[发明专利]一种带有高稳定性阴极的电化学电解槽

说明书

本发明提供一种带有高稳定性阴极的电化学电解槽，包括：阴极、阳极，以及设置在所述阴极和阳极之间的多孔固体电解质层；其中，所述阴极包括依次设置的阴极集流板、气体扩散层、阴极电催化层以及阴离子交换膜，所述阴离子交换膜中含有铸膜增强剂；所述阳极包括依次设置的阳极集流板、阳极电催化层以及阳离子交换膜；所述多孔固体电解质层设置在所述阳离子交换膜和所述阴离子交换膜之间。根据本发明的带有高稳定性阴极的电化学电解槽，通过在阴离子交换膜中加入铸膜增强剂，有效提高了阴离子交换膜的稳定性，进而提高了电解槽的有效工作时长。

技术领域

本发明涉及环境工程与能源利用技术领域，具体涉及一种带有高稳定性阴极的电化学电解槽。

背景技术

在电化学生产工艺中，最重要的部件为电解槽。电解槽通常有三个关键的要素，即阳极、阴极和电解质。在传统的电化学还原气体过程中，电极被置于一定浓度的电解质溶液中进行电解，电解质通常为惰性盐，所以产生的化工产品中含有大量惰性盐，不利于后续分离工序。

为此，研究者们提出了一种使用多孔固体电解质层的电解槽，多孔固体电解质层中填充有固体电解质，因此生产的化工产品中不存在惰性盐。这种设计中需要使用阴离子交换膜和阳离子交换膜隔绝多孔固体电解质层。但是，在大型的反应器中，由于槽电压较高，随之产生的较高温度会快速破坏阴离子交换膜的稳定性，使得电解槽的寿命大幅度降低，现有的一些实施例中的电解槽仅可以连续工作100小时后，就会由于阴离子交换膜失效而失去工作能力。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种带有高稳定性阴极的电化学电解槽，能够有效提高阴离子交换膜的稳定性，进而提高电解槽的寿命。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

根据本发明实施例的一种带有高稳定性阴极的电化学电解槽，包括：

阳极、阴极，以及设置在阴极和阳极之间的多孔固体电解质层；

其中，阳极包括依次设置的阳极集流板、阳极电催化层以及阳离子交换膜；

阴极包括依次设置的阴极集流板、气体扩散层、阴极电催化层以及阴离子交换膜，阴离子交换膜中含有铸膜增强剂；

多孔固体电解质层设置在阳离子交换膜和阴离子交换膜之间。

在本发明的一个实施例中，阳极集流板内设有阳极反应室，阳极反应室设有用于通入去离子水的进水口和排出气体的出气口。

在本发明的一个实施例中，阴极集流板内设有与气体扩散层接触的阴极反应室，阴极反应室设有用于通入气体的阴极室入口，以及排出气体的阴极室出口。

在本发明的一个实施例中，多孔固体电解质层内设有连通阴离子交换膜和阳离子交换膜的反应通孔，反应通孔内填充有固态电解质颗粒，多孔固体电解质层设有与反应通孔连通的固体电解质层进液口和固体电解质层出液口。

在本发明的一个实施例中，阴离子交换膜由铸膜增强剂、聚合单体、交联剂以及引发剂按比例制成。

在本发明的一个实施例中，阴极电催化层设置在气体扩散层上。

在本发明的一个实施例中，阴离子交换膜的制备方法包括：

步骤11、将铸膜增强剂、聚合单体、交联剂以及引发剂按1：(2-6)：(0.2-0.7)：(0.005-0.05)的比例混合，形成混合液；

步骤12、将混合液进行涂膜，并加热聚合，得到模体；

步骤13、将步骤12中得到的模体浸泡在浓度5％-15％的三甲胺水溶液中以季胺化，浸泡时间为20-50小时；

步骤14、将季胺化的模体采用去离子水冲洗，得到阴离子交换膜。