[发明专利]用于生成氢的电解池单元

说明书

本发明涉及一种用于通过对水进行电解生成氢的电解池单元，包括由固体聚合物电解质碱性膜(4)隔开的阳极室(10)和阴极室(9)。阳极室(10)包括至少部分地浸入水层(19)中的正电极或阳极(3)，并且阴极室(9)包括负电极或阴极(2)。池单元(1)包括在第一封闭板(7)和第二封闭板(8)之间。设置在第一封闭板(7)的中心部分的拉杆(22)穿过第一封闭板(7)、池单元(1)和第二封闭板(8)。用于输送在阴极室(9)中生成的氢的中央收集器(21)与拉杆(22)同轴地布置，并且通过在拉杆(22)中形成的开口(23)与阴极室(9)连通。

技术领域

本发明涉及一种用于通过对水进行电解生成氢的电解池单元(电解池)。

背景技术

已知通过对水进行电解生成氢的各种方法。它们可以在下述项之间进行区分：

——HHO：该技术用作电解质，即，保证电流在溶液、水溶液中的氢氧化钾KOH或氢氧化钠NaOH中通过的方法，通常按重量计在25％至35％之间。将该溶液放置在两个不锈钢电极之间，并通过向两个电极施加电压在同一容器中将水分解成氢和氧。这产生氢/氧比为2：1的潮湿气体(也含有电解质)的混合物。

——碱性水电解：这种最广泛使用的技术在概念上类似于HHO方法，不同之处在于形成气态氢和气态氧的室由防止它们混合在一起的塑料材料隔膜隔开。在室的出口处放置合适的净化器，这些净化器用于通过回收电解质使液体从气体分离，并用于除去通过隔膜与氢混合的一小部分氧。

——PEM：是“聚合物电解质膜”的首字母缩写。在该技术中，室被聚合物膜隔开，该聚合物膜既作为固态电解质(酸性电解膜)，又作为室的隔离物。

——SOE：是“固体氧化物电解质”的首字母缩写。该技术需要使用通过蒸汽的高温(HT)，因此它也被定义为“HT-蒸汽电解”。在该技术中，电解质由陶瓷隔膜表示。

——HT-碱：这是一种基于传统碱性技术通过使用高温(通常最高达400℃)改善其性能的新的、最近开发的技术。

——AEM：是“碱性电解质膜”的首字母缩写，即碱与聚合物膜电解质。这是最近开发的技术，因此它仍未得到广泛应用，尽管它结合了PEM技术的优点和传统碱性技术的优点。

通过电解大规模生产氢目前由传统的碱性技术支配，而对于小的应用，PEM技术非常普遍。HHO技术适于生成将其用途限制在少数特定应用中的纯度极低的气体混合物。HT-蒸汽电解(或SOE)仅用于特殊应用，而HT-碱性技术仍处于试验阶段。AEM技术最近正在开发中，但由于合适的高性能和长效阴离子交换膜(碱性)的开发，其工业应用遇到了一些问题。

传统的碱性和PEM技术的主要优点来自低操作温度(分别为约80℃和50℃)，这使得可以在相较于高温技术诸如HT-蒸汽和HT-碱的热要求适度的情况下进行电解过程。此外，在传统的碱性和PEM技术中使用的电解池单元具有相对快速的启动和关闭阶段，由于它们的低操作温度，这些阶段不如在高温下工作的池单元那么关键。与SOE技术中使用的固体氧化物池单元相比，PEM技术中使用的聚合物膜池单元不那么易碎，因此它们可以用于在移动应用中和较高压力下生成氢和氧。

出于实用目的，传统的碱性和PEM技术是主要由工业采用的技术，尽管AEM技术正受市场日益增长的关注。

相较于碱性电解池单元，PEM池单元在可应用于市场中的专营市场(niches)的小型高效单元中提供了更好的氢生成性能，尽管许多公司正在尝试使该技术适于生产大型池单元或电解槽。此外，PEM池单元不使用液体电解质，并且具有提供高电流密度和高池单元效率的优点。

上述两种技术共同的问题涉及被水蒸气饱和的所生成的氢的纯度。这在使用或储存氢之前需要干燥过程。