[发明专利]压滤式水电解槽

说明书

所属技术领域

本发明属水电解制氢装置，特别涉及一种水电解制氢行业使用的压滤式水电解槽。

背景技术

在水电解制氢行业中，广泛使用的水电解制氢装置一般都是由穿孔板制造的主电极，阴、阳极室分隔板做辅助电极，电极的支撑结构为模具冲压成型的凹凸盘。这种结构有如下不足之处：

1、穿孔板电极为刚性的平板电极，实际的加工和组装过程不易保证较小的平面度和阴、阳极的良好的平行度，造成阴、阳极有间隙，导致极距不均匀，因此也就不能保证电流的均匀性，在一定程度上限制了电流密度的提升。

2、穿孔板电极不具备理想的气体扩散通道和液体流通通道，因此不利于气体的扩散和液体的流通，造成电解液充气度增加，不利于电解反应的进行。

3、凹凸盘电极支撑结构复杂，需要成型精度很高的模具和大吨位的压力机才能完成，制造难度大，生产成本较高。

4、由于凹凸盘电极支撑的数量有限，导致与穿孔板电极的接触面积有限，限制了电流密度进一步提高。一般电流密度为1500～2200A/m²。

5、凹凸盘电极支撑结构要求阴、阳极应具有一定的刚度和强度，否则阴、阳极侧的压差会造成电极的永久变形，导致设备不能正常运行。

6、穿孔板电极和凹凸盘电极支撑结构是硬性的刚性结构，导致阴阳极与隔膜具有一定的间隙。一般为2～3mm。这无疑又增加了电解过程中电解液的电压降，增加了能耗。

发明内容

本发明的目的是克服上述水电解制氢装置的不足，设计一种结构简单、制造维修方便、氢气纯度高、体积小、重量轻、适于高电流密度条件下运行的压滤式水电解槽。

本发明的任务在于，一种压滤式水电解槽，包括阳极半槽体、阴极半槽体、位于二者之间的至少有一个双极性单元槽体、以及位于三者之间的绝缘密封垫片，阳极半槽体、双极性单元槽体的阳极室内安装柔性的金属或由金属丝织造的网状的主阳极、网状的辅助阳极和具有透气通液网孔结构和弹性扩张性能的阳极支撑组件，阴极半槽体、双极性单元槽体的阴极室内安装柔性的金属或由金属丝织造的网状的主阴极、网状的辅助阴极和具有透气通液网孔结构和弹性扩张性能的阴极支撑组件，主阳极和主阴极之间安装隔膜。

所述的阳极半槽体和双极性单元槽体的下端设有电解液进口公用管道，上端设有电解液出口公用管道，阴极半槽体和双极性单元槽体上设有氢气公用管道，阳极室通过电解液分支管道与电解液进口公用管道、电解液出口公用管道连通，阴极室通过氢气分支管道与氢气公用管道连通。

所述的主阳极和主阴极与隔膜以膜极距安装。

所述的主阳极为带有活性涂层或镀层或不带活性涂层或镀层的内部具有大量相通的三维立体网状结构的柔性泡沫状镍或海绵状镍或由镍丝或镍合金丝织造的金属网。主阴极为带有活性涂层或镀层或不带活性涂层或镀层的内部具有大量相通的三维立体网状结构的柔性泡沫状镍或海绵状镍或由镍丝或镍合金丝或不锈钢丝织造的金属网。

所述的辅助阳极是由镍丝或镍合金丝织造的金属网，辅助阴极是由镍丝或镍合金丝或不锈钢丝织造的金属网。

所述的阳极支撑组件、阴极支撑组件为一张或多张叠加在一起的具有一定的基材厚度的镍板或不锈钢板拉制成的具有一定长节距和短节距及丝梗宽度的钢板网。

所述的隔膜为微孔膜或离子膜。

本发明的压滤式水电解槽具有如下特点：

1、由于阴极室内没有电解液循环，可使电解系统无需配套氢气的分离设备，因此既简化了电解工艺流程、降低了成本又提高了气体的纯度，还减小了漏电流，提高了电流效率。

(1)、阴极室没有电解液的通道，阳极室的电解液通过隔膜渗透到阴极，在隔膜与电极之间进行电解，产生的氢气直接通过氢气分支管道进入氢气公用管道后排出，由于气体中不含电解液，因此气体排出后不需要进行气液分离设备，既简化了流程，降低了设备投资，又减小了整体设备的体积。

(2)、在电解槽工作过程中，公用管道电解发生在阴极半槽体、阳极半槽体以及各个双极性单元槽体的电解液进、出口公用管道之间，是影响气体纯度的一个因素，与阴极室连通的电解液进、出口公用管道的电解会使氧气进入氢气管路，使氢中含氧。与阳极室连通的电解液进出口公用管道电解会使氢气进入氧气管路，使氧中含氢。另外电解液进出口公用管道电解会消耗一部分电解电流，使电流效率下降。本压滤式水电解槽由于阴极室没有设置电解液的进出口公用管道，氢气中不含电解液，因此既避免公用管道电解给氢气纯度带来的影响又提高了电流效率。气体纯度为99.99％～99.999％，电流效率大于99％。