[发明专利]电解槽装置

说明书

本发明涉及一种电解槽装置，具有至少一个电解池，该电解池包括两个电极，即阳极和阴极，其中两个电极中的每个电极连接到一个电极室，该电极室用于填充液体电解质，其中两个电极室通过膜彼此隔开，并且其中对于两个电极分别设置有输送设备，输送设备用于在相应的回路(阴极回路和阳极回路)中将电解质输送穿过电极室并经由每个回路的至少一个收集容器回到电极室。本发明的特征在于，在电解池之外设置有用于在阴极回路与阳极回路之间输送辅助体积流的设备。

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的电解槽装置以及一种根据权利要求12的用于运行电解槽的方法。

背景技术

当前在能源市场上可以观察到重大变化。在能源过渡计划的范畴中，化石能源的使用被尽可能减少，因为化石能源引起大部分的二氧化碳排放。同时，虽然可再生能源能够提供大量的功率，但是不总是在所期望的地点和所期望的时间。一个技术挑战是通过使用多余的能量从二氧化碳(CO₂)生产有价值的产品，多余的能量特别是在可再生能源越来越多地馈入电网时产生。一种方法是通过电化学还原二氧化碳来生产气态的有价值的产品(诸如一氧化碳(CO)或乙烯(C₂H₄))。这样的反应例如在所谓的CO₂电解槽内进行。

CO₂电解槽的典型设计基于含水电解质，该含水电解质包含导电盐，即溶解在电解质中且导电的盐。这里将CO₂电解槽作为具有液体电解质的所有电解槽设备的示例讨论。利用阳离子渗透膜保持阳极室与阴极室彼此隔开。这防止了在阴极上形成的气态物质到达阳极侧。这也防止了在阳极侧上形成的气体(通常为氧气)到达阴极侧。因此避免了两种气体的相互混合。这对于排除(例如由于形成爆炸性气体混合物而引起的)危险的运行状况是必要的。但是，还存在避免气体混合的其他原因。例如，根据应用情况，存在对于产物气体中的气体纯度的要求。例如，用于厌氧气体发酵的CO允许只含有微量的氧气。

尽管所使用的膜实际上对于气体不可渗透，但是这些膜对于离子载流子必须是可渗透的。然而，在使用导电盐时，导电盐(例如钾)的阳离子运输经常发生在先，即，钾阳离子通过膜从阳极侧扩散到阴极侧。由此进而导致阳极侧上与阴极侧上的电解质之间存在阳离子浓度差异。

总之可以确定，(除质子以外的)阳离子的转移会导致许多缺点。因此期望的是，阳极电解质(即阳极侧上的电解质)与阴极电解质的组成尽可能保持相同。与阳离子的已经提到的转移一起，水穿过膜，这导致阴极电解质(即阴极侧上的电解质)的稀释，而阳极电解质被浓缩。这种效应使得所期望的保持阳极电解质与阴极电解质的组成相同变得困难。

从现有技术中已知，两种电解质可以在共同的存储容器中彼此混合，从而在穿过电解槽之后，确保离子的浓度均衡与水的浓度均衡。但是，由于在各个电解质液体中总是存在气体杂质，这样的气体杂质由电解产生并且主要由产物气体或氢气和氧气构成，因此这种共同的浓度均衡也蕴藏了一定的危险。此外，所通常要求的产物纯度由于氢气或氧气对产物的污染而变得困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电解槽装置或一种用于运行电解槽装置的方法，该装置和方法适合于确保电解槽中阳极电解质与阴极电解质之间必要的浓度平衡，并且减少气体污染。

该目的的解决方案在于具有根据权利要求1的特征的电解槽和具有根据权利要求12的特征的用于运行电解槽的方法。

根据权利要求1，根据本发明的电解槽包括至少一个电解池，该电解池进一步包括两个电极，即阳极和阴极。这两个电极中的每个电极,连接到一个所谓的电极室。电极室适合于被填充液体电解质。这两个电极室由膜彼此隔开，其中两个电极都包括用于在相应的回路(阴极回路和阳极回路)中输送电解质的输送设备。本发明的特征在于，在电解池之外设置有用于在阴极回路与阳极回路之间输送辅助体积流的输送设备。