CN115650217B - 石墨烯电解反应设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种石墨烯电解反应设备，包括机架、电解槽、钛板、支撑装置和升降式下料装置，电解槽安装在机架内，钛板竖向间隔设置在电解槽内，相邻两钛板之间形成电解区域；支撑装置通过机架固定在电解槽的上方；升降式下料装置包括控制器、升降机构和石墨纸电动夹持装置，控制器分别与升降机构和石墨纸电动夹持装置连接，石墨纸电动夹持装置通过升降机构设置在电解槽与支撑装置之间，控制器与升降机构配合可控制石墨纸电动夹持装置上下往复运动，并将石墨纸卷上的石墨纸送入电解区域。该设备采用钛板和电动夹具分别替代石墨板和气动夹具，不仅能延长负极的使用寿命，还能更为准确的实现石墨纸的下料控制，并避免石墨纸出现褶皱、断裂的问题。

Description

石墨烯电解反应设备

技术领域

本发明属于石墨烯电解技术领域，具体涉及一种石墨烯电解反应设备。

背景技术

石墨烯作为一种新型碳材料备受关注。它是一种完全由sp2杂化的碳原子构成的厚度仅为单原子层或数个单原子层的准二维晶体材料，具有高透光性和导电性、高比表面积、高强度及柔韧性等优异的性能，因而在高性能纳电子器件、光电器件、气体传感器、复合材料、场发射材料及能量存储等领域拥有巨大的研究及应用价值。

目前通常采用电化学方法制备石墨烯，如公开号为CN111217363A的专利文献所公开的电化学制备石墨烯的方法。其制备原理为：在电场的作用下，通过阴极还原或者阳极氧化石墨源电极，驱使溶液中的离子嵌入到石墨中使得工作电极石墨的结构发生膨胀并产生剥离。由于电化学制备方法对环境友好且制备的石墨烯缺陷少，可控性强，周期短，因此电化学制备方法也被广泛地应用于大规模生产石墨烯中。

进一步的，虽然现有技术中关于电化学制备石墨烯的技术较多，但电化学制备方法中涉及有效电解反应的硬件设备却较少。目前能够检索到的电解设备主要是申请人于2017年申请并获得授权的制备石墨烯的电解反应装置（授权公告号CN106544690B），其包括电解槽、石墨板、下料机构和石墨纸支撑机构，所述下料机构包括压紧辊和通过碳刷与电源正极连接的石墨导电辊，所述压紧辊和石墨导电辊对称设置在电解槽上方，所述石墨纸支撑机构固定在下料机构上方，所述石墨板作为负极设置在电解槽内。该装置解决了现有技术在规模化制备石墨烯时不能自动化的问题，但经申请人实际使用，该装置仍然存在如下技术问题：

1、该装置采用气动夹具牵引石墨纸下料，其问题之一是结构较为复杂，空间占用大，且不便于精确控制；其问题之二是在下料过程中石墨纸容易因挤压辊压力不均匀或不同步导致褶皱甚至断裂。

2、该装置的负极为石墨板，但石墨板的导电效果不佳，且因强度不足还容易损坏，相应地也导致石墨板的使用寿命较短。

3、该装置中的石墨导电辊采用碳刷导电，但该种导电方式为滑动导电，因而存在着导电性不佳、电极污染、能耗高及与石墨纸接触面积不够大的技术问题。

4、该装置对石墨纸采用的是单层水平布置，相应地单次能够产生电解反应的石墨纸量就较小，对石墨烯的规模化制备极为不利。而若需要规模化制备石墨烯，就需要相应增大装置的体积，导致空间占用更多及生产能耗更高。

5、受其结构所限，电解过程中中间产物膨胀石墨容易在电解液液面堆积从而影响生产的持续性和质量稳定性。

发明内容

本发明针对上述技术问题提供了一种石墨烯电解反应设备，该设备通过采用钛板和电动夹具分别替代石墨板和气动夹具，不仅能够延长负极的使用寿命，还能更为精确的实现石墨纸的下料控制，以及避免石墨纸在下料过程中出现褶皱、断裂的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种石墨烯电解反应设备，其特征在于：包括机架、电解槽、钛板、支撑装置和升降式下料装置，电解槽安装在机架内，钛板竖向间隔设置在电解槽内，相邻两钛板之间形成电解区域；支撑装置通过机架固定在电解槽的上方用于支撑石墨纸卷；升降式下料装置包括控制器、升降机构和石墨纸电动夹持装置，控制器分别与升降机构和石墨纸电动夹持装置连接，石墨纸电动夹持装置通过升降机构设置在电解槽与支撑装置之间，控制器与升降机构配合可控制石墨纸电动夹持装置上下往复运动，并将石墨纸卷上的石墨纸送入电解区域。

所述支撑装置可支撑多个石墨纸卷，所述电解区域的数量与石墨纸卷的数量相同，石墨纸电动夹持装置可同时夹持各石墨纸卷上的石墨纸，并通过上下往复运动将各石墨纸同时送入不同的电解区域。

所述石墨纸电动夹持装置包括框架、限位导向组件、驱动组件、夹持开合调节件和多套石墨纸夹持件，框架安装在升降机构上，限位导向组件对称设置在框架的两侧，石墨纸夹持件通过限位导向组件等间距活动设置在框架内，相邻两套石墨纸夹持件之间通过弹性件连接，位于两端的石墨纸夹持件通过弹性件分别连接在框架的两端；夹持开合调节件通过轴承间隔设置在框架内，且任一石墨纸夹持件位于相邻两套夹持开合调节件之间；驱动组件安装在框架上并与控制器连接，驱动组件可驱动夹持开合调节件同时转动，夹持开合调节件转动时通过间隔挤压控制石墨纸夹持件同时张开或合拢。

所述石墨纸夹持件包括两套相向对称布置的夹具，所述夹具包括依次固定的支撑铝板、绝缘柱和用于夹持石墨纸的导电铜条，支撑铝板的两端分别活动套设在框架两侧的限位导向组件上，相邻两套石墨纸夹持件之间通过支撑铝板和弹性件连接，位于两端的石墨纸夹持件通过支撑铝板和弹性件与框架连接；夹持开合调节件转动时通过间隔挤压支撑铝板控制石墨纸夹持件张开或合拢。

所述夹持开合调节件包括转轴和椭圆形的挤压块，挤压块间隔固定在转轴上，转轴通过轴承间隔设置在框架内，相邻夹持开合调节件的转轴之间通过齿轮啮合或链条连接，驱动组件可驱动所有转轴及挤压块同时转动，挤压块转动时通过间隔挤压控制石墨纸夹持件张开或合拢。

所述限位导向组件包括上下对称固定在框架上的导柱，每根导柱上等间距固定有多套限位件，每套限位件包括两个限位块，石墨纸夹持件的两端分别活动套设在框架两侧的导柱上并位于限位块之间，多套石墨纸夹持件分别通过限位件间隔设置在框架内，夹持开合调节件的两端分别位于导柱之间。

所述框架上固定有与电源正极连接的正极铜排，导电铜条通过导线连接到正极铜排上。

所述升降机构包括升降电机、滚珠丝杆、丝杆螺母、齿轮和链条，滚珠丝杆分别竖向设置在电解槽的两侧，滚珠丝杆的上部和下部分别通过轴承安装在支撑装置和机架上，丝杆螺母分别固定在石墨纸电动夹持装置两侧，石墨纸电动夹持装置通过丝杆螺母水平连接在滚珠丝杆上，升降电机固定在机架上并与控制器连接，升降电机通过齿轮和链条控制滚珠丝杆转动，进而控制石墨纸电动夹持装置上下往复运动。

所述支撑装置包括料架、支撑柱、导向辊和承载组件，支撑柱分别竖向固定在电解槽两侧的机架上，料架通过支撑柱固定在电解槽的上方，承载组件活动设置在料架的上部用于支撑石墨纸卷，导向辊活动设置在料架的下部用于导向石墨纸。

所述承载组件在料架上按组分布，且每组中的承载组件呈品字形排布。

所述承载组件包括承载梁、夹紧座和转动刹车件，承载梁的一端活动设置在料架上，另一端通过转动刹车件活动设置在料架上，夹紧座设置在承载梁上用于夹紧石墨纸卷。

所述转动刹车件包括轴承座、圆锥滚子轴承、刹车块、调节螺栓、弹性垫片、塑料密封垫和防尘盖，承载梁的端部设有台阶环和外径变小的变径段，轴承座套设在承载梁上并活动设置在料架上；刹车块通过弹性垫片和调节螺栓固定在轴承座上，塑料密封垫固定在刹车块与圆锥滚子轴承之间，防尘盖固定在刹车块上；圆锥滚子轴承固定在刹车块中部并活动套设在变径段上，且圆锥滚子轴承与台阶环抵接；当刹车块与轴承座之间的间距减小时，圆锥滚子轴承与台阶环之间的摩擦力增大，承载梁的转动速度减小。

所述电解槽的边缘固定有与电源负极连接的负极铜排，钛板通过导线并联连接到负极铜排上。

所述钛板的外表面包裹有绝缘塑料网罩。

所述电解槽的底部设有导渣件，所述导渣件包括多个V形导渣部，V形导渣部的两侧坡度范围为10°-20°，V形导渣部的底部设有出料口。

所述电解槽内的钛板下方还固定有鼓泡分散管网，鼓泡分散管网外接气泵管开关和高压气泵。

采用上述技术方案，本发明的有益技术效果是：

1、本发明通过采用钛板代替石墨板作为电极，其不仅延长了电极的使用寿命，还具有更佳的导电效果，有利于提高电解效果。而通过采用电动控制的夹持装置代替气动夹具，并由升降机构配合可控制石墨纸电动夹持装置上下往复运动，并将石墨纸卷上的石墨纸送入电解区域，其相对于气动控制方式来说具有更精确的控制效果，既能够使石墨纸按设定速度进入电解槽中进行电解反应，又能够避免石墨纸在下料过程中出现褶皱、断裂的问题，进而有利于保证更高的电解质量和更佳的电解效率。另外，本申请中夹持石墨纸的石墨纸电动夹持装置可直接带电，其导电方式为固定导电，相对于滑动导电来说，既不存在电极污染，又使得导电性能更好并降低了能耗，同时还有利于增大其与石墨纸的接触面积而提高电解效果。

2、本发明将支撑装置设置为可支撑多个石墨纸卷，并匹配相应电解区域的结构，使得本发明能够在电解槽中同时对多张石墨纸进行电解，有利于进一步提高电解效率。

3、本发明所述石墨纸电动夹持装置包括框架、限位导向组件、驱动组件、夹持开合调节件和多套石墨纸夹持件，一方面，采用该结构的石墨纸电动夹持装置具有精确的石墨纸夹持效果。另一方面，由于限位导向组件、驱动组件、夹持开合调节件和多套石墨纸夹持件均集中安装在框架内，因而也使得石墨纸电动夹持装置的结构更加简单，相对于公告号CN106544690B的现有技术来说，在相同生产效率的前提下，本发明的结构更加简单合理，空间占用减少了40%。

另外，驱动组件可驱动夹持开合调节件同时转动，夹持开合调节件转动时通过间隔挤压控制石墨纸夹持件同时张开或合拢。该驱动组件由控制器程序控制，更加智能化和精确化。

4、本发明采用两套相向对称布置的夹具夹持石墨纸，具有对石墨纸的夹持效果好、不会发生滑移的优点。另外，导电铜条与石墨纸接触面积大，使得导电效果也更好。

5、本发明采用转轴和椭圆形的挤压块作为夹持开合调节件以控制石墨纸夹持件张开或合拢，具有结构更加简易、可自动化控制、控制精确度更高的优点。

6、本发明通过上下对称固定在框架上的导柱及导柱上等间距固定的限位件作为限位导向组件，既具有结构简单，又具有限位结构好的优点，有利于实现石墨纸夹持件张开与合拢的精确控制。

7、本发明采用升降电机、滚珠丝杆、丝杆螺母等配合实现石墨纸电动夹持装置上下往复运动的控制，具有结构简单、控制精确及稳定性高的优点。

8、本发明将导向辊和承载组件统一设置在料架的下部和上部，既有利于对石墨纸卷起到稳定可靠的支撑作用，又有利于引导石墨纸稳定进行电解区域，同时还具有结构简洁、集成度高的优点。

9、本发明将承载组件按组分布设置在料架上，并使每组中的承载组件呈品字形排布。其优点在于在保证电解槽体积不变的前提下，进一步增大了单次电解石墨纸的量，有利于在结构更加简单、空间占用面积更小的前提下实现更多石墨纸的电解反应，更有利于石墨烯的规模化制备。

10、本发明通过转动刹车件能够控制承载梁的转速，避免石墨纸卷在承载梁上因转速过快而导致过多的石墨纸进入电解槽，进而避免出现短路及影响电解质量的问题出现。

11、本发明采用轴承座、圆锥滚子轴承、刹车块、调节螺栓、弹性垫片、塑料密封盖和防尘盖作为转动刹车件，具有结构简单、便于调节的优点。

12、本发明在钛板的外表面包裹有绝缘塑料网罩，通过绝缘塑料网罩能够防止石墨纸与钛板接触并造成短路，因而有利于电解反应的安全进行。

13、本发明通过特定结构的导渣件能够使电解后的石墨烯料通过出料口排出，方便石墨烯料的清理和收集。

14、所述电解槽内的钛板下方还固定有鼓泡分散管网，通过压缩空气形成的气泡对电解液定时进行搅动，使堆积在电解液液面的膨胀石墨迅速下沉，避免其堆积影响生产的连续性和质量稳定性。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的剖视结构示意图；

图3为本发明的平面结构示意图（部分）；

图4为石墨纸电动夹持装置的结构示意图；

图5为承载组件的结构示意图；

图6为承载组件的部分剖视结构示意图。

图中标记为：1、机架，2、电解槽，3、钛板，4、支撑装置，5、电解区域，6、石墨纸卷，7、控制器，8、升降机构，9、石墨纸电动夹持装置，10、滚珠丝杆，11、负极铜排，12、框架，13、限位导向组件，14、夹持开合调节件，15、石墨纸夹持件，16、弹性件，17、夹具，18、支撑铝板，19、绝缘柱，20、导电铜条，21、正极铜排，22、转轴，23、挤压块，24、导柱，25、限位块，26、料架，27、支撑柱，28、导向辊，29、承载梁，30、夹紧座，31、转动刹车件，32、轴承座，33、圆锥滚子轴承，34、刹车块，35、调节螺栓，36、弹性垫片，37、塑料密封垫，38、台阶环，39、变径段，40、导渣件，41、V形导渣部，42、出料口，43、鼓泡分散管网，44、气泵管开关。

具体实施方式

实施例1

本实施例公开了一种石墨烯电解反应设备，该设备主要是以钛板3为负极（阴极），以石墨纸为正极（阳极）在电解槽2中进行电解反应。如图1-3所示，其包括机架1、电解槽2、钛板3、支撑装置4和升降式下料装置，升降式下料装置包括控制器7、升降机构8和石墨纸电动夹持装置9。其中，各组成的结构、位置及连接关系分别如下：

所述机架1可采用不锈钢制成，具有抵抗电化学腐蚀及酸、碱、盐腐蚀的特性，机架1主要是对支撑装置4和升降式下料装置起支撑作用，其结构形状不限。另外，为简化供电线路，本实施例在机架1的边缘还固定有与电源负极连接的负极铜排11。

所述电解槽2安装在机架1内，电解槽2通常为方体结构，其宽度方向端侧的上部和下部分别设有电解液进料口和排液口。另外，电解槽2可选用聚丙烯材料、不饱和聚酯树脂材料、玻璃纤维增强塑料等耐酸碱材料制成。

所述支撑装置4通过机架1固定在电解槽2的上方，其作用是支撑石墨纸卷6。需要说明的是，该支撑装置4可支撑石墨纸卷6的数量至少为一个，但为便于石墨烯的规模化制备及提高电解效率，优选支撑装置4可同时支撑多个石墨纸卷6，例如可同时支撑12-24个石墨纸卷6。本实施例对支撑装置4的结构不作限定，只要是能够稳定支撑多个石墨纸卷6的结构均可，例如，可采用授权公告号CN106544690B的专利文献中所公开的支撑结构。

所述钛板3的数量至少为两张，各钛板3采用等间距悬挂的方式竖向间隔设置在电解槽2内，钛板3通过导线将并联连接到负极铜排11上，电解槽2内相邻两钛板3之间形成电解区域5。优选的，电解区域5的数量与石墨纸卷6的数量相同且相对应，当石墨纸卷6的数量为多个时，电解区域5的数量也为多个，各石墨纸卷6上的石墨纸分别进入对应电解区域5进行电解反应。另外，钛板3的长度可为0.8m-1m，宽度为可10cm-20cm，厚度可为0.2mm-0.5mm，相邻钛板3之间的间距可为15cm-25cm。当然，钛板3的大小及间距还可根据电解槽2的大小相应调节，以获得更佳的电解效果。

进一步的，为防止电解反应时石墨纸与钛板3接触而造成短路，本实施例还在钛板3的外表面包裹有绝缘塑料网罩，相当于通过绝缘塑料网罩将钛板3包裹在内，以达到既防止石墨纸与钛板3接触，又不影响电解反应的作用。

所述升降机构8安装在机架1上，所述石墨纸电动夹持装置9通过升降机构8设置在电解槽2与支撑装置4之间，并与电源正极连接。升降机构8的作用是带动石墨纸电动夹持装置9上下往复运动，石墨纸电动夹持装置9的作用是间隔夹持支撑装置4上的石墨纸，并通过上下往复运动将石墨纸作为阳极送入电解区域5。优选的，当石墨纸卷6的数量为多个时，石墨纸电动夹持装置9可同时夹持各石墨纸卷6上的石墨纸，并通过上下往复运动将各石墨纸同时送入不同的电解区域5。另外，本实施例对石墨纸电动夹持装置9的结构不作限定，只要是能够实现前述功能作用的结构均可。

需要说明的是，本实施例中升降机构8既可采用气动控制结构，如伸缩气缸；也可采用电动控制结构，如螺杆、齿轮等。但为了便于控制的精确性及有效防止石墨纸褶皱、断裂，优选采用电机、丝杆等作为升降机构8。具体的，所述升降机构8包括升降电机、滚珠丝杆10、丝杆螺母、齿轮和链条，滚珠丝杆10分别竖向设置在电解槽2的两侧，每侧大约2-4根滚珠丝杆10，滚珠丝杆10的上部和下部分别通过轴承安装在支撑装置4和机架1上，丝杆螺母分别固定在石墨纸电动夹持装置9两侧的对应位置，然后石墨纸电动夹持装置9通过丝杆螺母即可水平连接在滚珠丝杆10上，升降电机固定在机架1上并与控制器7连接，升降电机通过齿轮和链条连接在滚珠丝杆10的下部，升降电机可通过齿轮和链条控制滚珠丝杆10转动，进而控制石墨纸电动夹持装置9上下往复运动。

所述控制器7可固定在电解槽2的一端或安装在机架1上，控制器7分别与升降机构8和石墨纸电动夹持装置9连接，控制器7与升降机构8配合可控制石墨纸电动夹持装置9上下往复运动，并将石墨纸卷6上的石墨纸送入电解区域5。具体的，控制器7内设有控制程序，能够控制升降机构8和石墨纸电动夹持装置9按设定程序运行。例如，控制器7可根据设定程序控制升降机构8进行上升或下降动作，控制石墨纸电动夹持装置9在运动至上顶点时合拢进行夹持动作，以及在运动至下底点时张开进行松开动作。

本实施例的工作原理为：将钛板3和石墨纸电动夹持装置9分别接通电源负极和正极后，然后由控制器7控制升降机构8和石墨纸电动夹持装置9按设定程序运行。具体的，升降机构8进行上升动作时将带动石墨纸电动夹持装置9向上运动，当石墨纸电动夹持装置9运动至上顶点时，石墨纸电动夹持装置9合拢并夹持住石墨纸。然后升降机构8进行下降动作并带动石墨纸电动夹持装置9向下运动，当石墨纸电动夹持装置9运动至下底点时，石墨纸电动夹持装置9张开并松开石墨纸。以此通过石墨纸电动夹持装置9的上下往复运动即可将石墨纸作为阳极送入电解区域5进行电解反应。

实施例2

本实施例公开了一种石墨烯电解反应设备，本实施例在实施例1的基础上对石墨纸电动夹持装置9的结构作了进一步限定。如图4所示，所述石墨纸电动夹持装置9包括框架12、限位导向组件13、驱动组件、夹持开合调节件14和多套均与电源正极连接的石墨纸夹持件15。其中，

所述框架12与电解槽2的形状及大小相适配，同样为方形结构，石墨纸电动夹持装置9主要通过框架12安装在升降机构8上。同样的，为简化供电线路，本实施例在框架12的边缘还固定有与电源正极连接的正极铜排21，多套石墨纸夹持件15可通过导线并联连接到正极铜排21上，以此使夹持的石墨纸带电并作为阳极进入电解区域5。

所述限位导向组件13通常为两套，并分别对称设置在框架12的两侧，通常是对称固定在框架12长度方向的内部两侧，其作用是为石墨纸夹持件15提供导向及限位作用。具体的，每套限位导向组件13包括上下对称固定在框架12上的导柱24，导柱24的数量优选为两根并分上下设置，每根导柱24上等间距固定有多套限位件，每套限位件包括两个对称的限位块25，限位块25可采用套管加挡板的结构，即限位块25可通过套管固定在导柱24上，再通过挡板进行限位。

所述石墨纸夹持件15通过限位导向组件13等间距活动设置在框架12内，其作用是夹持石墨纸并带电送入电解槽2。其中，石墨纸夹持件15的两端分别活动套设在框架12两侧的导柱24上并位于限位块25之间，即石墨纸夹持件15的每端均同时活动套设在对应侧的两根导柱24上，且同时位于两根导柱24上对应的两个限位块25之间。基于此，多套石墨纸夹持件15分别通过限位件间隔设置在框架12内，此时的石墨纸夹持件15可通过导柱24在对应的限位块25之间滑动。然后再通过弹簧类弹性件16对石墨纸夹持件15进行限制，其结构可为：相邻两套石墨纸夹持件15之间通过弹性件16连接，位于两端的石墨纸夹持件15通过弹性件16分别连接在框架12的两端。为保证平稳性更好，优选石墨纸夹持件15之间的弹性件16和石墨纸夹持件15与框架12之间的弹性件16均为多根。连接弹性件16后，通过弹性件16的拉力，能使石墨纸夹持件15始终保持张开状态。

进一步的，所述石墨纸夹持件15的结构为：其包括两套相向对称布置的夹具17，所述夹具17包括依次固定的支撑铝板18、绝缘柱19和用于夹持石墨纸的导电铜条20，支撑铝板18的长度略小于框架12的宽度，其两端分别活动套设在框架12两侧的限位导向组件13上，也即支撑铝板18的两端分别活动套设在框架12两侧的导柱24上并位于限位块25之间。绝缘柱19可采用绝缘木制成，其长度略小于支撑铝板18的长度。导电铜条20通过导线连接在正极铜排21上，导电铜条20作为石墨纸的实际夹持部位，其具有一定宽度，使得导电铜条20与石墨纸之间能有较大的接触面积而不会引起石墨纸褶皱、断裂。然后相邻两套石墨纸夹持件15之间通过支撑铝板18和弹性件16连接，位于两端的石墨纸夹持件15通过支撑铝板18和弹性件16与框架12连接。连接弹性件16后，两套夹具17始终保持张开状态。

所述夹持开合调节件14通过轴承间隔设置在框架12内，其两端分别位于导柱24之间，且任一石墨纸夹持件15位于相邻两套夹持开合调节件14之间。驱动组件安装在框架12上并与控制器7连接，驱动组件在控制器7的控制作用下可驱动所有夹持开合调节件14同时转动，夹持开合调节件14转动时可通过间隔挤压的方式控制所有石墨纸夹持件15的夹具17同时张开或合拢，进而夹持石墨纸并送入电解区域5。

进一步的，所述夹持开合调节件14包括转轴22和椭圆形的挤压块23，挤压块23的数量可为多个，并间隔固定在转轴22上，例如挤压块23可分别设置在转轴22的中部和靠近两端的位置。转轴22通过轴承间隔设置在框架12内，其两端分别穿过两侧的导柱24。另外，转轴22的端部设有齿轮，相邻夹持开合调节件14的转轴22之间通过齿轮啮合或链条连接，驱动组件主要包括电机和链条等，电机通过链条与其中一根转轴22的齿轮连接，以此可驱动所有转轴22及转轴22上的挤压块23同时转动。需要说明的是，挤压块23的作用是在转轴22的带动下利用其椭圆形结构间隔挤压支撑铝板18，当挤压块23转动至竖向位置时，挤压块23对支撑铝板18无挤压作用力，此时在弹性件16的作用下支撑铝板18被拉开，夹具17也处于张开状态。当挤压块23转动至横向位置时，挤压块23挤压支撑铝板18并使夹具17合拢，石墨纸被夹持在导电铜条20之间。

本实施例在实施时，由驱动组件驱动转轴22转动，转轴22再带动挤压块23转动，即可由挤压块23以间隔挤压的方式控制石墨纸夹持件15的夹具17张开或合拢，进而实现石墨纸的松开与夹持。再通过升降机构8的上下升降控制，即能够使石墨纸电动夹持装置9上下往复运动并将石墨纸作为阳极送入电解区域5进行电解反应。

实施例3

本实施例在实施例1或实施例2的基础上对支撑装置4的结构作了进一步的限定。如图5-6所示，所述支撑装置4包括料架26、支撑柱27、导向辊28和承载组件。其中，

所述支撑柱27的数量为多根，例如可为6-12根，多根支撑柱27可分两排分别竖向固定在电解槽2两侧的机架1上，固定方式可为螺纹拧紧、螺栓固定或焊接，支撑柱27垂直于水平面，直径可为3cm-5cm，高度可为0.5m-1.5m，表面平滑。支撑柱27高度相等，相邻两根支撑柱27之间距离为50cm-100cm。另外，为提高石墨纸电动夹持装置9上下往复运动的稳定性，还可使支撑柱27作为导向柱贯穿石墨纸电动夹持装置9，或者说在石墨纸电动夹持装置9的两侧固定导向耳，使支撑柱27贯穿导向耳，以此为石墨纸电动夹持装置9的上下运动进行导向。

所述料架26的主体为一方形架，其通过支撑柱27水平固定在电解槽2的上方，然后承载组件活动设置在料架26的上部用于支撑石墨纸卷6，导向辊28活动设置在料架26的下部用于导向石墨纸。其中，导向辊28分布在同一水平面，且位于承载梁29下水平面10cm处，相邻导向辊28之间间距可为15cm-20cm。

需要说明的是，为减小空间占用以及提高单批次石墨烯的电解反应量，本实施例优选承载组件在料架26上按组分布，且每组中的承载组件呈品字形排布。基于该结构，相当于将承载组件分为上下两层设置，上下两层的高度差为20cm-40cm。本实施例在仅增加一套承载组件高度的前提下，就能够将单批次的石墨烯电解量提高50%，可以说有效地提高了电解量。

所述承载组件包括承载梁29、夹紧座30和转动刹车件31，承载梁29为圆柱状或管状，直径可为1cm-5cm，长度可为1.2m-1.5m。承载梁29优选水平设置，其一端活动设置在料架26上，另一端通过转动刹车件31活动设置在料架26上，通过转动刹车件31可控制承载梁29的转动速度，以防止承载梁29因转速过快而导致石墨纸散落进入电解槽2中。另外，夹紧座30的数量通常为两个，大致为锥形结构，其设置在承载梁29上用于夹紧石墨纸卷6，防止打滑。需要说明的是，夹紧座30上设有与承载梁29相垂直的螺纹通孔，通过螺杆穿过螺纹通孔可将夹紧座30固定在承载梁29上用于夹紧石墨纸。而松开螺杆后，夹紧座30又可在承载梁29上滑动，以便于夹紧不同宽度的石墨纸卷6。

进一步的，所述转动刹车件31包括轴承座32、圆锥滚子轴承33、刹车块34、调节螺栓35、弹性垫片36、塑料密封垫37和防尘盖，承载梁29的端部设有台阶环38和外径变小的变径段39，台阶环38相当于位于变径段39与承载梁29主体之间，轴承座32套设在承载梁29上并活动设置在料架26上，其两端设有可起限位作用的锥形部；刹车块34可为圆形结构，通过弹性垫片36和调节螺栓35固定在轴承座32的一个锥形部上。可选的，弹性垫片36套设在调节螺栓35的螺栓上，并位于调节螺栓35的螺母与刹车块34之间，以使刹车块34具有一定的左右调节幅度。塑料密封垫37固定在刹车块34的内表面与圆锥滚子轴承33之间，防尘盖固定在刹车块34的外表面上并密封圆锥滚子轴承33，以防止灰尘等杂质进入。圆锥滚子轴承33固定在刹车块34中部并活动套设在变径段39上，且圆锥滚子轴承33与台阶环38抵接。当调节刹车块34与轴承座32之间的间距减小时，圆锥滚子轴承33与台阶环38之间的摩擦力增大，承载梁29的转动速度减小。当调节刹车块34与轴承座32之间的间距增大时，圆锥滚子轴承33与台阶环38之间的摩擦力减小，承载梁29的转动速度增大。

实施例4

本实施例在实施例1的基础上对电解槽2作了进一步的限定。如图2所示，本实施例在电解槽2的底部设有导渣件40，该导渣件40包括多个V形导渣部41，V形导渣部41的两侧坡度范围为10°-20°。为避免膨胀石墨料堆积，本实施例在V形导渣部41的底部还设有出料口42，以便于膨胀石墨料的快速排出。

另外，本实施例在电解槽2内的钛板3下方及导渣件40上方还固定有鼓泡分散管网43，鼓泡分散管网43通过多根纵横交叉排布的管道相互连通而成，其大小于电解槽2内部空间相适配。鼓泡分散管网43外接气泵管开关44和高压气泵，高压气泵可提供0.4 MPa以上高压气体，气泵管开关44可定时启动、关闭。三者配合可在电解反应时进行鼓泡，防止中间产物膨胀石墨在液面堆积以提高电解效率和电解质量。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。

Claims (7)

1.石墨烯电解反应设备，其特征在于：包括机架（1）、电解槽（2）、钛板（3）、支撑装置（4）和升降式下料装置，电解槽（2）安装在机架（1）内，钛板（3）竖向间隔设置在电解槽（2）内，相邻两钛板（3）之间形成电解区域（5）；支撑装置（4）通过机架（1）固定在电解槽（2）的上方用于支撑石墨纸卷（6）；升降式下料装置包括控制器（7）、升降机构（8）和石墨纸电动夹持装置（9），控制器（7）分别与升降机构（8）和石墨纸电动夹持装置（9）连接，石墨纸电动夹持装置（9）通过升降机构（8）设置在电解槽（2）与支撑装置（4）之间，控制器（7）与升降机构（8）配合可控制石墨纸电动夹持装置（9）上下往复运动，并将石墨纸卷（6）上的石墨纸送入电解区域（5）；

所述石墨纸电动夹持装置（9）包括框架（12）、限位导向组件（13）、驱动组件、夹持开合调节件（14）和多套石墨纸夹持件（15），框架（12）安装在升降机构（8）上，限位导向组件（13）对称设置在框架（12）的两侧，石墨纸夹持件（15）通过限位导向组件（13）等间距活动设置在框架（12）内，相邻两套石墨纸夹持件（15）之间通过弹性件（16）连接，位于两端的石墨纸夹持件（15）通过弹性件（16）分别连接在框架（12）的两端；夹持开合调节件（14）通过轴承间隔设置在框架（12）内，且任一石墨纸夹持件（15）位于相邻两套夹持开合调节件（14）之间；驱动组件安装在框架（12）上并与控制器（7）连接，驱动组件可驱动夹持开合调节件（14）同时转动，夹持开合调节件（14）转动时通过间隔挤压控制石墨纸夹持件（15）同时张开或合拢；

所述石墨纸夹持件（15）包括两套相向对称布置的夹具（17），所述夹具（17）包括依次固定的支撑铝板（18）、绝缘柱（19）和用于夹持石墨纸的导电铜条（20），支撑铝板（18）的两端分别活动套设在框架（12）两侧的限位导向组件（13）上，相邻两套石墨纸夹持件（15）之间通过支撑铝板（18）和弹性件（16）连接，位于两端的石墨纸夹持件（15）通过支撑铝板（18）和弹性件（16）与框架（12）连接；夹持开合调节件（14）转动时通过间隔挤压支撑铝板（18）控制石墨纸夹持件（15）张开或合拢；

所述夹持开合调节件（14）包括转轴（22）和椭圆形的挤压块（23），挤压块（23）间隔固定在转轴（22）上，转轴（22）通过轴承间隔设置在框架（12）内，相邻夹持开合调节件（14）的转轴（22）之间通过齿轮啮合或链条连接，驱动组件可驱动所有转轴（22）及挤压块（23）同时转动，挤压块（23）转动时通过间隔挤压控制石墨纸夹持件（15）张开或合拢。

2.根据权利要求1所述的石墨烯电解反应设备，其特征在于：所述支撑装置（4）可支撑多个石墨纸卷（6），所述电解区域（5）的数量与石墨纸卷（6）的数量相同，石墨纸电动夹持装置（9）可同时夹持各石墨纸卷（6）上的石墨纸，并通过上下往复运动将各石墨纸同时送入不同的电解区域（5）。

3.根据权利要求1所述的石墨烯电解反应设备，其特征在于：所述限位导向组件（13）包括上下对称固定在框架（12）上的导柱（24），每根导柱（24）上等间距固定有多套限位件，每套限位件包括两个限位块（25），石墨纸夹持件（15）的两端分别活动套设在框架（12）两侧的导柱（24）上并位于限位块（25）之间，多套石墨纸夹持件（15）分别通过限位件间隔设置在框架（12）内，夹持开合调节件（14）的两端分别位于导柱（24）之间。

4.根据权利要求1所述的石墨烯电解反应设备，其特征在于：所述升降机构（8）包括升降电机、滚珠丝杆（10）、丝杆螺母、齿轮和链条，滚珠丝杆（10）分别竖向设置在电解槽（2）的两侧，滚珠丝杆（10）的上部和下部分别通过轴承安装在支撑装置（4）和机架（1）上，丝杆螺母分别固定在石墨纸电动夹持装置（9）两侧，石墨纸电动夹持装置（9）通过丝杆螺母水平连接在滚珠丝杆（10）上，升降电机固定在机架（1）上并与控制器（7）连接，升降电机通过齿轮和链条控制滚珠丝杆（10）转动，进而控制石墨纸电动夹持装置（9）上下往复运动。

5.根据权利要求4所述的石墨烯电解反应设备，其特征在于：所述支撑装置（4）包括料架（26）、支撑柱（27）、导向辊（28）和承载组件，支撑柱（27）分别竖向固定在电解槽（2）两侧的机架（1）上，料架（26）通过支撑柱（27）固定在电解槽（2）的上方，承载组件活动设置在料架（26）的上部用于支撑石墨纸卷（6），且承载组件在料架（26）上按组分布，每组中的承载组件呈品字形排布，导向辊（28）活动设置在料架（26）的下部用于导向石墨纸。

6.根据权利要求5所述的石墨烯电解反应设备，其特征在于：所述承载组件包括承载梁（29）、夹紧座（30）和转动刹车件（31），承载梁（29）的一端活动设置在料架（26）上，另一端通过转动刹车件（31）活动设置在料架（26）上，夹紧座（30）设置在承载梁（29）上用于夹紧石墨纸卷（6）；其中，所述转动刹车件（31）包括轴承座（32）、圆锥滚子轴承（33）、刹车块（34）、调节螺栓（35）、弹性垫片（36）、塑料密封垫（37）和防尘盖，承载梁（29）的端部设有台阶环（38）和外径变小的变径段（39），轴承座（32）套设在承载梁（29）上并活动设置在料架（26）上；刹车块（34）通过弹性垫片（36）和调节螺栓（35）固定在轴承座（32）上，塑料密封垫（37）固定在刹车块（34）与圆锥滚子轴承（33）之间，防尘盖固定在刹车块（34）上；圆锥滚子轴承（33）固定在刹车块（34）中部并活动套设在变径段（39）上，且圆锥滚子轴承（33）与台阶环（38）抵接；当刹车块（34）与轴承座（32）之间的间距减小时，圆锥滚子轴承（33）与台阶环（38）之间的摩擦力增大，承载梁（29）的转动速度减小。

7.根据权利要求1所述的石墨烯电解反应设备，其特征在于：所述电解槽（2）内的钛板（3）下方还固定有鼓泡分散管网（43），鼓泡分散管网（43）外接气泵管开关（44）和高压气泵。