UA103681C2 - Пристрій для одержання водню високого тиску - Google Patents
Пристрій для одержання водню високого тиску Download PDFInfo
- Publication number
- UA103681C2 UA103681C2 UAA201115332A UAA201115332A UA103681C2 UA 103681 C2 UA103681 C2 UA 103681C2 UA A201115332 A UAA201115332 A UA A201115332A UA A201115332 A UAA201115332 A UA A201115332A UA 103681 C2 UA103681 C2 UA 103681C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- hydrogen
- substrate
- porous
- high pressure
- mass
- Prior art date
Links
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 32
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 32
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 31
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 16
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000013543 active substance Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 16
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 abstract description 3
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 4
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 2
- 229910052987 metal hydride Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 150000004681 metal hydrides Chemical class 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 235000011121 sodium hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
Винахід належить до електрохімії, водневої енергетики та може бути використаний в технологіях паливних електрохімічних елементів, електролізних установках і технологічних процесах, що споживають водень високих тисків і чистоти. Пристрій для одержання водню високого тиску містить корпус 1 у вигляді заповненої електролітом посудини високого тиску, патрубки 2, 3, відповідно, підведення електроліту та відводу водню. У порожнині корпусу 1 установлений пакет з почергово розташованих анодних і катодних електродів 4, 5. Кожний з анодних електродів 4 включає електрохімічно нанесені та розміщені послідовно один за одним на пластині струмопровідної матриці 6 з обох боків дифузійний шар 7 та підкладку 8, на якій розміщена маса активної речовини у вигляді ідентичних за складом матеріалу регенеруючих шарів 9 пористих структур, оснащених виконаними в них за напрямком від підкладки 8 до зовнішньої поверхні порами 10, регламентованих в інтервалі розмірів від 10 мкм до 50 мкм. 2 фіг.
Description
Винахід належить до електрохімії водневої енергетики, космічної, електронної промисловості та може бути використаний в технологіях паливних електрохімічних елементів, електролізних установках і технологічних процесах, що споживають водень високих тисків і чистоти.
Відомий пристрій для одержання водню високого тиску (пат. РФ Мо 2019581, С25811/03, 1994), який містить металокерамічні пористі електроди, що складаються із двох частин сформованої структури робочої та ущільнювальної, виконаної з порами, заповненими епоксидною смолою, та зовнішньою поверхнею з покриттям, нанесеним гальванічним або хімічним способом.
Термін працездатності пристрою з електродом запропонованого виду обмежений ненадійністю тонкого швидкозношуваного робочого покриття, що не підлягає періодичному регенеративному відновленню в процесі зношування та оксидування.
Відомий металокерамічний пористий електрод для електрохімічних процесів (Топливнье злементь, под ред. Янга, пер. с английского, М., Изд. иностр. лит. 1963, с.80-81, 103, рис.5.28.), що містить металокерамічний пористий електрод, у вигляді суцільнометалевого перфорованого у центральній частині диска, на який з обох боків спіканням нанесений пористий металокерамічний шар, а за периферією диска виконані отвори для газів та електроліту.
Недоліком є низька надійність функціонування пристрою, обумовлена порушенням механічної міцності з'єднання пористої структури активного шару із суцільнометалевим диском, що виникає внаслідок перепадів тисків під дією газу, що виділяється, яке призводить до відшарування нанесеного спіканням пористого шару та перебоях у роботі пристрою.
Крім того, малопродуктивний активний робочий шар перфорованих електродів і наявність суцільнометалевих частин надмірно завищеної маси не забезпечує оптимальних параметрів (режимів) протікання масообмінних процесів у структурах електродів.
Відомий пристрій для одержання водню (Патент Франції Мо 2570689, С0183/00, 1985р.), який містить корпус з підвідним та відвідним патрубками і установленими в ньому електродами.
За робочу речовину в пристрої використовують дрібнопористий твердотільний металогідридний склад, механічно розміщений у капсулах.
Недолік полягає у низькій експлуатаційній надійності пристрою, обумовленої нестабільністю
Зо протікання реакції виділення водню через нерівномірне спікання активної маси - металогідриду, а також неможливості регулювання швидкості виділення водню та переривання (зупинки) процесу виходу газу. Пристрій не призначений для створення ідентичних умов проведення реакцій з багаторазовим поновленням заданих параметрів швидкості виходу, тисків та продуктивності процесу.
Найбільш близьким за сукупністю ознак є пристрій для одержання водню високого тиску (пат. України Мо 18579 С258 1/12, С258 11/03, 2006), що містить корпус з підвідним та відвідним патрубками, з установленим у ньому пакетом електродів у вигляді набору почергово встановлених анодних і катодних електродів, з яких анодні містять на поверхні з обох боків закріплені механічно пластини пористої активної маси, для зв'язування кисню в процесі електролізу, а зазор між різнополюсними пластинами фіксовано пружними ізолюючими вставками.
До недоліків відомого пристрою віднесені низька експлуатаційна надійність, пов'язана з механічним кріпленням активної маси анодних пластин, що не забезпечує надійного контакту з підкладкою, призводить до порушення механічної міцності покриття, розвитку ерозійної деградації структури з відкладанням оксидної плівки на поверхні активних електродів. Пристрій не дозволяє регулювати швидкість виходу водню та продуктивність для інтенсифікації масообмінних процесів.
В основу винаходу поставлено задачу створення пристрою для одержання водню високого тиску шляхом реалізації високоміцного з'єднання розвинутої поверхні активної маси робочого електрода, який дозволяє інтенсифікувати швидкісне об'ємне проникнення електроліту та масообмінні процеси в гетерогенних структурах активного шару робочої речовини, що виключає утворення оксидних плівок і дозволяє регулювати швидкість виходу водню, за рахунок чого досягнуте підвищення експлуатаційної надійності та продуктивності пристрою.
Поставлена задача досягається тим, що в пристрої для одержання водню високого тиску, який містить корпус у вигляді заповненої електролітом посудини високого тиску, з установленим у ньому пакетом із почергово розташованих анодних, виконаних з нанесеним на поверхні шаром пористої активної маси, та катодних електродів, згідно з винаходом, кожний з анодних електродів включає нанесені електрохімічно з обох боків на пластину струмопровідної матриці послідовно установлені дифузійний шар і підкладку, на якій розміщена маса активної речовини бо у вигляді ідентичних за складом матеріалу шарів регенеруючих пористих структур, оснащених виконаними в них за напрямком від підкладки до зовнішньої поверхні порами, регламентованих розмірів в інтервалі від 10 мкм до 50 мкм.
Виконання технологічного пористого електрода з нанесеним високоміцним електрохімічним способом, каліброваних під швидкість і продуктивність виходу газів шарів активної маси дозволяє підвищити експлуатаційну надійність та продуктивність пристрою.
Структура шарів активної маси із заданим ступенем розвиненості пористої поверхні дає можливість створити умови для вільного спрямованого проникнення електроліту усередину активної маси анода для реалізації оптимального режиму з максимальним виходом водню для високої надійності та продуктивності пристрою.
Виконання активного електрода, у якому маса активної речовини нанесена на струмопровідну матрицю електрохімічно з ідентичними за складом матеріалу шарами регенеруючих пористих структур і виконаними в них за напрямком від підкладки до зовнішньої поверхні порами, регламентованих розмірів в інтервалі від 10 мкм до 50 мкм дозволяє реалізувати режим високошвидкісного проникнення електроліту в структуру активної маси електродів і до дифузійного шару за умови експлуатаційної надійності та високої продуктивності пристрою. Причому, при виконанні пор розмірами менш 10 мкм у пристрої не забезпечується протікання масообмінних процесів з високою ефективністю, а при виконанні пор розмірами більше 50 мкм порушується оптимальне співвідношення реагування активної маси електрода та електроліту з одночасним підведенням електричного потенціалу до всього об'єму активної речовини за мінімальних омічних втрат.
На фіг. 1 поданий пристрій для одержання водню високого тиску; на фіг. 2 - структура виконання анодного електрода.
Пристрій для одержання водню високого тиску містить корпус 1 у вигляді заповненої електролітом посудини високого тиску, патрубки 2, 3, відповідно, підведення електроліту та відводу водню. У порожнині корпусу 1 установлений пакет з почергово розташованих анодних і катодних електродів 4, 5. Кожний з анодних електродів 4 включає електрохімічно нанесені та розміщені послідовно один за одним на пластині струмопровідної матриці б з обох боків дифузійний шар 7 та підкладку 8, на якій розміщена маса активної речовини у вигляді ідентичних за складом матеріалу регенеруючих шарів 9 пористих структур, оснащених виконаними в них за напрямком від підкладки 8 до зовнішньої поверхні порами 10, регламентованих в інтервалі розмірів від 10 мкм до 50 мкм.
Використання у пристрої технологічного пористого електрода з високоміцним, нанесеним електрохімічним способом, з каліброваними під швидкість та продуктивність виходу газів шарів активної маси дозволяє підвищити експлуатаційну надійність і продуктивність пристрою.
Пристрій працює у такий спосіб. При подачі на електроди електричного потенціалу між електролітом і речовиною активної маси анодних електродів 4, нанесеної електрохімічним способом у вигляді пористого покриття, утвореного шарами 9 пористих структур ідентичних за складом з підкладкою 8 з порами 10, які регламентовано заданими розмірами в інтервалі від 10мкм до 5Омкм, які виконані за напрямком від підкладки 8 до поверхні, виникає спрямований іонний обмін з інтенсивним об'ємним проникненням у пори 10 і одночасним реагуванням по всьому об'єму речовини активної маси з електролітом при розкладанні за реакцією: 2оОнН-е:- НО, у ході якої виділений атомарний кисень окиснює пористе залізо, що втримується в активній речовині за реакцією: 2Ме я 20-2Ме0.
Сумарна реакція може бути записана у вигляді:
Ме ї- Н28О -2Мео ч« Нх».
Виділений водень надходить у внутрішню порожнину корпусу 1 посудини високого тиску, накопичується в ньому та під заданим тиском через патрубок З надходить споживачеві.
Об'єм отриманого водню залежить від кількості шарів 9 з регламентованими розмірами пор 10, виконаних у структурах активної маси анодних пластин 4 і концентрації електроліту в об'ємі корпусу 1.
Приклад конкретного виконання.
У посудині високого тиску об'ємом 0,7 л з об'ємом внутрішньої порожнини 0,3 л установлювали пакет з набором почергово встановлених струмопровідних катодних і анодних електродів.
Анодні електроди, кожний з яких включав електрохімічно нанесені та розміщені з обох боків пластини струмопровідної матриці один за одним розміщували дифузійний шар та підкладку, на якій розташували масу активної речовини у вигляді ідентичних за складом (з підкладкою) 60 матеріалу шарів регенеруючих пористих структур та виконаними в шарах за напрямком від підкладки до зовнішньої поверхні порами, регламентованих в інтервалі від їОмкм до 50мкм розмірів. Зазор між різнополюсними пластинами фіксувався пружними ізолюючими вставками з поліхлорвінілу регульованої товщини.
За електроліт використовували 20 95 розчин їдкого натру МаОН. Ваговий вміст металу в активній масі становив 350 г. Густина струму в електроліті сягала 0,15-0,3 г/см? і вище при зміні напруги на електродах від - 1,95 В до 1,95 В. При вступі в реакцію 70 95 металу виділялося 100л водню, вихідний тиск якого становив 52 МПа. Для одержання більш високих вихідних тисків водню, наприклад, 75 МПа, кількість металу в активній масі збільшували відповідно до 700 г.
Керування реакцією виділення водню регулювали зміною кількості шарів, розмірів та інтервалів розподілу пор у пористих структурах активної маси анодних електродів. Дослідження показами, що нижня межа інтервалу виконання пор обумовлена оптимальною питомою продуктивністю за виходом водню, а верхня - оптимальними струмами для ініціювання масообмінних процесів в електроліті при максимально заданому тиску одержуваного водню.
У процесі вироблення ємності активної маси шарів пористих структур, при повторній експлуатації пристрою, проводилася регенерація активної маси шляхом електрохімічного відновлення окису металу (Мед) до металу без розбирання пристрою.
Пристрій стабільний у роботі при проведенні процесу одержання вихідного водню із заданими параметрами тиску та швидкості виходу, оскільки швидкість виділення водню однозначно прямо пропорційно залежить від величини електричного струму, що пропускається в пристрої, та виконання пористої структури активної маси електрода.
Використання активного електрода забезпечує внутрішнє компримування газу, оскільки вихід водню відбувається безпосередньо у зоні реакції з тиском, що задається залежно від умов проведення процесу.
Запропонований пристрій за рахунок міцного зчеплення структур активної маси з електродною матрицею та заданого ступеня розвиненості поверхні активної маси електродів дозволяє підвищити експлуатаційну надійність регулювати швидкість виходу водню та продуктивність пристрою на заданих високих рівнях тиску і чистоти.
Claims (1)
- ФОРМУЛА ВИНАХОДУЗо Пристрій для одержання водню високого тиску, що містить корпус, у вигляді заповненої електролітом посудини високого тиску, з установленим у ньому пакетом із почергово розташованих анодних, виконаних з нанесеним на поверхні шаром пористої активної маси, та катодних електродів, який відрізняється тим, що кожний з анодних електродів включає нанесені електрохімічно з обох боків на пластину струмопровідної матриці послідовно установлені дифузійний шар і підкладку, на якій розміщена маса активної речовини у вигляді ідентичних за складом матеріалу шарів регенеруючих пористих структур, оснащених виконаними в них за напрямком від підкладки до зовнішньої поверхні порами, регламентованих розмірів в інтервалі від 10 мкм до 50 мкм.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
UAA201115332A UA103681C2 (uk) | 2011-12-26 | 2011-12-26 | Пристрій для одержання водню високого тиску |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
UAA201115332A UA103681C2 (uk) | 2011-12-26 | 2011-12-26 | Пристрій для одержання водню високого тиску |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
UA103681C2 true UA103681C2 (uk) | 2013-11-11 |
Family
ID=52284234
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
UAA201115332A UA103681C2 (uk) | 2011-12-26 | 2011-12-26 | Пристрій для одержання водню високого тиску |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
UA (1) | UA103681C2 (uk) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107528078A (zh) * | 2017-09-29 | 2017-12-29 | 吉林科领科技有限公司 | 具有扩散层电极的高压氢气制备装置 |
-
2011
- 2011-12-26 UA UAA201115332A patent/UA103681C2/uk unknown
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107528078A (zh) * | 2017-09-29 | 2017-12-29 | 吉林科领科技有限公司 | 具有扩散层电极的高压氢气制备装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20180371630A1 (en) | High pressure electrochemical cell | |
JP6501141B2 (ja) | 有機ハイドライド製造装置およびこれを用いた有機ハイドライドの製造方法 | |
JP5349360B2 (ja) | 水電解装置の運転停止方法 | |
CN107004929B (zh) | 储存电能和生产氢气的电化学装置和生产氢气的方法 | |
JP2011117052A5 (uk) | ||
US8894829B2 (en) | Water electrolysis apparatus | |
KR20170083593A (ko) | 산소 발생용 애노드 | |
JP3242102U (ja) | アルカリ陰イオン交換膜電解槽及び電解水による水素製造システム | |
CN111424286B (zh) | 一种so2去极化电解池 | |
EA023659B1 (ru) | Электролизер со спиральным впускным шлангом | |
UA103681C2 (uk) | Пристрій для одержання водню високого тиску | |
RU2018130722A (ru) | Электролитическая ячейка для получения водорода | |
US10622690B2 (en) | Anaerobic aluminum-water electrochemical cell | |
US10581127B2 (en) | Anaerobic aluminum-water electrochemical cell | |
CN209338665U (zh) | 一种膜电极电解臭氧发生器 | |
JP4838879B2 (ja) | 水電解装置 | |
CN220767194U (zh) | 一种水电解槽用带流场结构的极板 | |
CN216250794U (zh) | 一种锂浆料电池反应装置 | |
CN216237301U (zh) | 一种高效的质子交换膜电解槽 | |
US10608307B2 (en) | Anaerobic aluminum-water electrochemical cell | |
CN219653143U (zh) | 电解槽、制氢装置和新能源制氢系统 | |
US10516195B2 (en) | Anaerobic aluminum-water electrochemical cell | |
US10581128B2 (en) | Anaerobic aluminum-water electrochemical cell | |
CN219547111U (zh) | 一种带有改性阳离子交换膜的过氧化氢发生装置 | |
US10396418B2 (en) | Anaerobic aluminum-water electrochemical cell |