[发明专利]一种基于双极电极体系电解水制氢装置

说明书

本发明公开了一种基于双极电极体系电解水制氢装置，涉及水电解技术和氢能源领域。本发明包括三个电极：析氢阴极、析氧阳极、以及双极电极。双极电极置于电解槽中部，将电解槽中的碱液完全分隔，构成阴极析氢室和阳极析氧室，使氢气和氧气完全隔离。双极电极材质为泡沫镍及掺杂钴，碱液中镍表面发生阳极氧化生成Ni(OH)₂/NiOOH氧化物覆盖层。电解水时，与析氢相对的镍表面发生Ni(OH)₂到NiOOH的阳极反应，与析氧相对的镍表面发生逆向的阴极反应，即一体双侧双极。双极电极与智能切换控制机构连接，对双极电极两侧进行“间隔换边式”或“连续旋转式”的切换，使电解过程持续进行。本发明采用一块金属代替离子隔膜，同步分室完成产氢和产氧，降低隔离成本，提高效率。

技术领域

本发明属于水电解技术领域，特别是涉及一种基于双极电极体系电解水制氢装置。

背景技术

能源是发展国民经济、提高人民生活质量的重要物质基础，是直接影响经济发展的重要制约因素，同时也是国家战略安全保障的基础之一。为解决经济发展与能源短缺及环境污染之间日益加剧的矛盾，开发清洁、高效、可持续发展的新能源动力技术已成为十分紧迫的任务。发展可再生能源和能源的清洁高效利用将是当今国际社会所面临的重要现实问题，对整个世界经济的可持续发展具有重要意义。氢能源作为高效、洁净和理想的二次能源已经受到了全世界的广泛重视。大规模、廉价地生产氢气是开发和利用氢能的重要环节之一。

如中国公开号CN105734600B公开一种三电极体系双电解槽两步法电解水制氢的装置及方法。该电解装置包含两个独立的电解槽(槽-1和槽-2)、析氢催化电极、析氧催化电极和氢氧化镍电极以及碱性电解质。该电解装置把电解水过程分为产氢和产氧两个步骤，并分别在两个电解槽(槽-1和槽-2)中交替进行；不能同时进行产氢和产氧，生产效率慢。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于双极电极体系电解水制氢装置，采用一块金属代替离子隔膜将电解槽中的碱液完全分隔，以泡沫镍及掺杂Co等材质为双极电极，通过两个电极端进行切换的活动电极的设置，同步分室完成产氢和产氧，降低隔离成本，提高生产效率和安全性。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为一种基于双极电极体系电解水制氢装置，包括电解槽：电解槽内设置一金属材质的隔板并通过隔板分隔成独立的阳极析氧室和阴极析氢室；

三个电极：对电解水生成氢气具有催化作用的析氢催化电极、对电解水生成氧气具有催化作用的析氧催化电极、以及双极电极；

碱性电解液：在阳极析氧室中的产氧气，在阴极析氢室中的产氢气；所述双极电极为一可将位于所述阳极析氧室和阴极析氢室的两个电极端进行切换的活动电极；所述双极电极连接有控制双极电极两个电极端进行切换插入所述阳极析氧室和阴极析氢室的电极控制切换机构。

进一步地，所述双极电极为一圆柱状结构；所述隔板上设置有与双极电极相配合的且呈竖直状设置的槽道；所述双极电极的顶部连接所述电极控制切换机构，所述电极控制切换机构为一包括电性连接的转动电机A和处理器；所述双极电极的材质为泡沫镍及掺杂钴，在碱液中镍表面发生阳极氧化生成Ni(OH)₂/NiOOH氧化物覆盖层。

进一步地，所述双极电极包括一U型电极本体，所述U型电极本体具有可分别插入阳极析氧室和阴极析氢室内的第一电极段和第二电极段；所述第一电极段和第二电极段均为泡沫镍，碱液中镍表面发生阳极氧化生成 Ni(OH)2/NiOOH氧化物覆盖层；所述U型电极本体的端部连接所述电极控制切换机构，所述电极控制切换机构包括一与U型电极本体连接的绝缘基板以及处理器，所述绝缘基板的上连接有电动伸缩机构，所述电动伸缩机构的端部连接有转动电机B；还包括设置所述阳极析氧室和阴极析氢室交汇处一侧的L型支架，所述转动电机B安装在所述L型支架上；且所述处理器分别连接电动伸缩机构和转动电机B。