EA034943B1 - Hydrogen cell and method for manifacturing same - Google Patents
Hydrogen cell and method for manifacturing same Download PDFInfo
- Publication number
- EA034943B1 EA034943B1 EA201700252A EA201700252A EA034943B1 EA 034943 B1 EA034943 B1 EA 034943B1 EA 201700252 A EA201700252 A EA 201700252A EA 201700252 A EA201700252 A EA 201700252A EA 034943 B1 EA034943 B1 EA 034943B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- electrodes
- hydrogen
- membrane
- titanium
- base
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
- C25B9/19—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к области химического машиностроения, в частности к лабораторным устройствам получения водорода электролизом.The present invention relates to the field of chemical engineering, in particular to laboratory devices for producing hydrogen by electrolysis.
Из существующего уровня техники известен электролизный модуль ЦветХром-8 (электролизер), предназначенный для получения особо чистых водорода и кислорода из деионизированной воды методом электролиза с применением твердополимерной протонпроводящей мембраны. Известны патенты, в которых описаны конструкции лабораторных устройств для получения водорода и кислорода, технологические процессы изготовления электродов электрохимических ячеек и способы их использования. К ним относятся патенты:From the current level of technology, the TsvetKhrom-8 electrolysis module (electrolyzer) is known, intended for the production of highly pure hydrogen and oxygen from deionized water by electrolysis using a solid-polymer proton-conducting membrane. Patents are known that describe the design of laboratory devices for producing hydrogen and oxygen, manufacturing processes for the manufacture of electrodes of electrochemical cells and methods for their use. These include patents:
US 8152974 B2;US 8152974 B2;
заявка на патент США №US 20040105773;US patent application No. US 20040105773;
заявка на международный патент №PCT/HU05/00046;application for international patent No.PCT / HU05 / 00046;
заявка на патент США №US 06828056 и др.US Patent Application No. US 06828056 et al.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является патент US 8152974 B2, в котором объем защиты относится к электроду, способу его изготовления и его использованию в электрохимическом элементе. В соответствии с описанием ячейка представляет собой плоские металлические электроды, изготовленные из порошков титана и разделенные протонной мембраной. При подаче напряжения на электроды вода разлагается на водород и кислород, которые по своим каналам направляются в приемники. Электроды изготавливаются из порошка титана давлением или спеканием. Причем при изготовлении электрода, на стороне которого образуется водород, его делают слоистым - к мембране располагают более мелкий порошок с меньшей пористостью. Технология изготовления слоев насыпная. Критичным является подбор толщины слоев: слишком тонкий электрод может в результате механической нагрузки, создаваемой большим давлением водорода, возникающим в ходе работы, разрушится. Слишком толстый электрод снижает эффективность потока материала внутри него. Исходя из этого, установление (определение) среднего размера пор и толщины электродов требует тщательного рассмотрения и технологии. Недостатком прототипа является малая производительность получения водорода, определяемая незначительной площадью электродов, ограниченной поперечными размерами камеры, и снижение прочности плоских электродов с увеличением их площади.Closest to the claimed technical solution is patent US 8152974 B2, in which the scope of protection relates to the electrode, the method of its manufacture and its use in an electrochemical cell. In accordance with the description of the cell is a flat metal electrodes made of titanium powders and separated by a proton membrane. When voltage is applied to the electrodes, water decomposes into hydrogen and oxygen, which are sent to receivers through their channels. The electrodes are made of titanium powder by pressure or sintering. Moreover, in the manufacture of the electrode, on the side of which hydrogen is formed, it is layered - a finer powder with lower porosity is placed on the membrane. The technology of manufacturing layers in bulk. The selection of the layer thickness is critical: a too thin electrode can be destroyed as a result of the mechanical load created by the high hydrogen pressure that arises during operation. Too thick an electrode reduces the efficiency of the material flow inside it. Based on this, the establishment (determination) of the average pore size and thickness of the electrodes requires careful consideration and technology. The disadvantage of the prototype is the low productivity of hydrogen production, determined by the small area of the electrodes, limited by the transverse dimensions of the chamber, and a decrease in the strength of flat electrodes with an increase in their area.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является увеличение производительности получения водорода, упрощение технологии изготовления устройства, увеличение надежности устройства и увеличение прочности электродов. Данная задача решается за счет того, что заявленное изобретение представляет собой устройство, состоящее из электродов, разделенных протонной мембраной, изготовленных из порошков титана методом спекания и контактирующих с металлическими носителями, покрытыми катализаторами, расположенными в пластмассовом основании, закрываемом пластмассовой крышкой, имеющих отверстия и герметичные вводы для подачи деионизированной воды, электричества и установки устройства замера уровня воды и отводов для кислорода, воды и водорода, отличающееся тем, что электроды, мембрана и носители выполнены в виде усеченных конусов, расположенных в основании вертикально вершиной вниз, а образующие конуса составляют с его осью угол в пределах 5-30°.The problem to which the invention is directed is to increase the productivity of hydrogen production, simplify the manufacturing technology of the device, increase the reliability of the device and increase the strength of the electrodes. This problem is solved due to the fact that the claimed invention is a device consisting of electrodes separated by a proton membrane made of titanium powders by sintering and in contact with metal carriers coated with catalysts located in a plastic base covered by a plastic cover, having holes and sealed inlets for supplying deionized water, electricity and installation of a device for measuring the water level and outlets for oxygen, water and hydrogen, characterized in that the electrodes, membrane and carriers are made in the form of truncated cones located vertically with the top downward, and the generatrices of the cone make up axis angle within 5-30 °.
Электроды могут быть выполнены из титанового порошка с модифицированием их отрезками микропроволоки в стеклянной изоляции длиной 0,5-3,5 мм и спеченными в вакуумной печи при температуре рязмягчения стекла 600-700°C. Катодный электрод перед спеканием формуют в опоке, наружный электрод которой представляет собой титановый носитель, а внутренний фальшэлектрод (матрица) выполняют из нержавеющей стали, образующие которых параллельны и отстоят друг от друга на расстоянии 2,5-3,5 мм.The electrodes can be made of titanium powder with a modification of their lengths of microwire in glass insulation with a length of 0.5-3.5 mm and sintered in a vacuum oven at a softening temperature of glass of 600-700 ° C. Before sintering, the cathode electrode is formed in a flask, the outer electrode of which is a titanium carrier, and the internal fake electrode (matrix) is made of stainless steel, the generators of which are parallel and spaced from each other at a distance of 2.5-3.5 mm.
В опоку засыпают титановый порошок, устанавливают ее вертикально и центрифугируют с угловой скоростью, необходимой для создания равномерного распределения частиц порошка по их величине в сечении электрода. При этом порошки мелкой фракции распологаются ближе к внутреннему стальному электроду, чье место займет мембрана, что значительно уменьшает вероятность нарушения целостности прилегающей к поверхности порошка мембраны. Анодный электрод изготавливают спеканием порошка титана также с модифицированием его отрезками микропроволоки в стеклянной изоляции в форме, состоящей из наружного титанового носителя и внутреннего стального конусного электрода. Центрифугирование здесь не используется. После процедуры спекания стальные электроды извлекаются из форм, а образованные из порошка титана электроды на титановых носителях и мембрана собираются в блок.Titanium powder is poured into the flask, it is mounted vertically and centrifuged at the angular speed necessary to create a uniform distribution of powder particles by their size in the electrode section. In this case, fine powders are located closer to the inner steel electrode, whose place will be taken by the membrane, which significantly reduces the probability of violating the integrity of the membrane adjacent to the surface of the powder. The anode electrode is made by sintering titanium powder also with its modification by microwire segments in glass insulation in the form consisting of an external titanium carrier and an internal steel cone electrode. Centrifugation is not used here. After the sintering procedure, the steel electrodes are removed from the molds, and the electrodes formed from titanium powder on titanium carriers and the membrane are collected in a block.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является увеличение производительности водорода.The technical result provided by the given set of features is to increase the productivity of hydrogen.
Сущность изобретения поясняется чертежами фиг. 1 и 2, на которых изображены разрезы электролизера.The invention is illustrated by drawings of FIG. 1 and 2, which depict sections of the electrolyzer.
Электролизер, представленный на фиг. 1 и 2, состоит из двух пористых электродов 1 и 2, изготовленных из порошков титана, модифицированных отрезками микропрововолоки в стеклянной изоляции, разделенных протонообменной мембраной 3, выполненных в виде усеченных конусов, расположенных на титановых тонкостенных носителях и размещенных в конусообразном углублении основания 4, изготовленного из изоляционного материала, и плотно накрытых конусообразной крышкой 5, изготовленнойThe electrolyzer of FIG. 1 and 2, consists of two porous electrodes 1 and 2, made of titanium powders, modified with microwire segments in glass insulation, separated by a proton exchange membrane 3, made in the form of truncated cones located on thin-walled titanium carriers and placed in a cone-shaped recess of the base 4 made from insulating material, and tightly covered with a conical cover 5 made
- 1 034943 также из изоляционного материала. Поверхности основания и крышки, контактирующие с носителями 6 и 7, оснащены каналами для подвода воды и отвода кислорода и водорода. В электролизере создается высокое, порядка сотен атмосфер, давление. Поэтому крышка и основание, разделенные уплотнителем 9, скрепляются металлическими тягами 10, проходящими через металлические обручи 11 и 12. Поверхности носителей, основания, электродов, мембраны и крышки должны плотно прилегать друг к другу. С целью исключения деформации мембраны при сборке и герметизации в верхней части основания устанавливают пластмассовое кольцо 13, на внутреннюю шлифованную поверхность которого устанавливают закраину мембраны, что позволяет при прижиме крышки к основанию избежать деформации мембраны и верхней части титанового электрода. Кольцо по периферии имеет поперечные к поверхности выемки, через которые на границе основание - крышка проходит образовавшийся водород. Водород через боковые отверстия в кольце поступает в выходное отверстие в крышке и через выводной патрубок 14 направляется потребителю. Места соединения электродов, носителей и мембраны с основанием и крышкой герметизированы кольцевыми уплотнителями 15 и 16. Подводы воды 8, отводы кислорода и воды через патрубок 17 и водорода 14 герметизированы в местах соединения с крышкой и основанием, которые стягиваются гайками 18. Электрическое напряжение прикладывается к вводу 19 и патрубку 17.- 1,034943 also made of insulating material. The surfaces of the base and the cover in contact with the carriers 6 and 7 are equipped with channels for supplying water and removing oxygen and hydrogen. A high pressure, of the order of hundreds of atmospheres, is created in the electrolyzer. Therefore, the lid and the base, separated by a seal 9, are fastened by metal rods 10 passing through the metal hoops 11 and 12. The surfaces of the carriers, base, electrodes, membranes and lids should fit snugly against each other. In order to avoid deformation of the membrane during assembly and sealing, a plastic ring 13 is installed in the upper part of the base, on the inner polished surface of which the edge of the membrane is installed, which allows pressing the cover against the base to avoid deformation of the membrane and the upper part of the titanium electrode. The ring on the periphery has recesses transverse to the surface, through which hydrogen formed passes at the base – cap interface. Hydrogen through the side openings in the ring enters the outlet in the lid and is directed to the consumer through the outlet pipe 14. The joints of the electrodes, carriers and the membrane with the base and the cover are sealed with O-rings 15 and 16. Water inlets 8, oxygen and water outlets through the pipe 17 and hydrogen 14 are sealed at the joints with the cover and the base, which are tightened with nuts 18. An electrical voltage is applied to input 19 and pipe 17.
Способ изготовления электролизера осуществляется следующим образом.A method of manufacturing an electrolyzer is as follows.
1. Готовят смесь порошка титана с отрезками микропроволоки в стеклянной изоляции длиной 1,53,5 мм в объемном отношении к порошку 1:5-1:10.1. Prepare a mixture of titanium powder with pieces of microwire in glass insulation with a length of 1.53.5 mm in volume ratio to the powder 1: 5-1: 10.
2. Покрывают часть внутренней поверхности титанового носителя 6 катализатором.2. Cover part of the inner surface of the titanium carrier 6 with a catalyst.
3. Собирают емкость из титанового перфорированного конуса (носителя) 6, изготовленного из полосы толщиной 0,5-0,7 мм, и фальшэлектрода из нержавеющей стали такой же толщины, расположенных коаксиально на расстоянии 2,5-3,5 мм друг от друга.3. A container is assembled from a titanium perforated cone (carrier) 6 made of a strip 0.5-0.7 mm thick and a stainless steel fake electrode of the same thickness located coaxially at a distance of 2.5-3.5 mm from each other .
4. Засыпают смесь между титановым и стальным электродами.4. Fall asleep the mixture between titanium and steel electrodes.
5. Проводят центрифугирование емкости со смесью с угловой скоростью, обеспечивающей расположение крупных частиц к титановой стенке и мелких к фальшэлектроду.5. Centrifuged the container with the mixture at an angular velocity, ensuring the location of large particles to the titanium wall and small to the false electrode.
6. Спекают смесь в вакуумной печи при температуре 600-700°C.6. Sinter the mixture in a vacuum oven at a temperature of 600-700 ° C.
7. Снимают фальшэлектрод.7. Remove the false electrode.
8. Проводят операции 3, 6 и 7 с анодными электродами: собрать емкость, засыпать смесь и снять фальшэлектрод.8. Perform operations 3, 6 and 7 with the anode electrodes: collect the container, fill the mixture and remove the false electrode.
9. Размещают уплотнитель 15 в донной части основания.9. Place the seal 15 in the bottom of the base.
10. Размещают катодный электрод 1 с носителем 6 в основании 4.10. Place the cathode electrode 1 with the carrier 6 in the base 4.
11. Соединяют катодный носитель 6 с вводом электричества 19.11. Connect the cathode carrier 6 with the input of electricity 19.
12. Укрепляют изоляционное кольцо 13 в основании 4.12. Strengthen the insulating ring 13 in the base 4.
13. Размещают на анодном электроде 2 мембрану 3.13. Placed on the anode electrode 2 membrane 3.
14. Размещают анодный электрод с носителем, мембраной и присоединенным к носителю патрубком 17 в основании.14. Place the anode electrode with the carrier, the membrane and the pipe 17 connected to the carrier at the base.
15. Устанавливают уплотнители 16 и 9 на изоляционное кольцо 13 и основание 4.15. Install the seals 16 and 9 on the insulating ring 13 and the base 4.
16. Устанавливают крышку 5.16. Install the cover 5.
17. Притягивают крышку к основанию гайками.17. Pull the cover to the base with nuts.
18. Устанавливают в центральном отверстии трубку подвода воды 8.18. Install a water inlet tube 8 in the central hole.
19. Устанавливают на боковой поверхности основания датчик уровня воды (на чертеже не показано).19. Install a water level sensor (not shown) on the side surface of the base.
Работает электролизер при заполнении его объема деионизированной водой через трубку 8 при подаче напряжения на электроды 1 и 2 через патрубок 17 и ввод 19. Водород выходит из электролизера через патрубок 14, кислород и излишки воды - через патрубок 17.The cell operates when filling its volume with deionized water through the tube 8 when applying voltage to the electrodes 1 and 2 through the pipe 17 and the input 19. Hydrogen leaves the cell through the pipe 14, oxygen and excess water through the pipe 17.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EA201700252A EA034943B1 (en) | 2017-06-13 | 2017-06-13 | Hydrogen cell and method for manifacturing same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EA201700252A EA034943B1 (en) | 2017-06-13 | 2017-06-13 | Hydrogen cell and method for manifacturing same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EA201700252A1 EA201700252A1 (en) | 2018-12-28 |
EA034943B1 true EA034943B1 (en) | 2020-04-09 |
Family
ID=64948926
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EA201700252A EA034943B1 (en) | 2017-06-13 | 2017-06-13 | Hydrogen cell and method for manifacturing same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
EA (1) | EA034943B1 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20090242391A1 (en) * | 2005-12-23 | 2009-10-01 | Ferenc Darvas | Electrode for Electrochemical Cell Operating With High Differential Pressure Difference, Procedure for the Manufacturing of Such Electrode and Electrochemical Cell for the Use of Such Electrode |
RU2581054C1 (en) * | 2015-05-27 | 2016-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Рэслинн" | Electrochemical modular cell for treatment of electrolyte solutions |
-
2017
- 2017-06-13 EA EA201700252A patent/EA034943B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20090242391A1 (en) * | 2005-12-23 | 2009-10-01 | Ferenc Darvas | Electrode for Electrochemical Cell Operating With High Differential Pressure Difference, Procedure for the Manufacturing of Such Electrode and Electrochemical Cell for the Use of Such Electrode |
RU2581054C1 (en) * | 2015-05-27 | 2016-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Рэслинн" | Electrochemical modular cell for treatment of electrolyte solutions |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EA201700252A1 (en) | 2018-12-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2013278446B2 (en) | Bipolar alkaline water electrolysis unit and electrolytic cell | |
US2716670A (en) | Alkaline primary cells | |
US20060011489A1 (en) | Electrolysis process and apparatus | |
EP2734658B1 (en) | Electrolyser frame concept, method and use | |
CN113403630B (en) | Hydrogen producing device by catalytic electrolysis | |
KR850700290A (en) | Nickel-Hydrogen Bipolar Battery | |
KR101826821B1 (en) | Mass flat-tubular cell stack and solid-oxide fuel cell or solid-oxide water electrolysis apparatus using the same | |
WO2008093802A1 (en) | Process for producing membrane electrode assembly for solid polymer electrolyte fuel cell, and process for producing solid polymer electrolyte fuel cell | |
WO1987005951A1 (en) | Method and apparatus for electrolysing water | |
CN102212837A (en) | Hydrogen production technology and generation device with high efficiency | |
CN210775224U (en) | Battery electrochemistry normal position raman spectroscopy test mould | |
Kim et al. | Nature inspired cathodes using high-density carbon papers with an eddy current effect for high-rate performance lithium–air batteries | |
CN100595334C (en) | Integrated series-parallel combined electrolysis bath | |
CN113430551B (en) | Water electrolysis electrolytic bath with annular structure | |
EA034943B1 (en) | Hydrogen cell and method for manifacturing same | |
CN201158718Y (en) | Horizontal electrolytic aluminium electrolytic tank | |
CN116200765A (en) | Promoting CO 2 Novel electrode rod of high-efficient electroreduction | |
CN103500856A (en) | Sodium-sulfur cell | |
CN211771596U (en) | Cathode structure of ozone generator by water electrolysis method | |
CN103531855A (en) | Anode sealing structure of sodium-sulfur cell | |
CN203444768U (en) | Cermet-sintered high-temperature-resistant and high-pressure-resistant electrical penetration assembly | |
CN203491352U (en) | Positive electrode sealing structure for sodium-sulfur battery | |
CN213680932U (en) | Electrolytic cell unit and pulp electrolytic cell | |
CN216972698U (en) | Electrolytic bath | |
CN209906896U (en) | Electrolytic tank for preparing nitrogen trifluoride gas |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KZ KG TJ TM RU |