CN214881864U - 一种spe电解槽结构 - Google Patents
一种spe电解槽结构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN214881864U CN214881864U CN202023218286.0U CN202023218286U CN214881864U CN 214881864 U CN214881864 U CN 214881864U CN 202023218286 U CN202023218286 U CN 202023218286U CN 214881864 U CN214881864 U CN 214881864U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- spe
- electrolytic cell
- voltage
- current
- membrane electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Abstract
一种SPE电解槽结构，包括绝缘面板、流场板、钛网、膜电极、碳纸及外部相连接的负载电源、供水装置和电压、电流读数表，其中：两块绝缘面板相对设置，两块流场板相对设置于所述两块绝缘面板之间，钛网和碳纸相对设置于所述两块流场板之间，膜电极设置于所述钛网和碳纸之间；所连接的负载电源为SPE电解槽提供活化电流；所连接的供水装置为SPE电解槽阳极侧通入可控温度和流速的去离子水；所连接的电压、电流读数表用于读取SPE电解槽负载电压、电流的值。本实用新型有效快速地使膜电极构建了质子，电子，水和气的物质传输通道，从而大大降低欧姆阻抗和物质传输阻抗，本实用新型可实现低成本、高活性、长寿命的SPE电解槽应用。
Description
技术领域
本实用新型属于电解水制氢技术领域，涉及SPE电解槽结构。
背景技术
氢能是一种清洁、高效、可再生能源，采用氢能代替化石能源，被视为是解决目前全球面临的能源短缺和环境污染问题的有效途径。电解水是制备高纯度氢气最为有效的技术之一，尤其是结合可再生能源发电技术，不仅能够有效消纳“弃电”、经济性好，而且实现了更加清洁的制氢途径，具有广阔的应用前景。
固相聚合物电解质(Solid Polymer Electrolyze,SPE)电解槽因具有体积小、结构紧凑、耐压能力强、工作电流大和制氢纯度高等优势，成为了新一代的电解水制氢装置。膜电极是电解槽的核心，由质子交换膜和其两侧的阴极和阳极催化剂涂覆层组成。水解过程中，水在膜电极中阳极催化剂涂覆层侧生成氧气和氢离子，氢离子通过质子交换膜在阴极催化剂涂覆层还原生成氢气，因此，膜电极是影响电解槽的水解效率的关键性因素。
目前SPE电解槽面临着活性不佳，耐久性弱等问题，制约了SPE电解槽的规模化发展。针对膜电极进行良好的活化处理，使膜电极构建良好质子，电子，水和气的物质传输通道，从而大大降低欧姆阻抗和物质传输阻抗，这对于制备高性能，长耐久的SPE电解槽有着极其关键的推动作用。然而，目前SPE电解槽用膜电极活化方法研究不足，亟需提出对膜电极活化方法。
实用新型内容
本实用新型针对现有技术存在的上述不足，提供一种SPE电解槽结构。
为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种SPE电解槽用膜电极活化方法，涉及SPE电解槽外部的负载电源，供水装置和电压、电流读数表；
其中，所述的膜电极活化为膜电极组装在SPE电解槽内进行活化；
所述的负载电源为SPE电解槽提供活化电流(电压)；
所述的供水装置为SPE电解槽阳极侧通入可控温度和流速的去离子水；
所述的电压、电流读数表为读取SPE电解槽负载电压、电流的值；
较佳地，所述的膜电极活化需进行预湿处理，在施加负载电流或电压之前，SPE电解槽阳极侧通入去离子水进行SPE膜的全润湿，通入的去离子水温度为10-80℃，流速为5ml-100ml/min，预湿时间为0.5-24h，优选温度为60-80℃，流速为10ml-100ml/min，预湿时间为1-4h。
较佳地，所述的活化方法包括恒电流活化方式，施加负载电流密度为1-3A cm-2，优选2-3A cm-2；施加恒电流活化时间为SPE电解槽电压读数在2h内保持±0.002V变动，表明活化完成，SPE电解槽性能达到稳定；
较佳地，所述的活化方法包括变电流活化方式，将其初始电流密度设置为0A cm-2，负载电流密度经过1-30个阶段递增升至3A cm-2，每个阶段保持恒流运行1-60min，随后经过1-30个阶段递从3A cm-2递减到0A cm-2，电流密度递减阶段数和递增阶段数相同，增加或降低电流密度值相同，运行时间相同；优选5-15个阶段，每个阶段恒流运行时间1-30min；活化时读取SPE电解槽电压读数，在2h内电压读数保持±0.002V变动，表明活化完成，否则重复循环所述的变电流活化方式直至SPE电解槽电压读数在2h内保持±0.002V变动；
较佳地，所述的活化方法也包括施加负载电压活化方法；
较佳地，所述的活化方法包括恒电压活化方式，施加电压为1.5-2.0V；施加恒压活化的时间为SPE电解槽电流读数在2h内保持±0.002A变动，表明活化完成，SPE电解槽性能达到稳定；
较佳地，所述的活化方法包括变电压活化方式，将其初始电流密度设置为0V，负载电流密度经过1-30个阶段递增升至电流密度为电压2.0V，每个阶段保持恒流运行1-60min，随后经过1-30个阶段递减从电压值2.0V递减到0V，电压递减阶段数和递增阶段数相同，增加或降低电压值相同，运行时间相同；优选5-15个阶段，每个阶段恒流运行时间10-30min，活化时读取SPE电解槽电流读数，在2h内电压读数保持±0.002A表明活化完成，否则重复循环所述的变压活化方式直至SPE电解槽电流读数在2h内保持±0.002A变动；
较佳地，所述的活化方法也可以为上述四种不同活化方式的排列组合，活化时间为直至SPE电解槽电压或电流读数在2h内保持±0.002V或±0.002A变动；
较佳地，所述的膜电极活化时需通入温度为60-80℃、流速10-100ml/min的去离子水；
较佳地，所述的一种SPE电解槽用膜电极活化方法是在SPE电解槽装置制氢中的应用，尤其是在高性能、长耐久的SPE电解槽中的应用。
一种SPE电解槽结构，包括绝缘面板、流场板、钛网、膜电极、碳纸及外部相连接的负载电源、供水装置和电压、电流读数表，两块绝缘面板相对设置，两块流场板相对设置于所述两块绝缘面板之间，钛网和碳纸相对设置于所述两块流场板之间，膜电极设置于所述钛网和碳纸之间；
所连接的负载电源为SPE电解槽提供活化电流(电压)；
所连接的供水装置为SPE电解槽阳极侧通入可控温度和流速的去离子水；
所连接的电压、电流读数表用于读取SPE电解槽负载电压、电流的值。
所述膜电极由SPE膜和其两侧的阴极和阳极催化剂涂覆层组成。
所述SPE膜是进行预湿处理过的SPE膜。
由于采用上述技术方案，与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
本实用新型的提供的SPE电解槽用膜电极活化方法及其SPE电解槽有效快速构建了质子，电子，水和气的物质传输通道，从而大大降低欧姆阻抗和物质传输阻抗，使SPE电解槽能够快速得到最优性能的状态。
本实用新型的提供的SPE电解槽用膜电极活化方法简单方便，成本低，可以满足规模化推广。
附图说明
图1(a)为本实用新型的SPE电解槽示意图。
图1(b)为本实用新型的膜电极示意图。
图2为活化后三相反应界面示意图。
图3为实施例2中SPE电解槽活化前后的极化曲线示意图。
图4为实施例3中SPE电解活化前后的循环伏安图。
图5为实施例4中SPE电解槽在单电池中测得的交流阻抗谱图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进一步加以说明。
实施例1
如图1所示，本实用新型提供的一种SPE电解槽结构，包括绝缘面板、流场板、钛网、膜电极、碳纸及外部相连接的负载电源、供水装置和电压、电流读数表，其中：两块绝缘面板相对设置，两块流场板相对设置于所述两块绝缘面板之间，钛网和碳纸相对设置于所述两块流场板之间，膜电极设置于所述钛网和碳纸之间；所连接的负载电源为SPE电解槽提供活化电流；所连接的供水装置为SPE电解槽阳极侧通入可控温度和流速的去离子水；所连接的电压、电流读数表用于读取SPE电解槽负载电压、电流的值。
所述膜电极由SPE膜和其两侧的阴极和阳极催化剂涂覆层组成。
所述SPE膜是进行预湿处理过的SPE膜。
在SPE电解槽阳极侧通入去离子水，在施加负载电流或电压之前，对SPE膜需进行预湿处理，通入的去离子水温度为60℃，流速30ml/min，预湿时间1h，得到SPE膜的全润湿。
随后对SPE电解槽施加负载恒电流密度为3A cm-2，同时阳极侧持续通入水温为60℃，流速为35ml/min的去离子水，14h后SPE电解槽电压保持±0.002V变动，表明活化完成，如图2所示三相界面达到最优，有着良好的电子，质子，水和气的传输通道，SPE电解槽性能达到稳定。
实施例2
在SPE电解槽阳极侧通入去离子水，在施加负载电流或电压之前，对SPE膜需进行预湿处理，通入的去离子水温度为80℃，流速为20ml/min，预湿时间为2h，得到SPE膜的全润湿。
随后对SPE电解槽施加初始电流密度设置为0A cm-2，负载电流密度经过10个阶段递增升至3A cm-2，每个阶段保持恒流运行20min，随后经过10个阶段递从3A cm-2递减到0Acm-2，电流密度递减阶段数和递增阶段数相同，增加或降低电流密度值相同，运行时间相同；此外，同时阳极侧持续通入水温为80℃，流速为35ml/min的去离子水，10h后SPE电解槽电压保持±0.002V变动，表明活化完成，如图3为SPE电解槽活化前后的极化曲线示意图，表明活化处理后电化学性能明显提升。
实施例3
在SPE电解槽阳极侧通入去离子水，在施加负载电流或电压之前，对SPE膜需进行预湿处理，通入的去离子水温度为70℃，流速为10ml/min，预湿时间为3h，得到SPE膜的全润湿。
随后对SPE电解槽施加负载恒压为2V，同时阳极侧持续通入水温为70℃，流速为30ml/min的去离子水，12h后SPE电解槽电流保持±0.002A变动，表明活化完成，如图4循环伏安示意图表明活化后和未活化相比活性位点大大增加。
实施例4
在SPE电解槽阳极侧通入去离子水，在施加负载电流或电压之前，对SPE膜需进行预湿处理，通入的去离子水温度为50℃，流速30ml/min，预湿时间4h，得到SPE膜的全润湿。
随后对SPE电解槽施加初始电压设置为0V，负载电压经过5个阶段递增升至2V，每个阶段保持恒流运行30min，随后经过5个阶段递减从2V递减到0V，电压递减阶段数和递增阶段数相同，增加或降低电压值相同，运行时间相同；此外，同时阳极侧持续通入水温为80℃，流速为40ml/min的去离子水，10.5h后SPE电解槽电流保持±0.002A变动，表明活化完成，如图5为SPE电解槽在单电池中测得的交流阻抗谱图，测试条件为1.5V施加电压频率0.01-10000Hz,振幅0.01mV；根据测试结果表明欧姆阻抗从活化前的0.348Ω减小到活化后的0.233Ω，电荷转移阻抗则活化前的0.169Ω减小到活化后的0.147Ω。
上述的对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，对于本实用新型做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种SPE电解槽结构，其特征在于，包括绝缘面板、流场板、钛网、膜电极、碳纸及外部相连接的负载电源、供水装置和电压、电流读数表，其中：两块绝缘面板相对设置，两块流场板相对设置于所述两块绝缘面板之间，钛网和碳纸相对设置于所述两块流场板之间，膜电极设置于所述钛网和碳纸之间；
所连接的负载电源为SPE电解槽提供活化电流；
所连接的供水装置为SPE电解槽阳极侧通入可控温度和流速的去离子水；
所连接的电压、电流读数表用于读取SPE电解槽负载电压、电流的值。
2.根据权利要求1所述的SPE电解槽结构，其特征在于，所述膜电极由SPE膜和其两侧的阴极和阳极催化剂涂覆层组成。
3.根据权利要求2所述的SPE电解槽结构，其特征在于，所述SPE膜是进行预湿处理过的SPE膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202023218286.0U CN214881864U (zh) | 2020-12-28 | 2020-12-28 | 一种spe电解槽结构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202023218286.0U CN214881864U (zh) | 2020-12-28 | 2020-12-28 | 一种spe电解槽结构 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN214881864U true CN214881864U (zh) | 2021-11-26 |
Family
ID=78925771
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202023218286.0U Active CN214881864U (zh) | 2020-12-28 | 2020-12-28 | 一种spe电解槽结构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN214881864U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112813460A (zh) * | 2020-12-28 | 2021-05-18 | 同济大学 | 一种spe电解槽用膜电极活化方法、应用及电解槽结构 |
-
2020
- 2020-12-28 CN CN202023218286.0U patent/CN214881864U/zh active Active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112813460A (zh) * | 2020-12-28 | 2021-05-18 | 同济大学 | 一种spe电解槽用膜电极活化方法、应用及电解槽结构 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103594254B (zh) | 一种二氧化锰/介孔碳纳米分级复合电极材料的制备方法 | |
| CN101599370B (zh) | 一种快速制备导电碳/二氧化锰复合电极材料的方法 | |
| CN105742658B (zh) | 全钒液流电池用电极材料的制备方法 | |
| CN105575673A (zh) | 一种氮氧原位掺杂的多孔炭电极材料的制备方法及其应用 | |
| CN106784877B (zh) | 一种微生物燃料电池阴极复合材料的制备方法与微生物燃料电池反应器 | |
| CN112563521B (zh) | 基于电活性吩嗪衍生物负极的碱性水系混合液流电池 | |
| Lei et al. | A solar rechargeable battery based on hydrogen storage mechanism in dual-phase electrolyte | |
| CN110867587B (zh) | 一种基于吡啶基吩嗪的高功率长寿命的中性水系混合液流电池 | |
| CN104332326A (zh) | 两极电解液分别添加铁氰化钾和对苯二胺的非对称超级电容器及其制备方法 | |
| CN214881864U (zh) | 一种spe电解槽结构 | |
| CN109346729B (zh) | 一种水系半液流电池 | |
| CN108002362B (zh) | 一种芳香骨架多孔碳材料、制备方法和应用 | |
| CN108461758B (zh) | 一种全钒液流电池用负极电极及其制备方法及全钒液流电池 | |
| CN106298254A (zh) | 聚苯胺/多孔金属薄膜材料、复合正极极片、制备方法及应用 | |
| CN106207176A (zh) | 一种表面微氧化多孔碳基负极材料及其制备方法 | |
| CN113054203A (zh) | 全钒液流电池用石墨毡电极及改性方法 | |
| CN110034305B (zh) | 一种铁铬液流电池用石墨毡电极材料的活化方法 | |
| Feng et al. | Synergistic Catalysis of SnO2-CNTs Composite for VO 2+/VO2+ and V2+/V3+ Redox Reactions | |
| CN106848180A (zh) | 一种基于电沉积导电聚合物技术的锂空气电池正极及其制备方法 | |
| CN110165230A (zh) | 一种利用碳纳米管和碳纤维制备生物电化学系统阳极的方法 | |
| Huang et al. | Research on performance improvement methods of vanadium redox flow battery in microgrid | |
| CN112813460A (zh) | 一种spe电解槽用膜电极活化方法、应用及电解槽结构 | |
| Wang | Research on All-Vanadium Redox Flow Battery Energy Storage Device Based on Energy-Saving and Environmentally-Friendly New Energy Power Station Interface Technology | |
| CN104064781B (zh) | 一种用β-PbO2粒子修饰碳纤维的方法及其应用 | |
| CN111883780B (zh) | 一种电解法制备活性石墨毡电极的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |