[发明专利]一种管式双离子型电解池

说明书

本发明提供了一种管式双离子型电解池，包括金属管，从所述金属管的内壳往金属管中心方向以管式结构依次设置氧气通道、阴极、阴极电解质层、水蒸气通道、阳极电解质层、阳极和氢气通道。本发明的一种管式双离子型电解池，结构简单，气体浓差极化电势可以大大降低，水解制氢的效率可以提高到70％以上。

技术领域

本发明涉及一种电解池，特别涉及一种管式双离子型电解池。

背景技术

Power-to-Gas是分布式能源技术发展趋势之一，通过电解水将电能转换成可以稳定存储的氢气。氢气通过天然气管道运输，也可以压缩氢气到高压气罐，通过交通工具运输到电力使用区域，解决离网电力需求。氢气的作用还可以体现在电力低谷时，将低价电转换成稳定的化学物质储存，在电力紧张时期进行电力供应，起到用电削峰填谷的作用。

常见电解水技术分为碱式电解水技术和高温电解水技术，从热力学和动力学的角度上讲，高温电解制氢可以将电能以较高效率转化为化学能。例如高温电解水槽可以达到接近100％的转化效率，一部分能量产生热量，一部分转化为化学能：氢气。聚合物膜电解效率一般在50％左右，而碱性电解技术效率更低。

高温电解槽通常有三层结构：阳极、阴极、电解质。以纯水为电解质，反应式为：阳极是水蒸气反应场所，也是氢气生成的场所，阴极是氧气产生的场所，电解质是氧离子传递的介质。通常阳极、阴极是多孔电极，既要满足气体在电极内扩散，也要满足电子、电离后的质子(或氧离子)传递。而电解质是致密层，除了满足氧离子传输，还要起到分离阴、阳两极气体的作用。单个电解槽的工作面积有限，为了达到规模化电解水制氢，通常将若干电解槽串并联起来，而反应气体水蒸气和产物氢气混合在一起在电解槽内流动，一方面混合气体会降低水蒸气的反应速率，另一方面混合气体也阻碍了氢气及时排出，这也就是所谓的气体浓差极化电势。

传统的电解槽三层结构设计不能解决气体浓差极化电势，只有通过新的结构设计，让反应物、产物分离才能彻底解决。高温电解槽的材料通常采用耐高温的金属陶瓷，结构方面使用较多的有平板式和管式结构。相比较平板式，管式结构连接简单，不需要密封。由于高温条件下电解槽材料的成本较高，寿命也相对较短，因此，进一步地提高电解效率是高温电解水技术发展的趋势。

名称为包括高温蒸汽电解池电池的产氢电池(专利号为CN201180061466.7)的专利文献公开了具有管状几何形状的电池包括金属管，和依次放置在所述金属管的外侧面周围的高温蒸汽电解池电池的多孔阳极、高温蒸汽电解池的致密电解质、高温蒸汽电解池的多孔阴极、具有开孔孔隙率的多孔厚层、电化学泵的多孔阳极、电化学泵的致密电解质、电化学泵的多孔阴极和外部金属管。水蒸气从具有开孔孔隙率的多孔厚层进入后在高温蒸汽电解池的多孔阴极上分解成氢气和氧离子，氢气经电化学泵的多孔阳极转化成氢离子后依次通过电化学泵的致密电解质后进入外面一层电化学泵的多孔阴极并在多孔阴极还原成氢气后流出，氧离子通过高温蒸汽电解池的致密电解质后向高温蒸汽电解池电池的多孔阳极扩散并在多孔阳极被氧化成氧气，氧气从金属管的孔隙流入金属管内并从金属管流出。该专利文献中的电池结构较复杂，水电解反应的活性层为电化学泵的多孔阴极和高温蒸汽电解池电池的多孔阳极，中间夹杂的多孔厚层并不参与反应，这种结构增加了气体扩散极化电势，影响了氢气的转化效率。

发明内容

本发明旨在提供一种结构简单、可提高水解制氢的效率、提高氢气转化率的管式双离子型电解池。本发明通过以下方案实现：

一种管式双离子型电解池，包括金属管，从所述金属管的内壳往金属管中心方向以管式结构依次设置氧气通道、阴极、阴极电解质层、水蒸气通道、阳极电解质层、阳极和氢气通道。