[发明专利]一种电解水双功能电极结构

说明书

本发明公开了一种电解水双功能电极结构，包括电解催化层和合成催化层，该结构能够实现电解水蒸气和二氧化碳直接产生甲烷。

技术领域

本发明属于高温电解制氢技术领域，涉及一种电解水双功能电极结构。

背景技术

目前，电解水制氢技术主要分为三种，碱性电解水制氢技术、质子交换膜电解水制氢技术和高温电解水制氢技术。前两种电解水制氢技术，属于低温电解水技术范畴，以液态水为电解原料，电解效率相对于高温电解水制氢效率较低，高温电解水可以以水蒸气为原料，可以利用发电厂、化工厂等副产的蒸汽进行电解。

高温电解水制氢技术又包括高温熔融碳酸盐电解水制氢技术和高温固体氧化物电解水制氢技术，这两种技术如果以水蒸气为原料，其电解产物为氢气和氧气，如果以水蒸气加二氧化碳为原料，还可产生合成气和氧气。合成气作为重要的化工原料，可以进一步生产甲烷、甲醇等化工产品。

但是目前这两种技术所用的阴极材料均为单一功能电极，不能直接产出甲烷等化工产品。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种电解水双功能电极结构，该结构能够实现电解水蒸气和二氧化碳直接产生甲烷。

为达到上述目的，本发明所述的电解水双功能电极结构包括电解催化层和合成催化层。

电解催化层处，在外加电解电压时发生的反应为：

CO₂+H₂O＝CO+H₂+O^2- (1)。

电解催化层处，在外加电解电压时发生的反应为：

3CO₂+H₂O＝CO+H₂+2CO₃^2- (2)。

在合成催化层处，在电解池工作温度下发生的反应为：

CO+3H₂＝CH₄+H₂O (3)。

电解催化层的孔隙率为20～80％，电解催化层的材质为镍、铂、铱、镍钴、镍铝、镍铬及镍铱锆中的一种或多种组合。

合成催化层包括基底材料以及附着于基底材料内部孔道中的活性物质组成；

基底材料的材质为氧化钛、氧化铝、氧化铁或偏铝酸锂；

活性物质为指铂、铑、镍或任意多种的合金；

活性物质在多孔基底材料内部孔道中的担载量为5～25％。

电解催化层的材质为镍铱锆催化剂；

合成催化层的活性组分为铂。

电解催化层的孔隙率为50％。

电解催化层的材质为镍催化剂；

合成催化层的活性组分是铂镍合金。

电解催化层的孔隙率为70％。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的电解水双功能电极结构在具体操作时，在外加电解电压下，通入二氧化碳和水蒸气发生反应，产生的CO₃^2-通过电解质层传递至阳极，生成氧气和二氧化碳，然后在合成催化层的作用下生成甲烷，操作方便，便于推广及应用。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：