[发明专利]一种双反应电极半电解水装置

说明书

本发明具体涉及一种双反应电极半电解水装置。其技术方案是：电解池(8)中的反应电极Ⅰ(5)和反应电极Ⅱ(10)位于电容电极(2)的两侧或另一侧；或在电解池(8)的内壁和底部铺设有电容电极(2)，铺设有电容电极(2)的电解池(8)内装有电解液(9)，反应电极Ⅰ(5)和反应电极Ⅱ(10)位于电解液(9)中。集流体Ⅰ(3)与电源(1)的正极连接，集流体Ⅱ(6)与电源(1)的负极连接，反应电极本体Ⅰ(7)上析出氢气；或集流体Ⅰ(3)与电源(1)的负极连接，集流体Ⅲ(11)与电源(1)的正极连接，反应电极本体Ⅱ(12)上析出氧气。本发明具有避免气体混合、降低装置成本、提高电解速率和能显著降低电解能耗的特点。

技术领域

本发明属于半电解水装置技术领域。具体涉及一种双反应电极半电解水装置。

背景技术

氢气作为零排放燃料和清洁能源载体，具有最高的比能量143MJ kg^-1。氢气能用作质子交换膜燃料电池的负极反应气体，使之能为电力电子设备提供电源。而质子交换膜燃料电池的正极反应气体为氧气。目前，电解水同时在两个电极上分别产生氢气和氧气，需要隔膜隔离氢气和氧气。为防止氢气和氧气渗透隔膜，应用的电解电流较低(Q.Feng et.al.,A review of proton exchange membrane water electrolysis ondegradationmechanisms and mitigation strategies, J.Power Sources 2017,366,33-55；Y.Lenget.al.,Solid-State Water Electrolysis with an Alkaline Membrane,J.Am.Chem.Soc.2012,134,9054-9057.)。总之，电解水技术目前存在电解速率低、气体易混合、隔膜成本高、电解电压高等缺点，亟需解决。

半电解是一个新方法，它依靠电容电极辅助，在反应电极上仅仅发生需要的半反应，以此来消除另一个不需要的半反应。半电解能降低电解能耗(C.Peng et.al.,Achieving low voltage half electrolysis with asupercapacitor electrode,EnergyEnviron.Sci.,2014,7,1018-1022.)，但该半电解在反应电极上仅进行一种吡咯氧化聚合的半反应，而半电解水实现了分步制氢气和氧气的全反应。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种避免气体混合、降低装置成本、提高电解速率和能显著降低电解能耗的双反应电极半电解水装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

所述双反应电极半电解水装置包括电源、电容电极、反应电极Ⅰ、电解池、电解液、反应电极Ⅱ和电解池盖。

所述双反应电极半电解水装置的结构为：电解池和电解池盖间设有密封圈Ⅰ，电解池和电解池盖通过螺栓固定连接，电解池盖设有集气管，集气管与电解池相通；电解池中装有电解液，电解液中设有电容电极、反应电极Ⅰ和反应电极Ⅱ，反应电极Ⅰ和反应电极Ⅱ位于电容电极的两侧或另一侧。

所述双反应电极半电解水装置的结构或为：电解池和电解池盖间设有密封圈Ⅰ，电解池和电解池盖通过螺栓固定连接，电解池盖设有集气管，集气管与电解池相通；在电解池的内壁和底部铺设有电容电极，铺设有电容电极的电解池内装有电解液，反应电极Ⅰ和反应电极Ⅱ位于电解液中。

所述电容电极是由集流体Ⅰ和电容电极本体组成的整体，电容电极的形状为板状或形状与电解池相似，在集流体Ⅰ的一侧或两侧紧贴有所述电容电极本体。所述反应电极Ⅰ是由集流体Ⅱ和反应电极本体Ⅰ组成的整体，反应电极Ⅰ的形状为板状、柱状和栅状中的一种，在集流体Ⅱ的一侧或两侧紧贴有反应电极本体Ⅰ。所述反应电极Ⅱ是由集流体Ⅲ和反应电极本体Ⅱ组成的整体，反应电极Ⅱ的形状为板状、柱状和栅状中的一种，在集流体Ⅲ的一侧或两侧紧贴有反应电极本体Ⅱ。