CN115029717A - 一种基于旋转式双极电极的无膜电解水制氢装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提出一种基于旋转式双极电极的无膜电解水制氢装置，包括腔体和设置于所述腔体内的隔板，所述隔板将所述腔体分隔为阳极析氧室和阴极析氢气室，其中，所述阳极析氧室内设置有析氧电极，所述阴极析氢气室内设置有析氢电极，还包括贯穿且转动设置于所述隔板内的双极电极，所述双极电极和所述隔板相互垂直，所述双极电极的第一电极端位于所述阳极析氧室，通过在腔体内设置隔板将腔体分隔为阳极析氧室和阴极析氢气室，隔板内贯穿且转动设置双极电极，驱动装置驱动双极电极旋转进行电极端的切换，实现双极电极两侧电极端在阳极析氧室与阴极析氢气室中的切换，该装置便于长期稳定运行，提高了电解水制氢的生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及电解制氢技术领域，尤其涉及一种基于旋转式双极电极的无膜电解水制氢装置。
背景技术
目前，工业化的电解水制氢电解槽中需要使用隔膜，且对隔膜的性能提出了较高要求，隔膜同时需要具备较高的阻气性能、小的内阻、以及在强碱(或强酸)环境中好的长期运行稳定性。然而，隔膜的使用大大增加了电解水制氢装置的投资成本与运行维护成本。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的目的在于提出一种基于旋转式双极电极的无膜电解水制氢装置，通过在腔体内设置隔板将腔体分隔为阳极析氧室和阴极析氢气室，隔板内贯穿且转动设置双极电极，驱动装置驱动双极电极旋转进行电极端的切换，实现双极电极两侧电极端在阳极析氧室与阴极析氢气室中的切换，该装置便于长期稳定运行，提高了电解水制氢的生产效率。
为达到上述目的，本发明实施例提出的基于旋转式双极电极的无膜电解水制氢装置，包括腔体和设置于所述腔体内的隔板，所述隔板将所述腔体分隔为阳极析氧室和阴极析氢气室，其中，位于所述阳极析氧室内设置有析氧电极，位于所述阴极析氢气室内设置有析氢电极，还包括贯穿且转动设置于所述隔板内的双极电极，所述双极电极和所述隔板相互垂直，所述双极电极的第一电极端位于所述阳极析氧室，所述双极电极的第二电极端位于所述阴极析氢气室，还包括驱动装置，所述驱动装置和所述双极电极驱动连接用于驱动所述双极电极旋转进行电极端的切换。
进一步地，还包括密封组件，所述密封组件包括设置于所述双极电极的边缘外侧壁上的凸起和设置于所述隔板内侧壁的密封层，所述密封层为弧形凸起结构，所述密封层的顶端设置有与所述凸起适配的凹槽。
进一步地，所述析氧电极包括第一连接部和第一反应部，所述析氢电极包括第二连接部和第二反应部，所述第一连接部和所述第二连接部分别连接于外接电源的正负极。
进一步地，所述第一反应部和所述第二反应部均为弧形环状结构。
进一步地，所述第一反应部和所述第二反应部分别与所述双极电极相对且平行设置。
进一步地，所述驱动装置包括电机以及与所述电机驱动端连接的传动杆，所述传动杆和所述双极电极固定连接。
进一步地，所述传动杆包括与所述电机驱动连接的绝缘杆以及与所述绝缘杆固定连接的转动杆，所述转动杆和所述双极电极固定连接。
进一步地，所述驱动装置还包括固定支架，所述固定支架固定设置于所述腔体的顶端，所述电机固定连接于固定支架上。
进一步地，所述驱动装置还包括控制器，所述控制器和所述电机电连接。
进一步地，位于所述阳极析氧室的外侧壁设置有第一进液口和第一出液口，位于所述阴极析氢气室的外侧壁设置有第二进液口和第二出液口，所述第一进液口低于所述第一出液口，所述第二进液口低于第二出液口。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明一实施例提出的一种基于旋转式双极电极的无膜电解水制氢装置的结构示意图；
图2是本发明另一实施例提出的一种基于旋转式双极电极的无膜电解水制氢装置的局部结构示意图；
图3是本发明另一实施例提出的一种基于旋转式双极电极的无膜电解水制氢装置的密封组件的结构示意图；
图中，1、析氧电极；1a、第一连接部；1b、第一反应部；2、析氢电极；2a、第二连接部；2b、第二反应部；3、双极电极；4、隔板；5、阳极析氧室；6、阴极析氢气室；7、第一进液口；8、第一出液口；9、转动杆；10、绝缘杆；11、电机；12、控制器；13、固定支架；14、凸起；15、密封层；16、凹槽；17、第二进液口；18、第二出液口。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
图1是本发明一实施例提出的一种基于旋转式双极电极的无膜电解水制氢装置的结构示意图。
参见图1，一种基于旋转式双极电极的无膜电解水制氢装置，包括腔体和设置于腔体内的隔板4，隔板4将腔体分隔为阳极析氧室5和阴极析氢气室6，其中，位于阳极析氧室5内设置有析氧电极1，位于阴极析氢气室6内设置有析氢电极2，还包括贯穿且转动设置于隔板4内的双极电极3，双极电极3和隔板4相互垂直，双极电极3的第一电极端位于阳极析氧室5，双极电极3的第二电极端位于阴极析氢气室6，还包括驱动装置，驱动装置和双极电极3驱动连接用于驱动双极电极3旋转进行电极端的切换。
本实施例中，腔体为圆柱状空腔结构，隔板4为金属隔板，腔体由中间的金属隔板竖向物理隔开形成阳极析氧室5和阴极析氢气室6，阳极析氧室5内悬设有析氧电极1，阴极析氢气室6内悬设有析氢电极2，且析氧电极1和析氢电极2部分伸出腔体用以外接电源，双极电极3为圆盘结构，横向贯穿于金属隔板的中间，双极电极3可以在隔板4内转动从而可以进行双极电极3的左右两侧电极端的切换，且隔板4的圆形平面垂直于竖直方向，双极电极3的左侧电极端浸于阳极析氧室5内碱液中，双极电极3的右侧电极端浸于阴极析氢气室6内碱液中。双极电极3为掺杂钴的泡沫镍，在碱液中镍表面发生阳极氧化或阴极还原，分别生成Ni(OH)2或NiOOH氧化物覆盖层。
如图3所示，一种基于旋转式双极电极的无膜电解水制氢装置还包括密封组件，密封组件包括设置于双极电极3的边缘外侧壁上的凸起14和设置于隔板4内侧壁的密封层15，具体地，双极电极3的边缘外侧壁前后相对设置两个凸起14，相对应地，隔板4的内侧壁前后相对设置两个密封层15，从而使得双极电极3相对隔板4旋转停止后前后两侧边能够实现较好的密封。密封层15为弧形凸起结构，密封层15的顶端设置有与凸起14适配的凹槽16。可以理解地，隔板4内开设有槽口，具体地，槽口的大小和双极电极3的大小适配，实现双极电极3在相对隔板4转动的同时对隔板4进行良好的密封。本实施例中，弧形凸起结构可以为弹性橡胶制成，凸起14可以为矩形块状结构也可以为弧形块状结构或者球状凸起结构，优选地，本实施例中，凸起14为弧形条状结构，凸起14的长度和双极电极3的厚度相等，从而能够对隔板4进行良好的密封作用的同时也可以使得双极电极3相对于隔板4转动顺畅。
如图2所示，析氧电极1包括第一连接部1a和第一反应部1b，析氢电极2包括第二连接部2a和第二反应部2b，第一连接部1a和第二连接部2a分别连接于外接电源的正负极。本实施例中，第一连接部1a和第二连接部2a均为杆状结构，具体可以金属制成，竖直悬设于腔体内，第一反应部1b和第二反应部2b均为弧形环状结构，具体可以为镍网制成，弧形环状结构的设计可以增大反应面积，提高反应效率。具体地，第一反应部1b和第一连接部1a焊接连接，第二反应部2b和第二连接部2a焊接连接。
第一反应部1b和第二反应部2b分别与双极电极3相对且平行设置，此种特定的结构布置能够使得装置达到较佳的电解速率。
如图1所示，驱动装置包括电机11以及与电机11驱动端连接的传动杆，传动杆和双极电极3固定连接。具体地，传动杆轴向沿竖直方向布置，传动杆竖向贯穿隔板4与电机11连接，电机11通过传动杆实现对双极电极3的驱动旋转。
传动杆包括与电机11驱动连接的绝缘杆10以及与绝缘杆10固定连接的转动杆9，转动杆9和双极电极3固定连接。具体地，转动杆9通过螺纹连接的方式与绝缘杆10沿轴向紧固连接，以便于拆卸维修。
驱动装置还包括固定支架13，固定支架13固定设置于腔体的顶端，电机11固定连接于固定支架13上，从而对电机11的位置进行固定。
驱动装置还包括控制器12，控制器12和电机11电连接。控制器12通过控制电机11的转动实现双极电极3的在阳极析氧室5与阴极析氢气室6之间的切换。
如图1所示，位于阳极析氧室5的外侧壁设置有第一进液口7和第一出液口8，位于阴极析氢气室6的外侧壁设置有第二进液口17和第二出液口18，第一进液口7低于第一出液口8，第二进液口17低于第二出液口18。具体地，第一进液口7和第二进液口17均位于腔体的底端，第一出液口8和第二出液口18均位于腔体的顶端，便于实现对腔体进行电解液的补充。
在阴极析氢气室6中，水分子在作为阴极的析氢电极2的催化作用下，被还原为氢气，即H2O+e-＝1/2H2+OH-，同时位于阴极析氢气室内的Ni(OH)2双极电极3作为阳极发生如下反应：Ni(OH)2+OH-－e-→NiOOH+H2O。
在阳极析氧室5中，作为阴极的NiOOH双极电极3被电催化还原为Ni(OH)2，即NiOOH+H2O+e-→Ni(OH)2+OH-；同时OH-在作为阳极的析氧电极1表面被电催化氧化为氧气，即2OH-－2e-→1/2O2+H2O。
本发明中，根据电解水制氢需要的电压上升阈值或产氢速度下降阈值来判断双极电极3电容量达到饱和，示例性的，具体阈值可根据实际情况进行选择，比如当电压上升了30％或产氢速度下降了30％时，控制器12即可发出指令，，使电机11带动双极电极3转动180度，经过旋转之后，在阴极析氢气室6中形成的NiOOH被转移到了阳极析氧室5中，而在阳极析氧室5中形成的Ni(OH)2则被转移到了阴极析氢气室6中，继续进行电解水制氢，当双极电极3电容量再次达到饱和，控制器12再次发出指令，使电机11带动双极电极3转动180度，如此反复循环。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种基于旋转式双极电极的无膜电解水制氢装置，其特征在于，包括腔体和设置于所述腔体内的隔板，所述隔板将所述腔体分隔为阳极析氧室和阴极析氢气室，其中，所述阳极析氧室内设置有析氧电极，所述阴极析氢气室内设置有析氢电极，还包括贯穿且转动设置于所述隔板内的双极电极，所述双极电极和所述隔板相互垂直，所述双极电极的第一电极端位于所述阳极析氧室，所述双极电极的第二电极端位于所述阴极析氢气室，还包括驱动装置，所述驱动装置和所述双极电极驱动连接用于驱动所述双极电极旋转进行电极端的切换。
2.如权利要求1所述的基于旋转式双极电极的无膜电解水制氢装置，其特征在于，还包括密封组件，所述密封组件包括设置于所述双极电极的边缘外侧壁上的凸起和设置于所述隔板内侧壁的密封层，所述密封层为弧形凸起结构，所述密封层的顶端设置有与所述凸起适配的凹槽。
3.如权利要求1所述的基于旋转式双极电极的无膜电解水制氢装置，其特征在于，所述析氧电极包括第一连接部和第一反应部，所述析氢电极包括第二连接部和第二反应部，所述第一连接部和所述第二连接部分别连接于外接电源的正负极。
4.如权利要求3所述的基于旋转式双极电极的无膜电解水制氢装置，其特征在于，所述第一反应部和所述第二反应部均为弧形环状结构。
5.如权利要求3所述的基于旋转式双极电极的无膜电解水制氢装置，其特征在于，所述第一反应部和所述第二反应部分别与所述双极电极相对且平行设置。
6.如权利要求1所述的基于旋转式双极电极的无膜电解水制氢装置，其特征在于，所述驱动装置包括电机以及与所述电机驱动端连接的传动杆，所述传动杆和所述双极电极固定连接。
7.如权利要求6所述的基于旋转式双极电极的无膜电解水制氢装置，其特征在于，所述传动杆包括与所述电机驱动连接的绝缘杆以及与所述绝缘杆固定连接的转动杆，所述转动杆和所述双极电极固定连接。
8.如权利要求6所述的基于旋转式双极电极的无膜电解水制氢装置，其特征在于，所述驱动装置还包括固定支架，所述固定支架固定设置于所述腔体的顶端，所述电机固定连接于固定支架上。
9.如权利要求6所述的基于旋转式双极电极的无膜电解水制氢装置，其特征在于，所述驱动装置还包括控制器，所述控制器和所述电机电连接。
10.如权利要求1所述的基于旋转式双极电极的无膜电解水制氢装置，其特征在于，位于所述阳极析氧室的外侧壁设置有第一进液口和第一出液口，位于所述阴极析氢气室的外侧壁设置有第二进液口和第二出液口，所述第一进液口低于所述第一出液口，所述第二进液口低于第二出液口。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116219454A (zh) * | 2023-05-11 | 2023-06-06 | 氢联(江苏)高科技有限公司 | 基于双极电极体系电解水制氢装置 |
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