自呼吸式電化學純氧發生組件的製作方法
2023-06-20 03:26:46 4
專利名稱：自呼吸式電化學純氧發生組件的製作方法
技術領域：
本發明涉及電化學製造純氧的技術領域，具體為自呼吸式電化學純氧發生組 件。
背景技術：
現有的電化學純氧的製造設備，均需要在電解槽或/和電解液的環境中製造，其 結構複雜、製造氧氣過程繁瑣，且製造氧氣過程中易造成汙染、氧氣的純淨度不達標。
發明內容
針對上述問題，本發明提供了自呼吸式電化學純氧發生組件，其結構簡單、製造氧 氣過程簡單，製造氧氣的過程中無汙染，且製造出的氧氣純淨度高。自呼吸式電化學純氧發生組件，其技術方案是這樣的
其特徵在於其包括膜電極組件，所述膜電極組件包括陽極氣體擴散層、陽極催化層、 質子交換膜、陰極催化層、陰極氣體擴散層，所述質子交換膜包括中心部分以及四周外露部 分，多孔氣體端板、陰極密封框片、所述質子交換膜的四周外露部分、陽極密封框片、氧氣端 板依次緊固連接，所述多孔氣體端板的正中均布有小孔，所述小孔正對著所述陰極氣體擴 散層，所述陰極氣體擴散層連通外部直流電源負極，所述氧氣端板中部開有氧氣通孔，所述 氧氣通孔連通氧氣輸出管，所述陽極氣體擴散層連通外部直流電源正極。其進一步特徵在於所述多孔氣體端板為導電材料構成時，所述陰極氣體擴散層 直接貼合所述多孔氣體端板的內表面，所述多孔氣體端板外側通過導線連接外部直流電源 負極；
所述多孔氣體端板為非導電材料時，所述陰極氣體擴散層、陰極密封框片、多孔氣體端 板三者圍成的中間陰極空腔內裝有陰極集電層，所述陰極氣體擴散層連接陰極集電層，所 述陰極集電層為導電金屬絲繞形成螺旋狀或網狀，其外端穿過所述多孔氣體端板，連接外 部直流電源負極；
所述氧氣端板為導電材料構成時，所述陽極氣體擴散層貼合所述氧氣端板的內表面， 所述氧氣端板外側通過導線連接外部直流電源正極；
所述氧氣端板為非導電材料時，所述陽極氣體擴散層、陽極密封框片、氧氣端板三者圍 成的中間陽極空腔內裝有陽極集電層，所述陽極氣體擴散層連接所述陽極集電層，所述陽 極集電層為導電金屬絲繞形成螺旋狀或網狀，其外端穿過所述氧氣端板的金屬絲孔、連接 外部直流電源正極，所述陽極集電層和金屬絲孔間的間隙填裝有密封膠；
螺絲依次穿過多孔氣體端板、陰極密封框片、質子交換膜的四周外露部分、陽極密封框 片後，緊固於所述氧氣端板；
所述質子交換膜具體為氫離子交換膜。採用本發明的結構後，外接的直流電源的電壓差大於0. 65 V且小於1. 45V時，空 氣經由多孔空氣端板的小孔、陰極氣體擴散層通過擴散傳遞的方式被吸到陰極催化層，電子經由陰極側集電層、陰極氣體擴散層，進入陰極催化層，之後在陽極氣體擴散層、陽極催 化層、質子交換膜、陰極催化層、陰極氣體擴散層的共同作用下生成氧氣，氧氣從氧氣輸出 管輸出，其結構簡單、製造氧氣的過程簡單；由於製造氧氣的整個膜電極組件被封裝於內 部，產生的純氧只能從氧氣輸出管輸出，製造出的氧氣純淨度高；採用膜電極組件製造氧 氣，其製造氧氣的過程中無汙染。
圖1為本發明的具體實施例一的三維裝配結構示意圖； 圖2為本發明的具體實施例二的三維裝配結構示意圖3為本發明中膜電極組件的結構示意放大圖。
具體實施例方式具體實施例一見圖1、圖3，其包括膜電極組件1，膜電極組件1包括陽極氣體擴 散層9、陽極催化層10、質子交換膜11、陰極催化層12、陰極氣體擴散層13，質子交換膜11 包括中心部分以及四周外露部分14，螺絲7依次穿過多孔氣體端板5、陰極密封框片4、質子 交換膜的四周外露部分14、陽極密封框片15後、緊固於氧氣端板6，多孔氣體端板5為非導 電材料，陰極氣體擴散層13、陰極密封框片4、多孔氣體端板5三者之間圍成有中間陰極空 腔，中間陰極空腔內裝有陰極集電層3，陰極氣體擴散層13連接陰極集電層3，陰極集電層 3為導電金屬絲繞形成螺旋狀或網狀，其金屬絲可以為鉬絲、金絲、銀絲、鍍鉬絲、鍍金絲、鍍 銀絲，陰極集電層3外端穿過多孔氣體端板5，連接外部直流電源16的負極，多孔氣體端板 5的正中均布有小孔17，小孔17正對著陰極氣體擴散層13，氧氣端板6為非導電材料，陽極 氣體擴散層9、陽極密封框片15、氧氣端板6三者圍成有中間陽極空腔，中間陽極空腔內裝 有陽極集電層2，陽極氣體擴散層9連接陽極集電層2，陽極集電層2為導電金屬絲繞形成 螺旋狀或網狀，其金屬絲可以為鉬絲、金絲、銀絲、鍍鉬絲、鍍金絲、鍍銀絲，陽極集電層2外 端穿過氧氣端板6的金屬絲孔18、連接外部直流電源16的正極，陽極集電層2和金屬絲孔 18間的間隙填裝有密封膠(屬於現有成熟技術、圖中未畫出)；氧氣端板6中部開有氧氣通 孔19，氧氣通孔19連通氧氣輸出管8，質子交換膜11具體為氫離子交換膜。具體實施例二 見圖2、圖3，其包括膜電極組件1，膜電極組件1包括陽極氣體擴 散層9、陽極催化層10、質子交換膜11、陰極催化層12、陰極氣體擴散層13，質子交換膜11 包括中心部分以及四周外露部分14，螺絲7依次穿過多孔氣體端板5、陰極密封框片4、質 子交換膜的四周外露部分14、陽極密封框片15後，緊固於氧氣端板6，多孔氣體端板5的正 中均布有小孔17，小孔17正對著陰極氣體擴散層13，多孔氣體端板5為導電材料構成，導 電材料可以是石墨板、鉬板、金板、銀板、鍍鉬板、鍍金板、鍍銀板，陰極氣體擴散層13直接 貼合多孔氣體端板5的內表面，多孔氣體端板5外側通過導線20連接外部直流電源16的 負極，氧氣端板6為導電材料構成，導電材料可以是石墨板、鉬板、金板、銀板、鍍鉬板、鍍金 板、鍍銀板，陽極氣體擴散層9貼合氧氣端板6的內表面，氧氣端板6外側通過導線21連接 外部直流電源16的正極，氧氣端板6中部開有氧氣通孔19，氧氣通孔19連通氧氣輸出管 8，質子交換膜11具體為氫離子交換膜。其原理如下外接直流電源16電壓差大於0.65V且小於1.45V時，有氧氣產生，此時，空氣經由多孔空氣端板5的小孔17、陰極氣體擴散層13通過擴散傳遞的方式被吸到陰 極催化層12內，電子被傳導至陰極氣體擴散層13後進入陰極催化層12，在陰極催化層12 內空氣中的氧氣與電子以及經由質子交換膜11傳遞來的氫離子發生如下電化學反應，並 生成水，即，陰極反應02+4H++4e_ 2Η20。生成的水依靠濃差擴散方式通過質子交換膜11被傳遞到陽極催化層10中並被 分解成氧氣、電子和氫離子，即發生如下電化學反應2Η20 02+4H++4e_，純氧由此被濃縮而 成；在陽極催化層10裡生成的氫離子在電場力的作用下通過質子交換膜11傳遞到陰極催 化層12 ；在陽極催化層10裡生成的電子經由陽極氣體擴散層9引出，並最終返回到陰極催 化層12中；濃縮而成的純氧經由陽極氣體擴散層9、氧氣端板6的氧氣通孔19，最後從氧氣 出氣管8被釋放。陰極密封框片4置於質子交換膜的四周外露部分14和多孔空氣端板5之間、陽極 密封框片15置於質子交換膜的四周外露部分14和氧氣端板6之間，在螺絲7的預緊力作 用下形成無縫隙的密封面，其作用是保證所有產生的純氧只能進入氧氣通孔19，而不能從 其它地方洩漏出去；同時也防止了環境中的氣體漏入自呼吸式電化學純氧發生組件的陽極 區域中。
權利要求
自呼吸式電化學純氧發生組件，其特徵在於其包括膜電極組件，所述膜電極組件包括陽極氣體擴散層、陽極催化層、質子交換膜、陰極催化層、陰極氣體擴散層，所述質子交換膜包括中心部分以及四周外露部分，多孔氣體端板、陰極密封框片、所述質子交換膜的四周外露部分、陽極密封框片、氧氣端板依次緊固連接，所述多孔氣體端板的正中均布有小孔，所述小孔正對著所述陰極氣體擴散層，所述陰極氣體擴散層連通外部直流電源負極，所述氧氣端板中部開有氧氣通孔，所述氧氣通孔連通氧氣輸出管，所述陽極氣體擴散層連通外部直流電源正極。
2.根據權利要求1所述的自呼吸式電化學純氧發生組件，其特徵在於所述多孔氣體 端板為導電材料構成時，所述陰極氣體擴散層直接貼合所述多孔氣體端板的內表面，所述 多孔氣體端板外側通過導線連接外部直流電源負極。
3.根據權利要求1所述的自呼吸式電化學純氧發生組件，其特徵在於所述多孔氣體 端板為非導電材料時，所述陰極氣體擴散層、陰極密封框片、多孔氣體端板三者圍成的中間 陰極空腔內裝有陰極集電層，所述陰極氣體擴散層連接陰極集電層，所述陰極集電層為導 電金屬絲繞形成螺旋狀或網狀，其外端穿過所述多孔氣體端板，連接外部直流電源負極。
4.根據權利要求1所述的自呼吸式電化學純氧發生組件，其特徵在於所述氧氣端板 為導電材料構成時，所述陽極氣體擴散層貼合所述氧氣端板的內表面，所述氧氣端板外側 通過導線連接外部直流電源正極。
5.根據權利要求1所述的自呼吸式電化學純氧發生組件，其特徵在於所述氧氣端板 為非導電材料時，所述陽極氣體擴散層、陽極密封框片、氧氣端板三者圍成的中間陽極空腔 內裝有陽極集電層，所述陽極氣體擴散層連接所述陽極集電層，所述陽極集電層為導電金 屬絲繞形成螺旋狀或網狀，其外端穿過所述氧氣端板的金屬絲孔、連接外部直流電源正極， 所述陽極集電層和金屬絲孔間的間隙填裝有密封膠。
6.根據權利要求1所述的自呼吸式電化學純氧發生組件，其特徵在於螺絲依次穿過 多孔氣體端板、陰極密封框片、質子交換膜的四周外露部分、陽極密封框片後，緊固於所述 氧氣端板。
7.根據權利要求1所述的自呼吸式電化學純氧發生組件，其特徵在於所述質子交換 膜具體為氫離子交換膜。
全文摘要
本發明提供了自呼吸式電化學純氧發生組件，其結構簡單、製造氧氣過程簡單，製造氧氣的過程中無汙染，且製造出的氧氣純淨度高。其特徵在於其包括膜電極組件，所述膜電極組件包括陽極氣體擴散層、陽極催化層、質子交換膜、陰極催化層、陰極氣體擴散層，所述質子交換膜包括中心部分以及四周外露部分，多孔氣體端板、陰極密封框片、所述質子交換膜的四周外露部分、陽極密封框片、氧氣端板依次緊固連接，所述多孔氣體端板的正中均布有小孔，所述小孔正對著所述陰極氣體擴散層，所述陰極氣體擴散層連通外部直流電源負極，所述氧氣端板中部開有氧氣通孔，所述氧氣通孔連通氧氣輸出管，所述陽極氣體擴散層連通外部直流電源正極。
文檔編號C25B1/02GK101967650SQ201010502840
公開日2011年2月9日 申請日期2010年10月11日 優先權日2010年10月11日
發明者餘晴春, 胡鳴若 申請人:無錫國贏科技有限公司