[发明专利]电解池中的压力差控制

说明书

发明领域

本发明涉及电解池，由于是涉及用于产生氢气和氧气的水电解池，以及在电解池膜/分隔器上的压力差控制。

发明背景

电合成是用于产生化学反应的方法，它是利用外部电源由在电化学电解池中通过阳极电极与阴极电极之间通过一个电解质的电流进行电驱动，一般地是直流电。在没有寄生反应的情况下，其产生速率正比于电流。例如，在液态碱性水电解池中，在水电解质中两个电极之间通过直流电来分裂水(反应物)成成份气体，即氢气与氧气，在此，产生的气体在各自的电极表面散发出来。

水电解槽一般地依赖于压力控制系统以控制电解池的两半部分之间的压力，以确保在电解反应中产生的两种气体即氢和氧保持分离而不会混合。

在当今化学应用的现有的单极性电解池设计中，一个电解池或一组电解池(并行地)包含在一个功能电解槽、电解池隔间或各自的容器中。每个电解池是由独立的容器内的电极对组件构成，其中每个电极对组件并行连接相当于一个单一的电极对。对电解池的连接是利用一个互连总线条(例如在加拿大专利号302,737、授与A.T.Stuart(1930)中所公开的)通过一个有限的区域接触实现的。利用采用上述的电解池隔间之间的总线条组件的点到点电连接，电流从一个电解池内的阴极部分流出到相邻电解池的阳极。电流通常从几个点处的一个电极开始和通过铆接、焊接或类似的连接方式与几个点处的下一电极的连接，并且每个连接必须能通过极大的电流密度。

大多数的过滤压力型电解槽利用各种材料对电解池的阳极和阴极部分进行绝缘，这样的材料包括金属、橡胶、陶瓷和各种纤维状的结构。在很多情况下，将O型凹槽机加工成框架，或者模压框架以便插入O型圈。一般地，来自组件的至少两种不同的材料必须包围电解池中的电极并且产生电解液循环、反应馈送以及产生物消除的通道。

1998年7月9日公开的、申请人为Electrolyser Corporation Ltd.和Stuart Energy System Inc.的WO98/29912描述了这样一种单极性电解池电解槽系统，该系统配置成单堆电解槽(SSE)中电流串流方式或多堆电解槽(MSE)中电流并流方式。前述的WO98/29912提供了用于SSE和MSE电解槽的部件和组件设计的细节。

在这里所用的术语“电解池”或“电化学电解池”是指包含至少一对电极的结构，其中电极包含相应地支撑在电解池堆配置中一个阳极和一个阴极。后者进一步包括一系列部件如环形框架和垫圈，通过该垫圈水电解质环绕以及产品脱离。该电解池进一步包括具有相应的用于在包围内密封和机械地支撑该分隔器的一个分隔器组件以及用于分隔相邻的电解池块的终端(end)壁。将多个电解池并行或串行地连接在一起以形成电解池堆，在用多少个电解池来形成所述的电解池堆方面没有限制，一个电解池块是包含一个或多个电解池堆的单元，以及多个电解池块通过一个外部总线条连接在一起。前述的PCT申请WO98/29912描述包含一个或多个电解池的功能电解槽，其中这些电解池并行、串行或组合连接方式连接在一起。

取决于这种电解池堆电化学系统的配置，在最简单的串行配置中，在每个堆的每一端都包含一个终端盒或在每个电解池块的末尾附着的终端盒的集合。当组装一个并行和串行组合的电解池时电解槽的其它实施例包括附着地连接到水平头盒(header box)的终端盒。

在电解质的电解期间的电解池堆的操作中，阳极用于产生氧气，而阴极用于产生氢气，这两种气体通过一个低气体渗透性膜分隔器来分隔和区分。分隔器的期望的特性包括：高电阻率，低离子阻抗力、低气体渗透性、良好的机械集成性以及低成本。

电解池内的气流与电解质通过环形框架和垫圈组件来导通，这些框架和垫圈还用于密封一个电解池部件到第二个部件以及在类似的容器中包含电解池堆配置中的电解质。