[发明专利]带有氢气回收装置的高温电解槽

说明书

技术领域

本发明涉及提供有氢气回收装置的电化学反应器，尤其是电解 槽或燃料电池，并且更尤其涉及高温电解槽。

背景技术

电化学反应器包括多个基本电池(cell，单元)，其由电解质隔 开的阴极和阳极形成，借助于置于基本电池的阳极和接着的 (following，随后的)基本电池的阴极之间的互连板，基本电池被 串联电连接。互连板是例如由金属板形成的导电部件。此外这些金 属板确保阴极流体和阳极流体在分开的室中进行循环。

阳极和阴极由其中气体可以流动的多孔材料制成。

例如，在电解水以产生氢气的情况下，水蒸汽在阴极循环，其 中以气体形式产生氢气，以及排出气体在阳极循环并收集以气体形 式在阳极产生的氧气。

在高温电解槽中，引入的气体混合物对于由例如Cermet Ni/ZrO₂制成的阴极非常具有攻击性；因此，为了限制气体混合物 的攻击性水平，在水蒸汽引入电解槽以前将气体形式的氢气引入水 蒸汽，以将阴极保持在还原介质中。这种技术是相对有效的，然而 它不适用于工业水平，因为它尤其需要另外的氢气源。我们寻求在 输出端获得一种混合物，其包含5％至10％的氢气。

因此，本发明的目的是提供一种适合于工业应用的电化学反应 器，其中降低了对阴极环境的攻击性水平。

发明内容

上述目的的实现是通过一种电化学反应器，其包括适合于回收 一部分在电化学反应器的阴极产生的氢气的装置，以充实在所述阴 极循环的水蒸汽，从而降低围绕阴极的介质的攻击性水平。

更具体地说，回收通过互连板自然迁移至邻接阴极的阳极的氢 气。从而可以减少外部氢气的输入。

换句话说，在互连板中安置室以回收在阴极(接触于收集板) 产生的一部分氢气并将它送到阴极的输入端以减小阴极位于其中 的介质的攻击性。因此互连板还是氢气收集板。

此氢气是通过渗漏自然损失的氢气，因此它的收集并不减少在 电解槽的输出端回收的氢气量。

为此，电化学反应器使用互连板，其包括通过壁与阴极室和阳 极室分开的内室，按照借助于浓度差通过材料的渗透原理，氢气将 迁移通过在室中的阴极侧上的壁。因此位于室中的氢气然后被收集 以与气态水蒸汽混合。

根据另一种实施方式，水蒸汽在互连板中循环，因而同时被充 实有在室中收集的氢气。然后将此水蒸汽直接引入与互连板接触的 阴极室。于是减小了回路的尺寸以及其复杂性。

还可以使氦型非氧化性气体在互连板中循环以排空氢气，其中 与水蒸汽的混合发生在互连板的外侧。

本发明的主要目的是一种电化学反应器，其包括堆叠的多个基 本电解电池(也称“电解池”)，每个电解电池由阴极、阳极以及提 供在阴极和阳极之间的电解质形成，置于基本电池的每个阳极和接 着的基本电池的阴极之间的互连板，所述互连板与阳极和阴极电接 触，以及包括至少一个阴极室和至少一个阳极室，分别用于在阴极 和阳极循环流体，特征在于，互连板进一步包括至少一个室，用于 收集在阴极产生的至少一种气体，其中阴极分别通过第一和第二壁 与阴极室和阳极室隔开，所述第一壁至少具有一定厚度以允许气体 通过所述第一壁从阴极室扩散到上述室。

第一壁有利地具有小于200μm的厚度，以确保气体通过壁的 良好扩散。

根据本发明的电化学反应器特别适合于通过电解水来产生氢 气，然后水蒸汽在阴极中循环，扩散通过第一壁的气体是氢气。

在一种特别有利的实施例中，室在输入端连接于水蒸汽源以及 在输出端连接于与第一壁接触的阴极室，从而在收集氢气的同时充 实水蒸汽。

在另一个实施例中，室在输入端连接于非氧化性气体(例如氦 气)源，并在输出端连接于用于收集排出气体和氢气的装置。

还可以以有利的方式提供，第二壁对于气态氢是密封的以避免 氢气从收集室渗漏到阳极室。

阴极和阳极有利地由多孔材料制成并且电解质是固体。

根据本发明的电化学反应器特别适合于在高于700℃的高温下 进行运作。

附图说明

通过阅读以下描述并参照附图，将可以更好地理解本发明，其 中：

图1是根据本发明的电解槽的实施方式的一个实施例的侧视 图，

图2是图1所示电解槽的沿平面A-A的剖面图，