懸浮電催化解水產氫裝置的製造方法

2023-10-23 22:48:12

懸浮電催化解水產氫裝置的製造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電催化和氫能源技術領域，特別涉及懸浮電催化解水產氫裝置。
【背景技術】
[0002]隨著人類社會的發展和進步，人類對能源的消耗需求日益增大，化石燃料如煤，石油，天然氣等不可再生燃料，將在不久的將來消耗殆盡，同時化石燃料燃燒所產生的廢氣，廢渣等都會帶來嚴重的環境汙染。由於氫能資源豐富，來源廣，氫的燃燒熱值高，清潔無汙染，越來越受到各國科學家的關注。電解水制氫是目前最為成熟，易於工業化，綠色環保的方法。然而在電解水制氫的過程中，能耗較高導致電解水制氫的低效，嚴重阻礙了電解水制氫的工業應用。利用電解水制氫電極通常具有兩種模式:一是製備電解水催化劑粉體，然後通過粘結劑負載在導電電極上進行電解水產氫。這種模式存在的問題是負載的催化劑容易脫落，而且粘結劑也會降低電催化劑活性，尤其是高負載量的情況下。另外一種模式是直接在導電電極上原位生長電催化劑。這種模式雖然避免了使用粘結劑，但是如果電催化劑長時間運行失效，電催化劑不能隨時更新。

【發明內容】

[0003]為了克服現有技術的上述缺點與不足，本發明的目的在於提供一種懸浮電催化解水產氫裝置，應用於電催化解水時，可採用微球電催化劑，避免了電催化劑的負載，獲得高的產氫效率。
[0004]本發明的目的通過以下技術方案實現:
[0005]懸浮電催化解水產氫裝置，包括電解池，所述電解池中設有將電解池分隔為陽極室和陰極室的質子交換膜;所述質子交換膜傾斜設置，下端貼於電解池的底部，上端貼於電解池的頂部;所述陽極室位於質子交換膜的上方，陽極室的側壁設有陽極，陽極室的頂部設有氧氣出口；所述陰極室位於質子交換膜的下方，陰極室的底部設有陰極，陰極室的頂部設有氫氣出口。
[0006]所述質子交換膜與水平面的夾角為45度。
[0007]所述陰極室以電解池的底部為其底部。
[0008]所述陰極的形狀與電解池的底部相同，所述陰極貼於電解池的底部上。
[0009]所述電解池的頂部為一塑料套帽，所述氫氣出口、氧氣出口設於塑料套帽上。
[0010]與現有技術相比，本發明具有以下優點和有益效果:
[0011](I)本發明的懸浮電催化解水產氫裝置，可使用微球電催化劑，電催化劑可以隨時更換，重複使用，實用性強，高效連續電催化的特點，達到了高效電解水產氫的效果。
[0012](2)本發明的懸浮電催化解水產氫裝置的陰極採用水平設置的形式，微球電催化劑無需固定負載在電極上，催化劑可由陰極承載，分散在電解液中，使氫氣氣泡更易脫附。
[0013](3)本發明的懸浮電催化解水產氫裝置的質子交換膜採用傾斜設置的方式，使氫氣易於匯集於產氫出口，並且增加了微球催化劑碰撞機率，使氫氣更容易脫附，從而獲得高的產氫效率。
[0014](4)本發明的裝置具有可簡單拆卸和搭建的特點。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明的實施例的懸浮電催化解水產氫裝置的示意圖。
[0016]圖2為本發明的實施例的懸浮電催化反應的示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合實施例，對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施方式不限於此。
[0018]實施例
[0019]如圖1所示，本實施例的懸浮電催化解水產氫裝置，包括電解池，為圓柱體結構，體壁為玻璃材質，底部密封，頂部為塑料套帽，設有氧氣出口 I和氫氣出口 2;所述電解池中設有將電解池分隔為陽極室3和陰極室4的質子交換膜5;所述質子交換膜傾斜設置，與水平面的夾角為45度，下端貼於電解池的底部，上端貼於塑料套帽上;所述陽極室3位於質子交換膜5的上方，陽極6採用方片型碳布，設於陽極室3的側壁，氫氣出口 I設於陽極室3的頂部;所述陰極室4位於質子交換膜5的下方，陰極7採用圓片型鈦片，形狀與電解池的底部相同，貝佔於電解池的底部，氫氣出口 2設於陰極室4的頂部。電催化劑碳化鉬微球8分散在電解液中。
[0020]本實施例的懸浮電催化解水產氫裝置的應用過程如下:
[0021]電催化劑採用直徑為500微米的碳化鉬微球，放置於陰極室內，碳化鉬微球重力作用沉積在陰極電極上；電解液採用0.5摩爾每升的硫酸水溶液，注入到反應裝置，液面高於陽極，低於反應裝置塑料套帽下5釐米，進行懸浮電催化反應。
[0022]如圖2所示，電催化劑碳化鉬微球加入到懸浮電催化解水產氫裝置的陰極室中，碳化鉬微球由於初始重力的作用沉積在電解池底部的陰極上。當在一定電壓下電流從電極間通過時，陰極上產生氫氣，陽極上產生氧氣，陽極室和陰極室通過質子交換膜進行質子交換。電解液中氫離子吸附在微球表面，在施加一定的外電壓得到電子後，傳遞給吸附在微球表面的氫離子，氫離子由於得到電子而發生還原反應，產生氫氣吸附在微球表面；由於氫氣產生向上的浮力Fb，當微球表面吸附的氫氣足夠多，產生的浮力Fb大於微球自身重力Fg，微球便會懸浮於電解液中；同時，電催化劑微球彼此碰撞，氫氣發生脫附，電催化微球由於重力作用沉到反應器底部陰極上，重複上述懸浮電催化反應，從而在懸浮電催化解水裝置中進行懸浮電催化過程。
[0023]本實施例的電解池可以是圓柱體，長方體，球體，電極和質子交換膜根據形狀尺寸調整。
[0024]本實施例的陽極材料可以是碳布、鈦網、玻碳、鉑、過渡金屬、金屬氧化物，根據電解液酸鹼性不同進行調整。
[0025]本實施例的陰極材料可以是鈦片、鎳片、不鏽鋼片、玻碳，耐腐蝕金屬，根據電解液酸鹼性不同進行調整。
[0026]本實施例的質子交換膜根據電解液不同，可以是酸性質子交換膜和鹼性質子交換膜。
[0027]本實施例的電催化劑微球可以是鉬基、過渡金屬基、貴金屬基和碳基電催化劑，形貌可以是球狀、方形、線性、片形，尺寸和重量與產生氫氣浮力匹配，進行調控。
[0028]本實施例的電解液可以是酸性電解液，鹼性電解液和中性電解液。
[0029]上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受所述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。
【主權項】
1.懸浮電催化解水產氫裝置，其特徵在於，包括電解池，所述電解池中設有將電解池分隔為陽極室和陰極室的質子交換膜;所述質子交換膜傾斜設置，下端貼於電解池的底部，上端貼於電解池的頂部;所述陽極室位於質子交換膜的上方，陽極室的側壁設有陽極，陽極室的頂部設有氧氣出口；所述陰極室位於質子交換膜的下方，陰極室的底部設有陰極，陰極室的頂部設有氫氣出口。2.根據權利要求1所述的懸浮電催化解水產氫裝置，其特徵在於，所述質子交換膜與水平面的夾角為45度。3.根據權利要求1所述的懸浮電催化解水產氫裝置，其特徵在於，所述陰極室以電解池的底部為其底部。4.根據權利要求3所述的懸浮電催化解水產氫裝置，其特徵在於，所述陰極的形狀與電解池的底部相同，所述陰極貼於電解池的底部上。5.根據權利要求1所述的懸浮電催化解水產氫裝置，其特徵在於，所述電解池的頂部為一塑料套帽，所述氫氣出口、氧氣出口設於塑料套帽上。
【專利摘要】本發明公開了一種懸浮電催化解水產氫裝置，包括電解池，所述電解池中設有將電解池分隔為陽極室和陰極室的質子交換膜；所述質子交換膜傾斜設置，下端貼於電解池的底部，上端貼於電解池的頂部；所述陽極室位於質子交換膜的上方，陽極室的側壁設有陽極，陽極室的頂部設有氧氣出口；所述陰極室位於質子交換膜的下方，陰極室的底部設有陰極，陰極室的頂部設有氫氣出口。本發明具有可簡單拆卸和搭建，電催化劑可以隨時更換，實用性強，高效連續電催化的特點，達到了高效電解水產氫的效果。
【IPC分類】C25B1/10, C25B9/00, C25B9/08, C25B11/04
【公開號】CN105714326
【申請號】CN201610194453
【發明人】周偉家, 陳潔, 佟慶笑, 唐正華
【申請人】華南理工大學