[发明专利]稳定强电场恒电流电解池及其电解装置

说明书

技术领域

本发明涉及电解法应用领域，尤其涉及一种稳定强电场恒电流电解池及其电解装置。

背景技术

电解和电解槽的基本结构和工作原理由来已久。有阴、阳两级的电解池中电解质离子常处于无秩序的运动中，通直流电后，离子作定向运动。阳离子向阴极移动，在阴极得到电子，被还原；阴离子向阳极移动，在阳极失去电子，被氧化。电解广泛应用于冶金工业中，如从矿石或化合物提取金属(电解冶金)或提纯金属(电解提纯)，以及从溶液中沉积出金属(电镀)。金属钠和氯气是由电解溶融氯化钠生成的；电解氯化钠的水溶液则产生氢氧化钠和氯气。电解水产生氢气和氧气。水的电解就是在外电场作用下将水分解为H2(g)和O2(g)。电解是一种非常强有力的促进氧化还原反应的手段，许多很难进行的氧化还原反应，都可以通过电解来实现。

弱电解质：如在水电解过程中，阴、阳两极需要较大的电位差，OH^-在阳极失去电子，被氧化成氧气放出；H⁺在阴极得到电子，被还原成氢气放出。所得到的氧气和氢气，即为水电解过程的产品。

强电解质：在电极上发生氧化或还原反应，而在阳极或阴极上施加的最小电位称为析出电位。以0.1mol/L的H₂SO₄介质中电解0.1mol/LCuSO₄溶液为例：

阴极反应      Cu²⁺+2e→Cu↓

阳极反应      2H₂O→O₂↑+4H⁺+4e

电极总反应    2Cu²⁺+2H₂O→2Cu↓+O₂↑+4H⁺

其中，电解水的电解槽，或者说电解法制备氢、氧的电解槽或电解装置，其结构与工作原理，参看附图1所示。现有电解池原理及结构是由直流电源1.1、阴极板1.2、电解槽1.3、隔板或离子交换膜1.5、阳极板1.4所组成，其存在的优缺点是：

优点：结构简单，针对中、强电解质在阳极或阴极上可施加最小电位与控制电流的方法。由法拉第电解定律可知，可以较高的电流效率进行电解反应，就可以通过测量进行电解反应所消耗的电量(库伦数)，得到电极上起反应的物质的量。所谓100％的电流效率，指电解时电极上只发生主反应，不发生副反应。影响电流效率的主要因素有：溶剂的电极反应、电解质中的杂质在电极上的反应、溶液中可溶性气体的电极反应、电极自身的反应等。

缺点：针对弱电解质在阳极或阴极上无法施加最小电位与控制电流的方法。如水电解过程中，阴、阳两极需要较大电位差，电能的消耗为电解化学式：

能量(电)：2H₂O→O₂↑+2H₂↑+热能(温度)

阴极      2H₂O+2e-→H₂↑+2OH^-

阳极      4OH^-→O₂↑+2H₂O+4e-

所以现有的电解池原理在水电解过程中，阴、阳两极需要较大电位差，OH^-在阳极失去电子，被氧化成氧气放出；H⁺在阴极得到电子，被还原成氢气放出，同时电解池热能消耗较大。

发明内容

为了克服现有的电解池原理及技术装置的不足，本发明提供一种“稳定强电场恒电流电解池及其电解装置”。该稳定强电场恒电流电解池及其电解装置能够提高电解过程的工作效率，减少其中的热损耗，尤其应用在弱电解质的电解分析中电解效率较高。

实现本发明目的的技术方案是：

一种稳定强电场恒电流电解池，在电解池中装有电解质，并设有分别与低压直流电源连接的低压阴极板和低压阳极板，该阴极板与阳极板之间设有隔板或离子交换膜，其特征是：电解池中还设有高电压电源系统，该高电压电源系统分别与高压阴极板、高压阳极板连接；所述的高压阴极板与所述的低压阴极板组成复合阴极板；在该复合阴极板中的高压阴极板外表面设有绝缘层，使该高压阴极板与低压阴极板、该高压阴极板与电解质，均呈电隔离；所述的高压阳极板的外表面设有绝缘层，使该高压阳极板与低压阳极板、该高压阳极板与电解质，均呈电隔离。

所述的高压阴极板与高压阳极板，其中的低压阴极板和低压阳极板，可以采用以下形式设置：