[发明专利]一种基于三电极体系的两步法电解水制氢装置及其应用

说明书

本申请公开了一种基于三电极体系的两步法电解水制氢装置及其应用，该装置至少包括：单电解槽、电源、第一三通阀、氢气‑电解液分离器、氧气‑电解液分离器、第二三通阀、电解液冷却机构以及电解液循环机构；单电解槽具有进液口、排液口、析氧阳极、析氢阴极、NiOOH/Ni(OH)₂复合电极，析氧阳极与析氢阴极之间不设置隔膜。通过上述方式，本申请装置采用单电解槽的结构，并将多个零组件整合于单一机体中，体积小、省空间、效果佳，使用上操作简单并具备安全性与高效能，能满足电子业制程气体、分析设备、合成用氢气或其它作业的需求。

技术领域

本申请涉及电解制氢技术领域，具体涉及一种基于三电极体系的两步法电解水制氢装置及其应用。

背景技术

电解水制备氢气操作相对简单，技术相对成熟，而且制氢过程没有污染，是实现大规模生产氢气的重要手段。在当前的制氢工业生产中，碱性水电解技术工业化早、技术成熟、设备成本低，因此碱性水电解在水电解行业中占主导地位。但因为其能耗较高，限制了它的广泛应用。更为重要的是，常规的电解水技术在电极过程中阴阳极同时电极生成氢气和氧气，这将很容易导致氢气和氧气的混合，容易发生安全事故，且致使所制备的气体不纯，后续的提纯则将大大增大制备成本。采用离子选择性膜隔开在析氢催化电极产生的氢气和析氧催化电极产生的氧气是一种有效的解决方案，但是离子选择性膜的使用也大大增加了成本，不适用于大规模生产。

发明内容

本申请的目的在于提出一种详细的基于三电极体系的两步法电解水制氢装置的设计方案，旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为达到上述目的，本申请提出一种基于三电极体系的两步法电解水制氢装置，所述装置至少包括：单电解槽、电源、第一三通阀、氢气-电解液分离器、氧气-电解液分离器、第二三通阀、电解液冷却机构以及电解液循环机构；

所述单电解槽具有进液口、排液口、析氧阳极、析氢阴极、NiOOH/Ni(OH)₂复合电极，所述析氧阳极与所述析氢阴极之间不设置隔膜，其中，所述析氢阴极、所述NiOOH/Ni(OH)₂复合电极以及所述电源组成第一电路，所述析氧阳极、所述NiOOH/Ni(OH)₂复合电极以及所述电源组成第二电路；

当所述单电解槽处于析氢工作状态时，所述第一电路闭合且所述第二电路断开；

当所述单电解槽处于析氧工作状态时，所述第二电路闭合且所述第一电路断开；

所述第一三通阀的公共端a1连接所述单电解槽的排液口，所述第一三通阀的出口端a2连接所述氢气-电解液分离器，所述第一三通阀的出口端a3连接所述氧气-电解液分离器，所述氢气-电解液分离器的下出口端连接所述第二三通阀的入口端b2，所述氧气-电解液分离器的下出口端连接所述第二三通阀的入口端b3，所述第二三通阀的公共端b1连接所述电解液冷却机构，所述电解液冷却机构的出口端连接所述电解液循环机构的进口端，所述电解液循环机构的出口端连接所述电解槽的进液口；

所述氢气-电解液分离器用于接收自所述出液口排出的氢气和电解液的混合物，并对其中的氢气和电解液进行气液分离，分离后的电解液被输送到所述电解液冷却机构中；

所述氧气-电解液分离器用于接收自所述出液口排出的氧气和电解液的混合物，并对其中的氧气和电解液进行气液分离，分离后的电解液被输送到所述电解液冷却机构中；

所述电解液冷却机构用于对分离后的电解液进行温度调控；

所述电解液循环机构用于将温度调控后的电解液循环到所述电解槽中。