[发明专利]一种电解海水三联产的装置及其方法和用途

说明书

本发明公开了一种电解海水三联产的装置，其包括：电压提供装置，阳极，阴极，隔膜，包含电解液的电解槽；其中，所述电解液包含碱液和氯化钠，其中碱液的浓度不小于3mol/L，所述阳极和阴极分别设置在所述电解槽中，与电解液接触，电压提供装置分别与所述阳极和阴极电连接；所述隔膜设置在所述电解槽中，分隔所述阳极和所述阴极，所述隔膜选自阴离子交换膜、阳离子交换膜或碱性隔膜。本发明还公开一种电解海水三联产的方法和上述装置的用途。本发明的电解过程中，在海水中加入碱液，使其浓度不小于3mol/L，即可实现电解海水三联产，即产氢气，产氧气，产氯化钠。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，特别涉及一种电解海水三联产的装置及其方法和用途。

背景技术

目前，能源行业面临的最具挑战性的问题是化石燃料的枯竭和能源需求的增加，因此高效能源存储设备的建设和开发地球丰富替代能源显得尤为重要。氢气，作为一种清洁的化学燃料，可以缓解这种能源需求问题，而电化学水分解是一种很有前途的生产氢气的绿色技术之一，它将可持续可再生能源转化为氢气。

海水在地球的储量极其丰富，被认为是最具有潜力的电解水的电解液来源。但是海水中的盐度较高，以钠离子和氯离子为主。电解海水过程中，随着水的消耗，电解液中的氯离子浓度会持续升高，高浓度的氯离子不仅会严重腐蚀阳极材料，还会促进析氯反应的发生使得电解水的能量效率降低。

发明内容

为解决以上问题，本发明采用在海水中加入高浓度氢氧化钠的方法可以利用钠的同离子效应减小氯化钠的溶解度，抑制氯离子浓度的持续升高，有效地保护了阳极材料。除此之外，本发明在电解海水产氧气和氢气的过程中还伴随着相对较低浓度下氯化钠的过饱和析出，进一步降低了电解液中氯离子可以达到的最高浓度，使得电解海水阳极易被腐蚀的问题得到解决。在本发明的装置中，还可以加入温区控制系统，即：电解过程在高温区进行，防止氯化钠在电极表面析出降低阳极的性能；氯化钠的析出过程在低温区进行，通过降低氯化钠溶解度的原理加速氯化钠的析出。

本发明第一方面提供一种电解海水三联产的装置，其包括：

电压提供装置，阳极，阴极，隔膜，包含电解液的电解槽；

其中，所述电解液包含碱液和氯化钠，其中碱液的浓度不小于3mol/L，所述阳极和阴极分别设置在所述电解槽中，与电解液接触，

电压提供装置分别与所述阳极和阴极电连接；

所述隔膜设置在所述电解槽中，分隔所述阳极和所述阴极，所述隔膜选自阴离子交换膜、阳离子交换膜或碱性隔膜。

当然，本发明的电解液中，氯化钠可以用海水代替。

优选地，氯化钠的水溶液可以用去除钙镁离子之后的海水代替

优选地，所述碱液为氢氧化钠、或氢氧化钾。

本发明的电解液中，氯化钠浓度可以为饱和或者不饱和。

优选地，所述阳极为导电集流体上负载的镍铁水滑石或者镍铁的硫化物，所述阳极还可以直接使用镍网、镍铁网、泡沫镍铁、或不锈钢网；所述阴极为导电集流体上负载的镍钼合金、二硫化钼、或单质镍。

其中镍铁水滑石、镍铁的硫化物、镍钼合金、或二硫化钼可以用任何合适的方法合成，并用任何合适的方法负载到导电集流体上。

优选地，所述阳极的导电集流体选自泡沫镍、泡沫镍铁、不锈钢网、镍铁网或镍网，所述阴极的导电集流体选自泡沫铜、不锈钢网、镍网或镍铁网。

优选地，所述镍铁的硫化物中包含两相的硫化镍，所述两相的硫化镍为NiS和Ni₃S₂。其中，NiS可以起到提高析氧反应的活性，Ni₃S₂可以提高材料在海水中的耐腐蚀性。