[发明专利]三腔室电化学反应器

说明书

本发明公开一种三腔室电化学反应器，包括阳极腔室、中间腔室和阴极腔室组成；所述阳极腔室和中间腔室之间用阳离子交换膜分隔开，所述阳极腔室包括阳极框板、阳极板；所述中间腔室包括中间框板和内部流场；所述阴极腔室和中间腔室由阴离子交换膜分隔开，所述阴极腔室包括催化反应层、阴极板和阴极框板；其中，所述阴极框板和阳极框板都设置有电极电位测试孔，所述电极电位测试孔露出所述阳离子交换膜或所述阴离子交换膜。本发明的三腔室电化学反应器中阴极框板和阳极框板都设置有电位测试孔，可以准确诊断和监控反应器的运行状态，并适当调整相应的参数实现控制产物选择性和提高电流效率的目的，进而使增大产量成为可能。

技术领域

本发明涉及电化学领域，具体涉及三腔室电化学反应器。

背景技术

电化学转化是实现二氧化碳资源化再利用的重要途径，电解池是完成这种转化的关键设备。目前，二氧化碳电化学转化技术普遍采用单膜两室型电解池结构，阴膜或阳膜。阴膜两室池和阳膜两室电解池各有优缺点，冲突焦点之一在于不能兼顾二氧化碳利用率和选择性。阳膜两室电解池是研究较多的传统二氧化碳电化学反应器，在这种反应器中由于二氧化碳从阴极到阳极的越膜传输行为相当轻微，故而二氧化碳的利用率较高，但因阴极电解质环境对析氢比对二氧化碳电还原更有利，故而二氧化碳电化学转化的选择性不高。阴膜两室电解池虽进入研究视野较晚，但这种反应器克服了电解质环境及二氧化碳溶解度的障碍，故具有很高的二氧化碳电还原选择性，然而因阴离子导电本质的局限，阴膜两室电解池具有严重的二氧化碳和产物越膜传输等行为，因此二氧化碳的利用效率较低。

同时具有阴膜和阳膜的两膜三室型电解池结构在近年来成为电化学反应器开发的一个技术热点，如论文(Electrochemical conversion of CO₂ to formic acidutilizing Sustainion^TMmembranes,Journal of CO₂Utilization 2017,20,208-217.)中，具有纤维填充型中间室的两膜三室型电解池，获得了较高的二氧化碳利用率和转化电流效率，成功克服了单膜两室型电解池所面临的矛盾问题，并发挥了它们的优势。但是这种新型电解池结构复杂，影响电解池性能的因素较多，如各腔室内阻、电极活性、元件配合度、中间腔室流体流动阻力等，以及在长久运行过程中可能会显露出来的各种潜在因素。因此仅通过监控极化曲线、电流密度大小的方式无法反馈和确定电解池甚至是各腔室的工作状态，难以对运行过程中电解池整体甚至是各腔室的性能参数变化做出诊断和调整。为此，需要对这种新型电解池尤其对由大面积多片单池组成的大型电堆增加必要的监控和诊断功能，以便预测和及时发现、诊断、锚定、解决及改进问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明的主要目的是提供一种三腔室电化学反应器。

本发明提供一种三腔室电化学反应器，包括阳极腔室、中间腔室和阴极腔室组成；所述阳极腔室和中间腔室之间用阳离子交换膜分隔开，所述阳极腔室包括阳极框板、阳极板；所述中间腔室包括中间框板和内部流场；所述阴极腔室和中间腔室由阴离子交换膜分隔开，所述阴极腔室包括催化反应层、阴极板和阴极框板；其中，所述阴极框板和所述阳极框板都设置有电极电位测试孔，所述电极电位测试孔漏出所述阳极板或所述阴极板电极。

根据本发明的一实施方式，所述中间框板、所述阴极框板和所述阳极框板中的一者或多者设置有膜电位测试孔，所述膜电位测试孔露出所述阴离子交换膜和/或所述阳离子交换膜。

根据本发明的另一实施方式，所述阳离子交换膜和/或所述阴离子交换膜包括向所述电化学反应器一个方向以长线或长条延长至所述反应器外部形成的离子引线，所述离子引线的尾部和参比电极安装于盛有电解质溶液的容器内。

根据本发明的另一实施方式，所述离子引线由裁切成长线或长条状的阳离子交换膜和/或阴离子交换膜叠压至所述电化学反应器的相应的所述阳离子交换膜和/或所述阴离子交换膜形成。