[发明专利]一种离网式电解槽结构和电极控制方法

说明书

本发明涉及一种离网式电解槽结构和电极控制方法，分别在阳极区设置若干阳极电极、在阴极区设置若干阴极电极，并用隔膜隔离，阳极和阴极分别按规律相互串联组成主电极组，根据波动电源最高电压设置总电极对数，以最低切入电压设置若干组已相互串联的电极作为基本电极组，电源正极接第一个阳极，电源负极作为控制端接阴极。当电源功率波动时，通过电压变化控制电极对数的接入/切出，通过电流变化控制并联电极组的切入/切出，达到使用低成本的电解装置用于功率波动非常大的可再生能源直接进行电解的目的。

技术领域

本发明涉及电化学方法的电解技术。

背景技术

氢气、氧气都是一种重要的工业原料，同时氢气也具有高燃值的特性，是一种完全清洁的能源，氢能的用途也越来越广泛而受到人类的喜爱。

现有电解制氢工业中，电解槽中平行、直立地设置若干组电极，每组电极分别设置为阳极和阴极，阳极接电源正极，阴极接电源负极，阴阳极板中间用隔膜隔离，从而组成一个电解室，各电解室相互串联组成一个电解槽，电解槽根据电源的直流电压值设置串联电解室数，根据电源的总功率(电流值)设置电解槽(电极板)尺寸。在上述电解槽中，每个电解室的基准电源电压为2伏的直流电压(允许变化范围为2伏的0.6-1.1倍)，电极的尺寸按每平方厘米需要 0.25安培到0.35安培的电流为依据，电解槽总电压为各电解室电压之和，总电流和各电解室相同，因此电解槽需较为稳定的电源为基础，在电解制氢过程中，阳极产生氧气，阴极产生氢气。在上述电解槽结构中，每个电解室都需要一个隔膜，不同类型的电解方式需要不同类型的隔膜，无论采用哪种隔膜都增加了电解槽的成本，尤其采用质子膜的PEM电解槽。

虽然本人也申请了不依赖电网的离网式电解控制结构和方式的电解制氢发明专利，可以使用离网风能/太阳能等可再生能源作为制氢的电源，降低了制氢的电力成本，但在电解槽结构上和传统电解方式的电解槽结构相同，每个电解室也都需要一个隔膜，因此电解槽的成本无法降低，而制氢成本除了电力成本外，还涉及到制氢设备成本。本发明的目的就是，既要能使用本人发明的离网制氢方式使用风能/太阳能等清洁能源制绿氢、降低制氢过程中的电力成本外，还要在此基础上降低制氢设备成本，进一步降低制绿氢的成本，便于绿氢的普及。

发明内容

鉴于上述电解槽成本和制氢需要稳定电源的问题，本发明是一种对电解槽中阴级和阳极分别集中管理的一种电解槽结构和电极控制方法，并利用电控制设备对其中的电极进行控制。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

在一个密闭的电解槽1中设置为二个区域，二个区域之间用隔膜2分割，分别产生阳极区和阴极区，根据电解槽的特性可以采用不同类型的隔膜。在电解槽的二个区域中分别设置若干组阳极极板3和阴极极板3’，每个阳极极板分别对应一个阴极极板，阳极极板和阴极极板按规律以串联方式相连，相互串联的极板尺寸完全相同，并组成主电极组33；每个极板通过接线排在电解槽的底部或侧面独立引出接线排，各接线排之间相互绝缘，第一个阳极接电源正极，阴极作为可控触点通过控制器11接通不同阴极的极板，由控制器控制阴极电极的切入或切出，从而根据电源的波动情况产生不同的制氢量。控制器的目的是根据电源的状态或用户需求控制电极极板对电源的切入或切出。在电解槽二个区域的顶部分别设置相互独立的气槽4和出气口 5，产生的不同气体分别通过出气口输出到气罐。如图1是该电解槽和电极排列、控制的结构示意图，也作为摘要附图。

为了说明阴极和阳极极板在二个区域是如何连接的，下面用图2来说明阳极区的阳极极板和阴极区的阴极极板的连接方式，为了便于说明方便，阳极区和阴极区各用7个极板组成一个电解槽。在图2中，阳极区的第一个阳极极板接电源的正极；阴极区的最后一个极板接电源的负极，从而组成一个类似7个“小电解室”组成的电解槽，当触点接到7-时，相当于所有电极全部接入，当触点接到6-时，相当于第7组电极对(小电解室7)被切出，只有(1-6)接通，而电解室7的阳极不带电，这是为什么要用负极作为可控触点的原因。