一种等温除湿富氧电化学装置和应用的制作方法

文档序号:11126778阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种等温除湿富氧电化学装置,其特征在于:其包括具有膜电极的水电解池和供电部件,所述膜电极包括阳极、阴极、以及置于阳极和阴极之间的电解质膜,供电部件对阳极和阴极施加电压使膜电极发生水电解反应,实现氧浓度、湿度调节,且无氢气析出;

所述阳极催化剂为负载型催化剂和/或非负载型催化剂,其以Ir黑、IrO2中的一种或二种以上为活性成份;其中添加或不添加助剂Ru和Sn中的一种或二种以上,助剂为催化剂中活性成份摩尔含量的0-90%,较优为0.5-60%,更优为2-40%,最优为5-20%;

所述阴极催化剂为非负载型催化剂Pt黑和/或负载型Pt催化剂;

所述阳极和/或阴极中还添加有作为吸水剂SiO2、TiO2中的一种或二种以上,以增加催化层中的水含量,其添加量为0.001mg/cm2~1mg/cm2,较优为0.005mg/cm2~0.45mg/cm2,更优为0.01mg/cm2~0.4mg/cm2,最优为0.02mg/cm2~0.3mg/cm2

2.根据权利要求1所述的等温除湿富氧电化学装置,其特征在于:

所述隔膜为下述中的一种:Nafion膜、或以PTFE或聚砜为骨架的Nafion的质量含量1-90%的增强膜、或短侧链全氟磺酸膜(如Asahi KASEI的SF-720X)、聚醚醚酮PEEK膜、聚醚砜PES膜、聚苯乙烯PS膜、聚酰亚胺PI膜、聚酰胺-酰亚胺PAI膜、聚醚亚胺PEI膜、或聚苯乙烯磺酸PSSA膜。

3.根据权利要求1所述的等温除湿富氧电化学装置,其特征在于:

阳极负载型催化剂和阴极负载型Pt催化剂中载体选自:活性炭、SiO2、Al2O3、ZrO2、TiO2以及沸石中的一种或二种以上,负载型催化剂中载体质量含量为10-80%,较优为50-80%,更优为65-80%,最优为70-80%。

4.根据权利要求1所述的等温除湿富氧电化学装置,其特征在于:

所述阳极中阳极催化剂的担载量0.01mg/cm2~20mg/cm2,优选4-6mg/cm2;阳极的其余组成物质为质子导体,阳极催化剂与质子导体质量比5:1-1:10,优选3:1-1:2;

所述阴极中阴极催化剂的担载量0.01mg/cm2~10mg/cm2,优选4-6mg/cm2;阴极的其余组成物质为质子导体,阴极催化剂与质子导体质量比5:1-1:5,优选3:1-1:1;

质子导体为Nafion、聚醚醚酮peek、聚醚砜peS、聚苯乙烯ps、聚酰亚胺pi、聚酰胺-酰亚胺pai、聚醚亚胺PEi或聚苯乙烯磺酸pssa中的一种或二种以上。

5.根据权利要求1、3或4所述的等温除湿富氧电化学装置,其特征在于:

于膜电极的阳极远离电解质膜一侧设置耐氧化、具有吸湿功能的阳极扩散层,阳极扩散层中以耐氧化、具吸湿作用的金属氧化物SnO2、TiO2、SiO2中的一种或二种以上,其担载量0.01mg/cm2~10mg/cm2,较优为0.5mg/cm2~8mg/cm2,更优为1mg/cm2~5mg/cm2,最优为2mg/cm2~3mg/cm2;其余组成物质为基材,基材为泡沫镍、烧结钛、活性碳、碳纸、石墨、碳毡中的一种或二种以上,优选泡沫镍、烧结钛中的一种或二种以上。

6.根据权利要求1、3或4所述的等温除湿富氧电化学装置,其特征在于:

于膜电极的阴极远离电解质膜一侧设置具有憎水功能阴极扩散层;其物质组成为Nafion和PTFE,担载量0.01mg/cm2~10mg/cm2,其中PTFE为Nafion质量的1-60%,较优为5-50%,更优为15-40%,最优为20-30%。

7.根据权利要求1所述的等温除湿富氧电化学装置,其特征在于:

所述供电部件以使氢的发生电位达到-0.2~-0.7Vvs.RHE的方式控制膜电极发生水电解反应,实现阴阳极氧气与湿度调节,无氢气析出。

8.根据权利要求1、3或4所述的等温除湿富氧电化学装置,其特征在于:

阳极催化剂粒径0.1-20nm,优选2-6nm;比表面积为10~100m2/g;

所述阴极催化剂粒径0.1-20nm,优选2-6nm;比表面积为10-200m2/g。

9.一种等温除湿富氧电化学装置,其特征在于:其具有权利要求1-8任一所述水电解装置,具有通过电解质膜将阳极侧和阴极侧隔离的水电解池,阳极以吸湿方式将空气中的水汽富集,通过电化学方法,水在电与阳极电催化剂作用下解离出氧和质子,质子与另一侧空气中的氧再反应为水,在电解质隔膜两侧实现水与氧气的分别富集,整个反应不依赖温度变化,无氢气析出,安全性好。

10.一种权利要求9等温除湿富氧电化学装置的应用,其特征在于:所述等温除湿富氧装置用于房间空气除湿、富氧,或冰箱除湿。

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