[发明专利]在电解水中分离析氢与析氧的方法及装置

权利要求书

1.一种在电解水中分离析氢与析氧的方法，包括交替循环进行的析氢反应和析氧反应；

在所述析氢反应中，以碳电极为阳极，以析氢催化电极为阴极，对含可溶性离子的电解液进行电解，所述析氢催化电极的表面发生电化学还原反应而生成氢气，所述碳电极电化学吸附所述电解液中的可溶性离子；

在所述析氧反应中，以所述碳电极为阴极，析氧催化电极为阳极，对所述电解液进行电解，所述析氧催化电极的表面发生电化学氧化反应而生成氧气，所述碳电极电化学脱附在所述析氢反应中吸附的所述可溶性离子。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳电极的电化学吸附容量为0.001-1000mAh/cm²。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳电极的材料选自经杂原子处理改性的或者未经杂原子处理改性的石墨、石墨烯、碳布、碳纸、活性炭、碳微米纤维、碳纳米纤维、碳毡、石墨毡中的至少一种；所述杂原子选自氮、磷、硫、氧中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述析氢催化电极的材料选自贵金属、非贵金属和碳材料中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述析氧催化电极的材料选自贵金属、非贵金属和碳材料中的至少一种。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述贵金属包括Pt、Pd、Ir、Ru及其合金，所述合金包括PtNi、PtCo、PtMo、PtW、PtNiCo、PtNiMo及其组合，PdNi、PdCo、PdMo、PdW、PdNiCo、PdNiMo及其组合，IrNi、IrCo、IrMo、IrW、IrNiCo、IrNiMo及其组合，RuNi、RuCo、RuMo、RuW、RuNiCo、RuNiMo及其组合；

所述贵金属还包括PtO₂、PtOH、PtC、IrO₂、IrC、IrN、IrS、IrP、RuO₂、RuC、RuN、RuS、RuP及其组合，或者PtO₂、PtOH、PtC、IrO₂、IrC、IrN、IrS、IrP、RuO₂、RuC、RuN、RuS、RuP中的至少一种与纳米碳的混合物；

所述非贵金属包括Ni、NiMo、NiCoMo、MoC、MoC₂、MoO₂、MoS₂、MoP、WC、WC₂、WO₂、WS₂、WP、NiN、NiS、NiP、NiPS及其组合，或者Ni、NiMo、NiCoMo、MoC、MoC₂、MoO₂、MoS₂、MoP、WC、WC₂、WO₂、WS₂、WP、NiN、NiS、NiP、NiPS中的至少一种与纳米碳的混合物；

所述碳材料包括微米或纳米球、微米或纳米颗粒、微米或纳米片、微米或纳米线、微米或纳米管结构中的一种。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述析氢催化电极和析氧催化电极为同一电极或不同电极。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电解液为酸性、中性或碱性的水溶液，优选为硫酸溶液、磷酸盐缓冲溶液或氢氧化钾碱溶液。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述析氢反应和析氧反应分别在恒定电流下进行，电流大小和电解时间被配置为使所述碳电极上没有任何气体生成。

10.一种在电解水中分离析氢与析氧的装置，其用于实现如权利要求1至9中任一项所述的在电解水中分离析氢与析氧的方法，所述装置包括：电解槽，内设有含可溶性离子的电解液；碳电极，置于所述电解液中；析氢催化电极，置于所述电解液中，析氧催化电极，置于所述电解液中；以及电源，在第一连接状态和第二连接状态之间交替切换，其中，第一连接状态为阳极连接于所述碳电极，阴极连接于所述析氢催化电极；第二连接状态为阴极连接于所述碳电极，阳极连接于所述析氧催化电极。