RU2562457C1 - Способ изготовления электродно-диафрагменного блока для щелочного электролизера воды - Google Patents
Способ изготовления электродно-диафрагменного блока для щелочного электролизера воды Download PDFInfo
- Publication number
- RU2562457C1 RU2562457C1 RU2014141760/04A RU2014141760A RU2562457C1 RU 2562457 C1 RU2562457 C1 RU 2562457C1 RU 2014141760/04 A RU2014141760/04 A RU 2014141760/04A RU 2014141760 A RU2014141760 A RU 2014141760A RU 2562457 C1 RU2562457 C1 RU 2562457C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diaphragm
- electrodes
- electrode
- forming solution
- formation
- Prior art date
Links
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
Изобретение относится к способу изготовления электродно-диафрагменного блока для щелочного электролизера воды, включающему приготовление формующего раствора диафрагмы, нанесение формующего раствора на подложку, изготовление диафрагмы методом фазовой инверсии и формирование электродно-диафрагменного блока прижатием электродов с двух сторон диафрагмы. Способ характеризуется тем, что пористые электроды предварительно вдавливают в формующий раствор диафрагмы, нанесенный на сетчатую подложку, используя текучесть формующего раствора диафрагмы, и затем погружают полученный элемент в воду для проведения фазовой инверсии, приводящей к формированию пористого диафрагменного материала и фиксации электродов материалом диафрагмы и к формированию электродно-диафрагменного блока, в котором электроды и диафрагма представляют собой единый рабочий элемент. Использование настоящего изобретения позволяет упростить процесс сборки ячеек и батарей щелочного электролизера и снизить его энергопотребление. 1 з.п. ф-лы.
Description
Изобретение относится к технологии изготовления и сборки рабочего элемента «анод/диафрагма/катод» в форме электродно-диафрагменного блока для электролизеров воды с щелочным электролитом. Изобретение обеспечивает упрощение процесса сборки ячеек и батарей щелочного электролизера и снижение его энергопотребления.
Известен способ изготовления мембранно-электродных блоков для электролизеров воды с твердополимерным электролитом [Патент RU 2392698. Способ изготовления мембранно-электродного блока с бифункциональными электрокаталитическими слоями], при котором на поверхности протон-проводящей мембраны формируют электрокаталитический слой. Недостатком данного технического решения является то, что протон-проводящие мембраны и соответствующие электрокатализаторы не могут быть применены в электролизе воды с щелочным электролитом.
Наиболее близким по технической сущности является способ компоновки электродно-диафрагменного блока для щелочных электролизеров воды с «нулевым зазором» [М. Треггер. Уровень технического развития в области щелочного электролиза//Труды 2-го Международного симпозиума по водородной энергетике. 1-2 ноября 2007. Изд. МЭИ, М., 2007]. Способ включает: приготовление формующего раствора диафрагмы, представляющего раствор полимера полисульфонового ряда с гидрофильным наполнителем (например, диоксид титана, циркония или полисурьмяную кислоту) в органическом растворителе; нанесение формующего раствора полимера на подложку (например, стекло или сетку); погружение подложки с формующим раствором в воду для формирования диафрагмы методом фазовой инверсии; формирование электродно-диафрагменного блока прижатием электродов к изготовленной диафрагме. Недостатком данного технического решения является то, что диафрагма и электроды электродно-диафрагменного блока представляют собой отдельные элементы. Это обусловливает усложнение процесса сборки ячеек и батарей электролизера, поскольку в случае избыточного сдавливания, диафрагма может быть повреждена электродами, либо в случае недостаточно плотного прилегания электродов к диафрагме, в ходе эксплуатации между ними могут образовываться скопления газа, что приводит к снижению удельной электропроводности электролита и/или термической деструкции диафрагмы. Кроме того, отсутствие промежуточного слоя приводит к возникновению дополнительного электросопротивления на границе «поверхность диафрагмы/поверхность электрода», вносящего вклад в суммарное увеличение напряжения и энергопотребления электролизера.
Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в совершенствовании конструкции, процессов производства и улучшении электрохимических характеристик щелочных электролизеров воды.
Технический эффект, возникающий при решении поставленной задачи и заключающийся в упрощении сборки ячейки и батареи электролизера, а также снижении его энергопотребления, достигается тем, что в известном способе изготовления электродно-диафрагменного блока для щелочного электролизера воды, включающем приготовление формующего раствора диафрагмы, нанесение формующего раствора на подложку, изготовление диафрагмы методом фазовой инверсии и формирование электродно-диафрагменного блока прижатием электродов с двух сторон диафрагмы, согласно изобретению пористые электроды предварительно вдавливают в формующий раствор диафрагмы, нанесенный на сетчатую подложку, используя текучесть формующего раствора диафрагмы, и затем погружают полученный элемент в воду для проведения фазовой инверсии, приводящей к формированию пористого диафрагменного материала и фиксации электродов материалом диафрагмы и к формированию электродно-диафрагменного блока, в котором электроды и диафрагма представляют собой единый рабочий элемент. Кроме того, на поверхность формующего раствора диафрагмы, перед вдавливанием электродов, напылением из суспензии в органическом растворителе наносят промежуточный слой диоксида титана, модифицированного металлическим никелем.
Основой электродно-диафрагменного блока для щелочного электролизера воды является диафрагма на основе полимерной матрицы, получаемая методом фазовой инверсии [Кулешов Н.В., Кулешов В.Н., Терентьев А.А. Патент RU 2322460]. В качестве электродов может быть использована никелевая сетка, электроды с поверхностно-скелетными катализаторами, но более предпочтительными являются электроды на основе никелевой просечно-вытяжной сетки (размер ячейки 0.5-1.5 мм) с пористым никелевым покрытием, получаемым гальваническим нанесением мелкодисперсного никелевого порошка из стандартной ванны Уоттса для никелирования. Пористое никелевое покрытие может быть дополнительно модифицировано катализаторами катодных процессов (NiPx) и катализаторами анодных процессов (NiCo2O4) [Кулешов В.Н., Коровин Н.В., Кулешов Н.В., Удрис Е.Я., Бахин А.Н “Разработка новых электрокатализаторов для низкотемпературного электролиза воды” // Электрохимическая энергетика. 2012. Т. 12. №2. С. 51-58].
Предлагаемый способ изготовления электродно-диафрагменного блока для щелочных электролизеров воды заключается в следующем. В среде герметичного перчаточного бокса с осушенной атмосферой (до 0.1 ррm) готовят формующий раствор диафрагменного материала. Для этого растворяют полимер полисульфонового ряда, например, ПСФ-150 (ТУ 6-06-6-88) в диметилацетамиде (х.ч.). Порошок гидрофильного наполнителя (диоксида титана, либо диоксида циркония, либо полисурьмяной кислоты) осушают при 80°C в течение 8 часов, перемалывают с помощью планетарной мельницы и отсеивают на виброгрохоте. Далее подготовленный порошок гидрофильного наполнителя и порообразующего агента (поливинилпирролидон ММ 35.000) добавляют к раствору полимера. В конечном диафрагменном материале содержание полисульфона составляет 20-40 мас. %, а диоксида титана 80-60 мас. % соответственно.
Полученный формующий раствор диафрагменного материала в среде герметичного бокса наносят (с помощью шпателя или напылением) на сетку саржевого плетения толщиной 0.5-1.5 мм и размером ячейки от 0.5×0.5 мм до 1.5×1.5 мм, изготовленную из нитей щелочестойкого полимера, например, полисульфона, полипропилена, монохлортрифторэтилена. Для формирования промежуточного слоя, на поверхность формующего раствора диафрагмы наносят суспензию диоксида титана, модифицированного металлическим никелем, в разбавленном (5 мас. %) растворе полисульфона в диметилацетамиде.
Далее в формующий раствор диафрагменного материала, нанесенный на сетчатую основу и покрытый промежуточным слоем, вдавливают пористые электроды. При этом происходит проникновение формующего раствора диафрагменного материала в поры и каналы электрода. Расстояние между электродами (толщину диафрагмы) задают, выбирая подходящую толщину сетчатой основы диафрагмы. Концентричность электродов обеспечивается отметками на сетке, либо оправкой.
Полученный элемент погружают в воду. При этом происходит инверсия органического растворителя и воды, сопровождающаяся коагуляцией полимерных цепей и формированием губчатой матрицы, а также вымывание порообразователя, сопровождающееся формированием пор и каналов. Полученная пористая полимерная матрица надежно удерживает частицы диоксида титана (гидрофильного наполнителя) и пористое никелевое покрытие электродов.
Указанный электродно-диафрагменный блок был испытан в ячейке щелочного электролизера. Ячейка была изготовлена из нержавеющей стали марки Х18Н10Т и снабжена рубашками для термостатирования. Исследования проводили при плотности тока 400 мА/см2 и температуре 80°C. Для сравнения была испытана ячейка «с нулевым зазором», с аналогичной диафрагмой и электродами, представляющими собой отдельные плотно прижатые элементы. Напряжение, полученное для ячейки с электродно-диафрагменным блоком, составляет 1,78 В, а ячейки «с нулевым зазором» - 1,85 В. Чистота кислорода и водорода, измеренная с помощью газового хроматографа, для обеих ячеек составляет 99,5% и 99,8%, соответственно.
Claims (2)
1. Способ изготовления электродно-диафрагменного блока для щелочного электролизера воды, включающий приготовление формующего раствора диафрагмы, нанесение формующего раствора на подложку, изготовление диафрагмы методом фазовой инверсии и формирование электродно-диафрагменного блока прижатием электродов с двух сторон диафрагмы, отличающийся тем, что пористые электроды предварительно вдавливают в формующий раствор диафрагмы, нанесенный на сетчатую подложку, используя текучесть формующего раствора диафрагмы, и затем погружают полученный элемент в воду для проведения фазовой инверсии, приводящей к формированию пористого диафрагменного материала и фиксации электродов материалом диафрагмы и к формированию электродно-диафрагменного блока, в котором электроды и диафрагма представляют собой единый рабочий элемент.
2. Способ изготовления электродно-диафрагменного блока для щелочного электролизера воды по п. 1, отличающийся тем, что на поверхность формующего раствора диафрагмы, перед прижатием электродов, напылением из суспензии наносят промежуточный слой диоксида титана, модифицированного металлическим никелем.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014141760/04A RU2562457C1 (ru) | 2014-10-16 | 2014-10-16 | Способ изготовления электродно-диафрагменного блока для щелочного электролизера воды |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014141760/04A RU2562457C1 (ru) | 2014-10-16 | 2014-10-16 | Способ изготовления электродно-диафрагменного блока для щелочного электролизера воды |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2562457C1 true RU2562457C1 (ru) | 2015-09-10 |
Family
ID=54073660
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014141760/04A RU2562457C1 (ru) | 2014-10-16 | 2014-10-16 | Способ изготовления электродно-диафрагменного блока для щелочного электролизера воды |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2562457C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2733726C2 (ru) * | 2016-01-26 | 2020-10-06 | Н2 Энжиниэринг Д.О.О. | Электролитическая ячейка для получения водорода |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2075545C1 (ru) * | 1992-11-10 | 1997-03-20 | Белорусский технологический институт им.С.М.Кирова | Способ изготовления диафрагмы из полиамидного материала |
| DE10344819A1 (de) * | 2003-09-26 | 2005-04-14 | Sartorius Ag | Adsorptionsmembranen, Verfahren zur Herstellung derselben und Vorrichtungen, welche die Adsorptionsmembranen umfassen |
| RU2322460C1 (ru) * | 2006-12-07 | 2008-04-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО "МЭИ(ТУ)") | Способ изготовления мембраны для электролитического разложения воды |
| US20130034778A1 (en) * | 2010-04-01 | 2013-02-07 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Method of forming a film made of a fluoropolymer of the polyvinylldene fluoride type that can be used as a separator for a lithium battery |
-
2014
- 2014-10-16 RU RU2014141760/04A patent/RU2562457C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2075545C1 (ru) * | 1992-11-10 | 1997-03-20 | Белорусский технологический институт им.С.М.Кирова | Способ изготовления диафрагмы из полиамидного материала |
| DE10344819A1 (de) * | 2003-09-26 | 2005-04-14 | Sartorius Ag | Adsorptionsmembranen, Verfahren zur Herstellung derselben und Vorrichtungen, welche die Adsorptionsmembranen umfassen |
| RU2322460C1 (ru) * | 2006-12-07 | 2008-04-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО "МЭИ(ТУ)") | Способ изготовления мембраны для электролитического разложения воды |
| US20130034778A1 (en) * | 2010-04-01 | 2013-02-07 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Method of forming a film made of a fluoropolymer of the polyvinylldene fluoride type that can be used as a separator for a lithium battery |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2733726C2 (ru) * | 2016-01-26 | 2020-10-06 | Н2 Энжиниэринг Д.О.О. | Электролитическая ячейка для получения водорода |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kuleshov et al. | Development and performances of a 0.5 kW high-pressure alkaline water electrolyser | |
| CA1282733C (en) | Electrolytic cell with solid polymer electrolyte diaphragm and porous electrode catalyst | |
| CA2845679C (en) | Gas-diffusion electrode | |
| CN105734606B (zh) | 一种spe水电解用超薄膜电极的结构及其制备和应用 | |
| JPH0581677B2 (ru) | ||
| JP2014502673A (ja) | ガス拡散電極 | |
| TWI697586B (zh) | 包含釋氣電極和多孔性隔膜之總成，鹼水電解槽以及氫氣製法 | |
| KR20150104474A (ko) | 니켈이 전기 도금된 친수성을 가지는 다공성 탄소 재료를 이용한 알칼리 음이온 교환막 물 전기 분해 장치 및 그 제조 방법 | |
| JP2018115393A (ja) | 改良されたガス拡散電極およびその製造方法 | |
| US20130078537A1 (en) | Oxygen-consuming electrode and process for production thereof | |
| CN113061926A (zh) | 一种用于pem水电解池的亚氧化钛阳极扩散层及其制备方法与应用 | |
| Plankensteiner et al. | Freestanding μm-thin nanomesh electrodes exceeding 100x current density enhancement for high-throughput electrochemical applications | |
| CN111575726B (zh) | 一种用于二氧化碳的电化学还原的电化学反应器 | |
| RU2562457C1 (ru) | Способ изготовления электродно-диафрагменного блока для щелочного электролизера воды | |
| KR101725971B1 (ko) | 알칼리 수전해용 코팅 전극 및 그의 제조 방법 | |
| JP2008138282A (ja) | アルカリ電解用陽極 | |
| BR102012024229A2 (pt) | eletrodos consumidores de oxigÊnio e processo para sua preparaÇço | |
| An et al. | Deepening surface reconstruction on anodized nickel mesh boosts oxygen evolution under industrial alkaline conditions | |
| Kuleshov et al. | Electrode-diaphragm assembly for alkaline water electrolysis | |
| Shervedani et al. | Electrocatalytic behavior of thermally deposited RuO~ 2 into the microporous Raney nickel electrode (Ni-Zn-P-RuO~ 2) towards the HER | |
| Julke et al. | Evaluation of various steel types for the evolution of hydrogen in KOH | |
| CN105655142B (zh) | 基于3DSG/Ni(OH)2/3DMG非对称超级电容器及制备方法 | |
| Millet | Noble metal-membrane composites for electrochemical applications | |
| Kleiminger et al. | Effects of Current Collector Materials on Performances of Micro-Tubular Solid Oxide Electrolysers for Splitting CO2 | |
| KR101257921B1 (ko) | 전해조용 수소 발생용 전극 및 이의 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191017 |