CN215050742U - 一种退役电池电解水产氢的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种退役电池电解水产氢的装置，包括电源，电解槽和电池架装置，电解槽由多个电解池串联构成，电源为退役电池模组、由电池架装置固定的退役电芯组成的电池组或者为多个独立的退役电芯，电源的正、负极分别与设置在各阳极室和阴极室中的阳极和阴极连接构成产氢装置，本实用新型根据实际情况选用退役电芯或电池模组作为电源，退役电池既可以单独使用，也可以通过电池架装置组合使用，将退役电池用于电解水产氢，将退役电池剩余电能高效利用，不仅解决了电池放电产生污水的问题，还缓减了电解水产氢耗能的问题。

Description

一种退役电池电解水产氢的装置

技术领域

本实用新型属于废旧电池回收领域，涉及一种退役电池电解水产氢的装置。

背景技术

未来的退役电池数量会以更快的速度增加。在这样的背景下，退役电池若得不到妥善处置，将造成严重的安全隐患、环境污染以及资源浪费等问题。对废旧锂电池进行有效回收可解决上述问题。

锂电池回收的必须经由预处理步骤，将电池电芯极粉活性材料、正负极集流体、隔膜和外壳分离，才可进入下一步元素提取的深度回收。因废旧锂电池存在大量余能，因此锂电池预处理首要步骤是进行放电处理，以避免后续拆解过程中起火爆炸的隐患。然而无论进行机械拆解或人工拆解，都需使用盐水给将退役电池进行放电，然而这种方法存在着放电污水排放、电解液泄漏和电池余能浪费等等一系列问题。

氢气是一种清洁能源，但诸多制氢方式均有其自身的局限性，其中电解水制氢也由于电能消耗量大而未被大规模使用。但电解水制氢能被广泛研究是因为水是制氢成本最低的原料，水在直流电的作用下分解为氢气和氧气两种无污染气体。

电解反应过程中阳离子向阴极迁移而阴离子向阳极迁移，水在电解池中发生的反应为：

4H⁺+4e^-＝2H₂ 阴极

4OH^--4e-＝2H₂O+O₂ 阳极

2H₂O＝2H₂+O₂ 总反应

发明内容

本实用新型目的在于提供一种能耗低、高效产氢的退役电池电解水产氢的装置，解决电池放电中能量浪费和污水产生的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种退役电池电解水产氢的装置，包括电源，电解槽和电池架装置；

所述电解槽由多个电解池串联构成，电解池包括有隔膜和分布在隔膜两侧的阳极室和阴极室，多个电解池连接时各阳极室和阴极室交叉分布，各相邻阳极室和阴极室之间均设置隔膜；

所述电池架装置包括多个用于固定单个电池的电池腔室，每个电池腔室两侧均设置有用于与电池电极连通的连接片，各个电池腔室连接片通过电路串联；

所述电源为退役电池模组、由电池架装置固定的退役电芯组成的电池组或者为多个独立的退役电芯，电源的正、负极分别与设置在各阳极室和阴极室中的阳极和阴极连接。

进一步，所述电源为退役电池模组，退役电池模组正极同时与各阳极室中的阳极连接，退役电池模组负极同时与各阴极室中的阴极连接。

进一步，所述电源为多个退役电芯，每个退役电芯分别与电解槽中一个电解池的阳极和阴极连接。

进一步，在电解槽的侧壁设置进水阀和排水阀，电解槽的上方设有盖子将整个电解槽密封，同时在阴极室和阳极室上方设置有排气孔。

进一步，所述隔膜采用陶瓷锂离子交换膜，包括陶瓷膜支撑体和开设在陶瓷膜支撑体中的锂离子通道。

进一步，所述阳极采用CoO电极，阴极采用Pt电极。

进一步，所述电源设有电压指示灯。

有益效果：

本实用新型退役电池电解水产氢的装置，包括电源，电解槽和电池架装置，电解槽由多个电解池串联构成，电源为退役电池模组、由电池架装置固定的退役电芯组成的电池组或者为多个独立的退役电芯，电源的正、负极分别与设置在各阳极室和阴极室中的阳极和阴极连接构成产氢装置，本实用新型根据实际情况选用退役电芯或电池模组作为电源，退役电池既可以单独使用，也可以通过电池架装置组合使用，将退役电池用于电解水产氢，将退役电池剩余电能高效利用，不仅解决了电池放电产生污水的问题，还缓减了电解水产氢耗能的问题。

本实用新型依照传统电解池工作原理而设计，在此基础上采用废旧电池供电、多个电解槽串并联，将电池余能资源化利用双重目标的电解水产氢装置，进一步提高产氢效率。

本实用新型的电解槽采用陶瓷膜，该隔膜导电率高，促使电解反应所需的电压低于目前研究的最低电压1.23V，更适用于电量较低的退役电池。本实用新型提出根据废旧电池的电量情况进行多个电解池串联，有助于提高产氢效率。本实用新型设有指示灯和水阀，以便于调控整个装置，保障每一个部分正常运行。

附图说明

图1为实施案例一中的示意图；

图2为实施案例二中的示意图；

图3为电解池的工作原理示意图；

图4为本实用新型中电池架的结构示意图；

图5为本实用新型中所用隔膜的结构示意图；

图中：1-电源；2-阳极室；3-阴极室；4-隔膜；401-锂离子通道；402-支撑体； 5-进水阀；6-出水阀；7-排气孔道；8-阳极；9-阴极；10-电压指示灯。

具体实施方式

以下结合实施例对本实用新型的具体内容做进一步详细解释说明。

如图1和图2所示，本实用新型的退役电池电解水产氢的装置，包括电源1，电解槽和电池架装置；电解槽采用多个电解池串联组装在一起，电源为退役电池模组或由退役电芯经串并联组合成一种电池组，电池的正负极通过电路与电解槽中的电极连接形成完整的电解水产氢装置。

如图3所示，电解池包括有包括阳极室2、阴极室3和隔膜4，阳极室2和阴极室3通常分布在隔膜4的两侧，电源1的正负极分别与设置在阳极室2和阴极室3中的电极连接，水在电化学作用下生成氢气和氧气。

所述电解槽的阳极室包含有电极和电解液。为提高阳极和阴极的电位差，使阳极和阴极分别处于碱性和酸性的环境中，由此降低对驱动电压的需求。上述电解液需要加入适量的KOH溶液和锂盐，锂离子穿过陶瓷膜由阳极迁移至阴极。本实用新型中阳极8采用CoO电极作为电催化剂，CoO材料与导电剂粘结在一起，然后与电源正极相连。阳极发生反应：4OH^--4e-＝2H₂O+O₂，反应所产生的氧气由阳极室的气体通道输送至储氧罐。

所述电解槽的阴极室包含有电极和电解液。上述阴极室的电解液呈酸性，向电解液中加入酸性溶液。本实用新型中阴极9采用Pt电极作为还原电催化剂，该电极与电源的负极相连。阴极发生反应：4H⁺+4e-＝2H₂，反应所产生的氢气由阴极室的气体通道输送至储氢罐。

如图4所示，电源采用电池架装置固定，电池架装置包括多个电池腔室，每个电池腔室两侧均设置有用于与电池电极连通的连接片，各个电池腔室连接片通过电路串联，实现各电池腔室之间的电池正负极串联。电池腔室以普通动力汽车电芯的规格为参照设计而成，将分组备用的电池插入电池腔形成串联电路。电池腔室的个数可根据实际需要而设置，即Q1、Q2、…Qn。

所述电源为退役电池，动力汽车的电池包通常由多个电池模组组成，每个电池模组由多个电芯组合而成。但退役电池模组的电压远高于单个电解槽反应所需的电压而造成电能浪费，电芯作为最小单元可用于单独驱动单个电解池反应。也可采用电池架装置固定为电池模组，同时为多个电解池供电。电源是退役电池经过筛选后重新组合而成，参考不同退役电池的容量、内阻及充放电电压等电池性能来甄别具有一致性的电池组合。筛选电池时，首先进行电池外观检测，通过激光扫描将出现鼓包、正负极片脱落等不良现象的电池剔除。然后将外观正常的电池再进行充放电性能测试，依据电池容量、内阻、电压等主要参数将一致性良好的电池分组备用。

如图1所示，本实施例中的电源1为退役电池模组，所述电解槽由阴极室、阳极室和隔膜组成，共选用了三个阴极室、三个阳极室，所述装置不仅仅局限于此，可根据实际情况选用更多电解池串联。其中C1、C3、C5为阴极室，C2、C4、 C6为阳极室。阳极室与阴极室交叉分布，相邻两个电解池的阳极室与阴极室之间也设置隔膜。相当于三个电解池串联而成，但本实用新型在相邻电解室之间均设有隔膜，以便于各室联通提高导电率。

本实施案例中的退役电池模组负极同时以电路a、b、c分别与C2、C4、C6 各阴极室相连，退役电池模组正极同时以电路d、e、f分别与C1、C3、C5各阳极室相连。

如图2所示，本实施例中的电源1分为D1、D2、D3三个电芯，电解槽包括 3个电解池，即包括三个阴极室、三个阳极室，所述装置不仅仅局限于此，可根据串联电解槽的个数决定电芯的数量。三个电芯分别与一个电池连接，具体为D1 负极与C1阴极室以电路d相连；D1正极与C2阳极室以电路a相连；D2负极与 C3阴极室以电路e相连；D2正极与C4阳极室以电路b相连；D3负极与C5阴极室以电路f相连；D3正极与C6阳极室以电路c相连。所述电源设有电压指示灯10，以便于保障电解水产氢装置在工作时电源能够正常供电。

如图1和图2所示，考虑到电解槽的运行，在电解槽的侧壁设置进水阀5和排水阀6，以便于在运行过中根据实际情况调整水位。电解槽的上方设有盖子，使整个电解槽除特别设置的孔道外处于密封的状态，因此需要在阴极室和阳极室上方设置排气孔7。该电解槽采用一种酸碱混合式电解池，电子在外电路迁移和隔膜的作用下使其电荷平衡。

如图5所示，所述电解槽的隔膜采用陶瓷锂离子交换膜，包括锂离子通道401 和陶瓷膜支撑体402。所述隔膜能够分隔阳极室和阴极室的电解液，同时能有效避免氢气和氧气混合。陶瓷膜是广泛用于全固态电池的一种固态电解质，也可用于本实用新型的固态电解质膜。所述陶瓷膜阻止H⁺和OH-等其他离子通过，而锂离子能够高速率通过，因此该隔膜的导电率较高。

本实用新型要求在电源供电不足、产氢效率低时更换退役电池；要求电解质导电率下降时向电解质溶液中加酸或加碱，保障电解水装置正常运行。

Claims (7)

1.一种退役电池电解水产氢的装置，其特征在于：包括电源(1)，电解槽和电池架装置；

所述电解槽由多个电解池串联构成，电解池包括有隔膜(4)和分布在隔膜(4)两侧的阳极室(2)和阴极室(3)，多个电解池连接时各阳极室(2)和阴极室(3)交叉分布，各相邻阳极室(2)和阴极室(3)之间均设置隔膜(4)；

所述电池架装置包括多个用于固定单个电池的电池腔室，每个电池腔室两侧均设置有用于与电池电极连通的连接片，各个电池腔室连接片通过电路串联；

所述电源(1)为退役电池模组、由电池架装置固定的退役电芯组成的电池组或者为多个独立的退役电芯，电源(1)的正、负极分别与设置在各阳极室(2)和阴极室(3)中的阳极(8)和阴极(9)连接。

2.如权利要求1所述的退役电池电解水产氢的装置，其特征在于：所述电源(1)为退役电池模组，退役电池模组正极同时与各阳极室中的阳极(8)连接，退役电池模组负极同时与各阴极室(3)中的阴极(9)连接。

3.如权利要求1所述的退役电池电解水产氢的装置，其特征在于：所述电源(1)为多个退役电芯，每个退役电芯分别与电解槽中一个电解池的阳极和阴极连接。

4.如权利要求2或3所述的退役电池电解水产氢的装置，其特征在于：在电解槽的侧壁设置进水阀(5)和排水阀(6)，电解槽的上方设有盖子将整个电解槽密封，同时在阴极室和阳极室上方设置有排气孔(7)。

5.如权利要求4所述的退役电池电解水产氢的装置，其特征在于：所述隔膜(4)采用陶瓷锂离子交换膜，包括陶瓷膜支撑体(402)和开设在陶瓷膜支撑体(402)中的锂离子通道(401)。

6.如权利要求4所述的退役电池电解水产氢的装置，其特征在于：所述阳极(8)采用CoO电极，阴极(9)采用Pt电极。

7.如权利要求4所述的退役电池电解水产氢的装置，其特征在于：所述电源(1)设有电压指示灯(10)。

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