极、制备方法和应用
CN114959761A (zh) * 2022-05-05 2022-08-30 中国科学院上海高等研究院 一种银中空纤维电极的制备方法及应用

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5639368A (en) * 1994-03-16 1997-06-17 Davis; Dennis W. Capillary membrane device
CA2565197A1 (en) * 1995-03-14 1996-09-15 Osram Sylvania Inc. Discharge device having cathode with micro hollow array
US7082236B1 (en) * 1997-02-27 2006-07-25 Chad Byron Moore Fiber-based displays containing lenses and methods of making same
WO2002009212A1 (en) * 2000-07-24 2002-01-31 Microcell Corporation Microcell electrochemical devices and assemblies, and method of making and using the same
CN1466783A (zh) * 2000-07-24 2004-01-07 ���Ͽع����޹�˾ 微电池电化学装置和组件及其制备和使用方法
US20100116733A1 (en) * 2008-11-12 2010-05-13 Korea Electrotechnology Research Institute Nanoporous oxide ceramic membranes of tubular and hollow fiber shape and method of making the same
US20120077095A1 (en) * 2010-09-09 2012-03-29 Roumi Farshid Electrochemical Energy Storage Systems and Methods
CN102139167A (zh) * 2010-12-30 2011-08-03 浙江大学 一种加电中空纤维膜萃取器
CN102286995A (zh) * 2011-05-25 2011-12-21 唐晓洁 从空气中取饮、食水的方法及产品
CN102509806A (zh) * 2011-10-28 2012-06-20 四川大学 一种新型可充金属空气电池氧电极及其制备方法
CN103474675A (zh) * 2013-09-02 2013-12-25 清华大学 一种有序化固体氧化物膜电极的制备方法
CN112164806A (zh) * 2020-09-28 2021-01-01 复旦大学 一种ptfe中空纤维微孔气体扩散电极的制备方法
CN114395777A (zh) * 2022-01-17 2022-04-26 中国科学院上海高等研究院 一种金属自支撑电极、制备方法和应用
CN114959761A (zh) * 2022-05-05 2022-08-30 中国科学院上海高等研究院 一种银中空纤维电极的制备方法及应用

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