[发明专利]质子交换膜电解水系统中的多电极电解方法

说明书

所属技术领域

一种利用质子交换膜技术的多电极电解系统是新一代氢气、氧气工业化大规模制备系统。

背景技术

随着化石燃料耗量的日益增加，其储量日益减少，终有一天这些资源将要枯竭，这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料的、储量丰富的新的含能体能源。氢能正是一种理想的新的能源。氢能的开发利用首先必须解决氢源问题，大量廉价氢的生产是实现氢能利用的根本。氢是一种高密度能源，一般说来，生产氢要消耗大量的能量。因此，必须寻找一种低能耗、高效率制氢方法。

氢作为能源利用应包括以下三个方面：利用氢和氧化剂发生反应放出的热能；利用氢和氧化剂在催化剂作用下的电化学反应直接获取电能及利用氢的热核反应释放出的核能。我国早已试验成功的氢弹就是利用了氢的热核反应释放出的核能，是氢能的一种特殊应用。我国航天领域使用的以液氢为燃料的液体火箭，是氢用作为燃料能源的典型例子。

氧气的开发和利用意义更是众所周知。其应用范围的广泛和需要量的规模都是巨大的。利用质子交换膜技术的多电极电解系统是新一代氢气、氧气工业化大规模制备系统。在生产过程中，它可同时制备氢气和氧气。

本发明的优点和积极效果在于：

●环保——它采用现代高新技术实现气体生产过程没有任何污染，达到绿色环保要求，符合当今社会可持续发展要求

●工艺简洁——由于生产过程中用物理方法将氢气和氧气实现分离，省去了常规氢氧提纯过程，减少工艺难度，降低成本。

●节能——该技术可采用现代太阳能技术，使得常规生产中电能的消耗降到最低，从而降低生产成本。

●应用广泛——该技术适用于各种场所，具有广阔的市场前景。

●对外界环境要求低——与常规技术相比，不需要较多辅助设备就可以实现生产。

发明内容

该发明涉及一种利用质子交换膜技术的多电极电解系统。氢气和氧气的工业化制备目前多采用电解方法，使用大量的电能并存在较严重的污染。本发明将使得氢气和氧气的工业化大规模制备实现大规模节约电能，也可以实现完全由太阳能，风能等环保能源取代进而完成大规模制备氢气和氧气的目的。

该技术所涉及的具体的电化学反应过程为：

2H₂O＝＞2H₂+O₂

该发明将蓄电池或太阳能电源亦或常规电源与质子交换膜技术相结合，在质子交换膜两侧加以一层具有可以承载催化剂同时又能释放气体的催化反应腔体。在正常工作中该腔体处于水中，在通电的情况下即可实现将水电解成氢离子和氧离子，氢离子穿透电极行成氢气分子，氧离子放出电子形成氧气。本发明中，将系统多电极集成形成多电极电解系统，叙述了多＝电极集成时的结构和各个部件的功能，将使得应用该技术时达到大规模生产的目的成为可能。本发明的意义在于可以实现高纯氢氧气体的快速制备和规模化以及多种能源利用。是环保型制备氢气和氧气的新技术。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1是本发明的电解仓及电极的原理图

图2是本发明的电解仓及电极的整体构造图

图3是本发明的系统整体构造图

图1中1.质子交换膜；2，13.隔离催化剂反应室的石墨滤纸(网)；3.催化剂及催化反应室；4.12进水孔同时也是排水孔；5，11.蓄水槽；6，9.电源接口；7，8.，排气管；10.加热体；

图2是图1的整体示意图。

图3中14，15是储水塔；16，17是水净化器；18，19，20，21，22，23，24，25，26分别是各管线的开关阀门；27，28是连接电极的电源线；29，30是连接外电路的总线.31，32是气体净化器；33，34是排水总线。图中A显示为图2的整体结构。

具体实施方式

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：将图2中的电极反应单体(A)按并联方式排列，多个单体的氢气出气管和氧气出气管分别由一个总的氢气管和氧气管相连接导出。电源的连接采用并联方式。在整个系统的前端安装有储水塔和净化水系统，保证进入电解仓的水是纯净的，以免降低电解电极的寿命。每个电解电极的蓄水仓底部与从净化水系统得出的净化水输送管线相连通，要求每个电解电极的放置高度相同以保证其体内的水位相同。在排气管的末尾连接有气体净化和湿度控制系统，以确保产出的气体的纯度和湿度符合要求。由于此系统的气体获得的技术本身决定了其纯度是极其高的，因此，净化的过程实际上是一个过滤的过程，用以驱除在气体产生到排送过程中系统本身释放或混杂的固体微粒等。