CN219117570U - 电解水装置和水焊机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电解装置，公开了一种电解水装置和水焊机。所述电解水装置包括壳体(1)以及设置在壳体(1)内的电解单元(2)，所述电解单元(2)包括依次设置的第一扩散层(21)、正极板(22)、第二扩散层(23)、极板隔离层(24)、第三扩散层(25)、负极板(26)和第四扩散层(27)，所述正极板(22)和所述负极板(26)中的至少一者包括镍泡沫层(2a)和设置在所述镍泡沫层(2a)外部的二硒化三镍纳米层(2b)。该电解水装置能够降低耗电量，且能够有效提高产气量。

Description

电解水装置和水焊机

技术领域

本实用新型涉及电解装置，具体地涉及一种电解水装置和水焊机。

背景技术

当今世界化石燃料广泛使用，温室气体被大量排放从而导致了温室效应加剧。近年来，为了应对气候变化，促进碳减排已经成为全球共识，越来越多的国家提出碳中和目标。而电解水气焊机作为一种无污染的焊机装置，对于减排方面有着意义非凡的作用，其产业发展也将进入一个新的时期。

氢气作为一种新能源，来源广泛，热值高，可以在提供所需能量的同时不产生任何有害物质，是理想的清洁能源。氢氧焰水焊机又叫氢氧焊机，水焊机，氢氧机，是通过成熟的电解水技术，将水分解为氢气和氧气，氢气和氧气经过湿式防回火器，电子阻火器等安全装置后，接到内置阻火器的专用氢氧火焰枪上，使用点火器点火，形成氢氧火焰，对工件进行高效快速焊接的机器。简单地来说，氢氧焰水焊机就是以水为原料产生氢氧焰进行焊接的机器。其以氢气为焊接燃料，符合零排放标准，且符合国家节能减排政策的政策。此外，水焊机还有诸多优点，如燃气按需，即产即用不储存，安全方便；原料简单，只需水电，经济实用，可移动性好；且火焰集中，适合于精密加工。

水焊机的电解效率取决于电解槽的电解效率。目前，电解槽中电极材料常为不锈钢、石墨等，在这些电极材料上提高电解催化性能的成本高、难度大。此外，现有氢氧混合电解槽电耗大，产气难以满足电解需求。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术存在的氢氧混合电解槽电耗大、产气少的问题，提供一种电解水装置和水焊机，该电解水装置能够降低耗电量，且能够有效提高产气量。

为了实现上述目的，本实用新型一方面提供一种电解水装置，包括壳体以及设置在壳体内的电解单元，所述电解单元包括依次设置的第一扩散层、正极板、第二扩散层、极板隔离层、第三扩散层、负极板和第四扩散层，所述正极板和所述负极板中的至少一者包括镍泡沫层和设置在所述镍泡沫层外部的二硒化三镍纳米层。

优选地，所述正极板和所述负极板均包括镍泡沫层和设置在所述镍泡沫层外部的二硒化三镍纳米层。

优选地，所述第二扩散层和所述第三扩散层为碳纸扩散层。

进一步优选地，所述第一扩散层和所述第四扩散层为碳纸扩散层。

优选地，所述电解单元设置有两组，两组所述电解单元之间设置有单元隔离层，其中一组所述电解单元的负极板和另一组所述电解单元的正极板设置在所述单元隔离层的两侧。

进一步优选地，所述极板隔离层和所述单元隔离层均包括隔板框架和设置在所述隔板框架的隔离片。

更优选地，所述隔离片为半透膜隔离板。

优选地，所述壳体上设置有进液口和出液口。

进一步优选地，所述进液口和所述出液口设置在所述壳体相对的两侧侧壁上，且所述出液口设置在所述进液口的上方。

本实用新型第二方面提供一种水焊机，所述水焊机包括上述第一方面所述的电解水装置。

通过上述技术方案，本实用新型提供的电解水装置，通过在正极板和负极板之间设置第二扩散层和第三扩散层，并在第二扩散层和第三扩散层之间设置极板隔离层，同时将正极板和负极板中的至少一者设置为包括镍泡沫层和设置在镍泡沫层外部的二硒化三镍纳米层，既能够在减少耗电量的同时增加氢气和氧气的产量，同时也能够保证电解的正常进行，防止正负极产生的氧气和氢气混合造成安全隐患。

有关本实用新型的其他优点以及优选实施方式的技术效果，将在下文的具体实施方式中进一步说明。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施方式及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型一个具体实施方式所述的电解水装置的截面示意图；

图2是本实用新型一个具体实施方式所述的电解水装置的极板的结构示意图。

附图标记说明

1 壳体 2 电解单元

3 单元隔离层

11 进液口 12 出液口

13 氧气出气口 14 氢气出气口

21 第一扩散层 22 正极板

23 第二扩散层 24 极板隔离层

25 第三扩散层 26 负极板

27 第四扩散层

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或者是一体连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是抵接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方向或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的一个基本实施方式中，提供一种电解水装置，包括壳体1以及设置在壳体1内的电解单元2，电解单元2包括依次设置的第一扩散层21、正极板22、第二扩散层23、极板隔离层24、第三扩散层25、负极板26和第四扩散层27，正极板22和负极板26中的至少一者包括镍泡沫层2a和设置在镍泡沫层2a外部的二硒化三镍纳米层2b。

根据本实用新型，第一扩散层21、第二扩散层23、第三扩散层25和第四扩散层27可以是常规的能够帮助离子移动的结构。正极板22和负极板26中的至少一者包括镍泡沫层2a和设置在镍泡沫层2a外部的二硒化三镍纳米层2b，另一者可以包括镍泡沫层2a和设置在镍泡沫层2a外部的二硒化三镍纳米层2b，也可以是任意能够导电的结构，如碳结构或者任意一种金属结构，具体可以是石墨烯、锌片、镍片。金属片可以是常规的金属结构，也可以是纳米金属结构，纳米金属结构可以是镍钼泡沫，也可以是四磷化五镍(Ni₅P₄)纳米结构。

壳体1可以是常规的壳体结构，比如常规用于电解的槽体，可以是顶部开口的槽体，也可以是设置有顶板和底板的槽体，优选为设置有顶板和底板的槽体，并在该槽体的顶板上设置有至少两个出气口，分别为氧气出气口13和氢气出气口。氧气出气口13的数量与正极板22的数量一致，氢气出气口14的数量与负极板的数量一致，且氧气出气口13设置在正极板22的上方，氢气出气口14设置在负极板26的上方。

具体地，极板隔离层24与壳体1密封连接，以能够将壳体1分为至少两个不气相连通的腔室。镍泡沫层2a外侧的二硒化三镍纳米层2b可以是通过现有技术中的任意一种方式覆盖在镍泡沫层2a外侧，具体可以是通过泡沫镍和二氧化硒反应制得，也可以是直接将二硒化三镍纳米层2b涂覆在镍泡沫层2a外侧。

本实用新型提供的电解水装置工作时，在壳体1内注入水，并在水里添加能够增强导电率的离子，如硫酸或氢氧化钠(具体地，正极电解液部分加入氢氧化钠，负极电解液部分加入硫酸)。将正极板22和电源的正极相连、负极板26和电源的负极相连，并通过电源给正负极板通电，电解水以制得氢气和氧气。

研究可得，在镍泡沫层2a外部设置二硒化三镍纳米层2b后得到的材料的Tafel斜率为87mV·dec^-1，而CoP/碳布材料的Tafel斜率为129mV·dec^-1，镍钼泡沫的Tafel斜率为119mV·dec^-1，Ni₅P₄的Tafel斜率为98mV·dec^-1，相比于CoP/碳布材料、镍钼泡沫和Ni₅P₄，在镍泡沫层2a外部设置二硒化三镍纳米层2b后得到的材料的Tafel斜率得到显著降低，显著提高析氢和析氧效率，从而能有效降低耗电量的同时提高氢气和氧气的产量。

本实用新型基本实施方式提供的电解水装置，通过在正极板22和负极板26之间设置第二扩散层23和第三扩散层25，并在第二扩散层23和第三扩散层25之间设置极板隔离层24，同时将正极板22和负极板26中的至少一者设置为包括镍泡沫层2a和设置在镍泡沫层2a外部的二硒化三镍纳米层2b，既能够在减少耗电量的同时增加氢气和氧气的产量，同时也能够保证电解的正常进行，防止正负极产生的氧气和氢气混合造成安全隐患。

在本实用新型的一个具体实施方式中，二硒化三镍纳米层2b可以是常规的二硒化三镍纳米层2b结构，也可以是二硒化三镍纳米森林层结构。

正极板22可以包括镍泡沫层2a和设置在镍泡沫层2a外部的二硒化三镍纳米层2b，负极板26也可以包括镍泡沫层2a和设置在镍泡沫层2a外部的二硒化三镍纳米层2b。在本实用新型的一个具体实施方式中，正极板22和负极板26均包括镍泡沫层2a和设置在镍泡沫层2a外部的二硒化三镍纳米层2b。通过将正极板22和负极板26均设置为包括镍泡沫层2a和设置在镍泡沫层2a外部的二硒化三镍纳米层2b，能够在进一步降低耗电量的同时增加氢气和氧气的产量。

第一扩散层21、第二扩散层23、第三扩散层25和第四扩散层27可以是常规的扩散层结构，在本实用新型的一个具体实施方式中，第二扩散层23和第三扩散层25为碳纸扩散层。研究表明，采用碳纸扩散层作为第二扩散层23和第三扩散层25，能够有效降低电解过程中的电阻率，进而能够在降低耗电量的同时增加氢气和氧气的产量。优选地，第一扩散层21和第四扩散层27也为碳纸扩散层。将第一扩散层21和第四扩散层27也为碳纸扩散层蒙古在降低耗电量的同时进一步增加氢气和氧气的产量。

电解单元2可以设置有一组，也可以设置有多组，在本实用新型的一个具体实施方式中，参见图1，电解单元2设置有两组，两组电解单元2之间设置有单元隔离层3，其中一组电解单元2的负极板26和另一组电解单元2的正极板22设置在单元隔离层3的两侧。通过两组电解单元2的设置能够进一步提高氢气和氧气的产量。

在本实用新型的一个具体实施方式中，极板隔离层24和单元隔离层3均包括隔板框架和设置在隔板框架的隔离片。将隔板层设置为上述结构，既能够提高氢气和氧气的产量，又能够提高隔离层和壳体1的固定效果。隔离片可以是优选地，隔离片为半透膜隔离板。采用半透膜隔离板既能够防止电解液中的氢氧根离子和氢离子在两级电解腔内流动，也能够在降低电解过程中耗电量的同时提高氢气和氧气的产量。

在本实用新型的一个具体实施方式中，壳体1上设置有进液口11和出液口12。具体地，进液口11和出液口12上均设置有能够塞盖，能够在不需要更换电解液的时候防止电解液从壳体1中流出。进液口11和出液口12的设置能够方便更换电解液。作为本实用新型一个相对于优选地具体实施方式，进液口11和出液口12设置在壳体1相对的两侧侧壁上，且出液口12设置在进液口11的上方。将出液口12和进液口11设置在壳体1相对的两侧侧壁上，且将出液口12设置在进液口11的上方，能够有效控制壳体1中的电解液的高度。

在本实用新型的一个相对优选的具体实施方式中，提供一种电解水装置，参见图1和图2，包括壳体1以及设置在壳体1内的电解单元2，电解单元2设置有两组，两组电解单元2之间设置有单元隔离层3，电解单元2包括依次设置的第一扩散层21、正极板22、第二扩散层23、极板隔离层24、第三扩散层25、负极板26和第四扩散层27，其中一组电解单元2的负极板26和另一组电解单元2的正极板22设置在单元隔离层3的两侧，正极板22和负极板26均包括镍泡沫层2a和设置在镍泡沫层2a外部的二硒化三镍纳米层2b，第一扩散层21、第二扩散层23、第三扩散层25和第四扩散层27均为碳纸扩散层，极板隔离层24和单元隔离层3均包括隔板框架和设置在隔板框架的隔离片，壳体1上设置有进液口11和出液口12，进液口11和出液口12设置在壳体1相对的两侧侧壁上，且出液口12设置在进液口11的上方。

上述优选实施方式提供的电解水装置工作时，在壳体1内注入水，并在水里添加能够增强导电率的离子，如硫酸或氢氧化钠(具体地，正极电解液部分加入氢氧化钠，负极电解液部分加入硫酸)。将两个正极板22串联后与电源的正极连接，两个负极板26串联后与电源的负极连接，然后通过电源给正负极板通电，电解水以制得氢气和氧气。正极板22和负极板26上设置有与电源连接的连接点。

本实用新型优选实施方式提供的电解水装置，通过在正极板22和负极板26之间设置第二扩散层23和第三扩散层25，并在第二扩散层23和第三扩散层25之间设置极板隔离层24，同时将正极板22和负极板26设置为包括镍泡沫层2a和设置在镍泡沫层2a外部的二硒化三镍纳米层2b，既能够在减少耗电量的同时增加氢气和氧气的产量，同时也能够保证电解的正常进行，防止正负极产生的氧气和氢气混合造成安全隐患。两个电解单元2的设置，以及在两个电解单元2之间设置单元隔离层3，既能够进一步在减少耗电量的同时增加氧气和氢气的产量，又能够防止阳极电解液和阴极电解液之间、阳极产物和阴极产物之间相互影响。

第二方面，本实用新型提供一种水焊机，所述水焊机包括上述第一方面所述的电解水装置。该水焊机具有上述电解水装置的结构，因此也具有电解水装置的上述优点。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

Claims (10)

1.一种电解水装置，其特征在于，包括壳体(1)以及设置在壳体(1)内的电解单元(2)，所述电解单元(2)包括依次设置的第一扩散层(21)、正极板(22)、第二扩散层(23)、极板隔离层(24)、第三扩散层(25)、负极板(26)和第四扩散层(27)，所述正极板(22)和所述负极板(26)中的至少一者包括镍泡沫层(2a)和设置在所述镍泡沫层(2a)外部的二硒化三镍纳米层(2b)。

2.根据权利要求1所述的电解水装置，其特征在于，所述正极板(22)和所述负极板(26)均包括镍泡沫层(2a)和设置在所述镍泡沫层(2a)外部的二硒化三镍纳米层(2b)。

3.根据权利要求1或2所述的电解水装置，其特征在于，所述第二扩散层(23)和所述第三扩散层(25)为碳纸扩散层。

4.根据权利要求3所述的电解水装置，其特征在于，所述第一扩散层(21)和所述第四扩散层(27)为碳纸扩散层。

5.根据权利要求1或2所述的电解水装置，其特征在于，所述电解单元(2)设置有两组，两组所述电解单元(2)之间设置有单元隔离层(3)，其中一组所述电解单元(2)的负极板(26)和另一组所述电解单元(2)的正极板(22)设置在所述单元隔离层(3)的两侧。

6.根据权利要求5所述的电解水装置，其特征在于，所述极板隔离层(24)和所述单元隔离层(3)均包括隔板框架和设置在所述隔板框架的隔离片。

7.根据权利要求6所述的电解水装置，其特征在于，所述隔离片为半透膜隔离板。

8.根据权利要求1或2所述的电解水装置，其特征在于，所述壳体(1)上设置有进液口(11)和出液口(12)。

9.根据权利要求8所述的电解水装置，其特征在于，所述进液口(11)和所述出液口(12)设置在所述壳体(1)相对的两侧侧壁上，且所述出液口(12)设置在所述进液口(11)的上方。

10.一种水焊机，其特征在于，该水焊机包括权利要求1至9中任一项所述的电解水装置。

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