JP2022548526A - クロスフロー水電解 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電解プロセス全体を通して電解質濃度を一定に保つように、アノード半電池とカソード半電池との間の回路内で電解質がポンプ圧送される、水のアルカリ電解のためのプロセスに関する。ドナン電位の形成およびフロー電流の形成などの不利益は、このプロセスレジームによって大幅に抑制することができる。本発明はさらに、特定のプロセスを実行することができる電解装置に関する。
本発明は、いくつかの実施例を参照して以下により詳細に説明されるが、本出願の保護範囲を限定するものとして理解されるべきではない。
[実施例1]
電解質液が別々のサイクルで電解セルのカソード半電池およびアノード半電池を通って供給される先行技術による電解装置を、対応する本発明によるプロセスレジームと比較した。このために、それぞれの電解装置に様々なNaOH濃度を有する電解質を充填した。使用された電解セルは、120cm2の表面積を有するセルであった。電解は、いずれの場合も80℃の温度で行った。
プロセスを6kA/m2の電流密度でしばらく(30分間)実行した後、アノード半電池およびカソード半電池の水酸化ナトリウム濃度および電圧をその都度決定した。結果を以下の表1に示す。
さらなる実験では、本発明によるプロセスレジームを、アノード半電池およびカソード半電池のガスセパレータから排出される電解質が共通の液体リザーバに供給されるプロセスレジーム(分割サークルプロセス)と比較した。これらの測定も、80℃の温度および6kA/m2の電流密度で行った。この実験では、電解質中のNaOH濃度の推移をその都度経時的に測定した。これらの調査の結果を図4に示す。
2 アノード半電池
3 カソード半電池
4 セパレータ
5 アノード半電池のガスセパレータ
6 カソード半電池のガスセパレータ
7 アノード半電池の液体リザーバ
8 カソード半電池の液体リザーバ
9 アノード半電池およびカソード半電池用の共通液体リザーバ
Claims (12)
- 電解質を用いて、電解セルと、カソードガスセパレータと、アノードガスセパレータと、前記電解質用の第1の液体リザーバと、前記第1の液体リザーバから分離した前記電解質用の第2の液体リザーバとを少なくとも備える電解槽において水をアルカリ電解するための方法であって、
前記電解セルが、アノードを有するアノード半電池と、カソードを有するカソード半電池と、前記アノード半電池と前記カソード半電池との間に配置されたセパレータとを備え、
前記電解質で満たされた前記電解槽に、電解を実施するように電流が印加され、
前記第1の液体リザーバから電解質が前記アノード半電池に供給され、前記アノード半電池から流出するアノード液が前記アノードガスセパレータに供給され、そこでガスが前記アノード液から分離され、
前記第2の液体リザーバから電解質が前記カソード半電池に供給され、前記カソード半電池から流出するカソード液が前記カソードガスセパレータに供給され、そこで前記カソード液からガスが分離され、
前記アノードガスセパレータからのガスが取り除かれたアノード液が前記第2の液体リザーバに戻され、前記カソードガスセパレータからのガスが取り除かれたカソード液が前記第1の液体リザーバに戻されること
を特徴とする、
方法。 - 前記電解質が水酸化ナトリウム水溶液または水酸化カリウム水溶液を含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記水酸化ナトリウム水溶液または水酸化カリウム水溶液が、8重量%~45重量%、好ましくは10重量%~40重量%の範囲内の濃度で使用されることを特徴とする、請求項2に記載の方法。
- 前記電解槽においてセル容積に対する電解質流量が、1~6L電解質/h・L半電池容積、好ましくは2~4L電解質/h・L半電池容積の範囲内で確立されることを特徴とする、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記電解が、50~95℃、好ましくは65~92℃、より好ましくは70~90℃の範囲内の温度で行われることを特徴とする、請求項1~4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記電解が、最大30バール、好ましくは最大5バールの範囲内の圧力で行われることを特徴とする、請求項1~5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記電解が、最大25kA/m2、好ましくは最大15kA/m2の範囲内の電流密度で行われることを特徴とする、請求項1~6のいずれか一項に記載の方法。
- 水を水素および酸素に電解分割するための装置であって、アノードを有するアノード半電池と、カソードを有するカソード半電池と、前記アノード半電池と前記カソード半電池との間に配置されたセパレータとを備え、
前記アノード半電池および前記カソード半電池はそれぞれ、アノード半電池およびカソード半電池から分離された液体リザーバと流体連通し、前記アノード半電池および前記カソード半電池はそれぞれ、前記アノード半電池および前記カソード半電池から分離されたガスセパレータと流体連通し、
前記アノード半電池の前記ガスセパレータが前記カソード半電池の前記液体リザーバと流体連通し、前記アノード半電池の前記液体リザーバと流体連通しないこと、および前記カソード半電池の前記ガスセパレータが前記アノード半電池の前記第1の液体リザーバと流体連通し、前記カソード半電池の前記第1の液体リザーバと流体連通しないことを特徴とする、装置。 - 前記セパレータが、半透性隔膜または過フッ素化スルホン膜を有することを特徴とする、請求項8に記載の装置。
- 前記アノードが、ニッケル含有材料、好ましくはニッケルからなることを特徴とする、請求項8または9に記載の装置。
- 前記カソードが、ニッケル含有材料、好ましくはニッケルからなることを特徴とする、請求項8~10のいずれか一項に記載の装置。
- 前記アノードおよび/または前記カソードが、ワイヤメッシュ電極として、またはエキスパンドメタルもしくはパンチド・シート・メタルの形態で存在することを特徴とする、請求項8~11のいずれか一項に記載の装置。
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