气体可渗透的电极和电化学电池的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明总体上涉及电化学装置或电池，电极，其制备方法，和/或用于电化学的或 电解反应或过程的方法。在具体的方面，本发明涉及产生气体-液体或液体-气体转化的 装置、电池、电极和/或方法，以及例如，实现水裂解的水电解电池或电极。在其它实例中， 本发明涉及制造电极和/或包括该电极的电化学装置或电池的方法。
【背景技术】
[0002] -般来说，通过施加电流至两个紧密定位的电极来实现水电解分解成氢气和氧 气，该电极典型地由钼制成，每一个电极与中间的水溶液接触。根据在等式（1)中给出的半 反应通常在一个电极-阳极-水上进行氧化。根据在等式（2)中显示的半反应通常在另一 个电极-阴极-质子（H +)上进行还原。在等式（3)中给出在两个电极上的总反应：
[0003]
【主权项】
1. 一种水分解装置的电极，包括： 气体可渗透材料； 第二材料； 间隔层，定位在所述气体可渗透材料和所述第二材料之间，所述间隔层提供气体收集 层；以及， 传导层。
2. 根据权利要求1所述的电极，其中，邻近所述气体可渗透材料或至少部分在所述气 体可渗透材料内提供所述传导层。
3. 根据权利要求1所述的电极，其中，所述传导层沉积在所述气体可渗透材料上。
4. 根据权利要求1所述的电极，其中，所述气体可渗透材料沉积在所述传导层上。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的电极，其中，所述气体收集层能够在所述电极内 部运输气体。
6. 根据权利要求5所述的电极，其中，所述气体收集层能够在所述电极内部运输气体 至位于或邻近所述电极的边缘或末端的至少一个气体出口区域。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的电极，其中，所述气体可渗透材料和所述第二材 料是隔离层。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的电极，其中，所述第二材料是气体可渗透材料。
9. 根据权利要求1至8中任一项所述的电极，其中，所述第二材料是气体可渗透材料， 并且邻近所述第二材料或至少部分在所述第二材料内提供第二传导层。
10. 根据权利要求1至8中任一项所述的电极，其中，所述第二材料是气体可渗透材料， 并且第二传导层沉积在所述第二材料上。
11. 根据权利要求1至10中任一项所述的电极，其中，所述气体可渗透材料是气体可渗 透膜。
12. 根据权利要求1至11中任一项所述的电极，其中，所述第二材料是另外的气体可渗 透膜。
13. 根据权利要求1至12中任一项所述的电极，其中，所述电极由柔性层形成。
14. 根据权利要求13所述的电极，其中，所述电极至少部分以螺旋形式缠绕。
15. 根据权利要求1至14中任一项所述的电极，其中，所述传导层包括一种或多种催化 剂。
16. 根据权利要求1至15中任一项所述的电极，其中，邻近所述气体可渗透材料的内侧 定位所述间隔层。
17. 根据权利要求1至16中任一项所述的电极，其中，邻近所述气体可渗透材料的外 侦h在其上或部分在其内部定位所述传导层。
18. 根据权利要求1至17中任一项所述的电极，其中，所述气体可渗透材料和所述第二 材料包括PTFE、聚乙烯或聚丙烯。
19. 根据权利要求15所述的电极，其中，至少部分所述传导层是在一种或多种催化剂 与所述气体可渗透材料之间。
20. 根据权利要求1至19中任一项所述的电极，其中，所述间隔层为气体通道间隔物的 形式。
21. 根据权利要求1至19中任一项所述的电极，其中，所述间隔层包括在所述气体可渗 透材料和/或所述第二材料的内表面上的压纹结构。
22. -种水分解装置的电极，所述电极包括： 第一气体可渗透材料； 第二气体可渗透材料； 间隔层，定位在所述第一气体可渗透材料和所述第二气体可渗透材料之间，所述间隔 层提供气体收集层； 第一传导层，与所述第一气体可渗透材料结合；以及， 第二传导层，与所述第二气体可渗透材料结合。
23. 根据权利要求22所述的电极，其中，所述气体收集层能够在所述电极内部运输气 体至位于或邻近所述电极的边缘或末端的至少一个气体出口区域。
24. 根据权利要求22所述的电极，其中： 邻近所述第一气体可渗透材料或至少部分在所述第一气体可渗透材料内提供所述第 一传导层；以及， 邻近所述第二气体可渗透材料或至少部分在所述第二气体可渗透材料内提供所述第 二传导层。
25. 根据权利要求22至24中任一项所述的电极，其中，所述电极是由螺旋形式缠绕的 柔性层形成的。
26. 根据权利要求22至24中任一项所述的电极，其中，所述电极由平面层形成。
27. 根据权利要求22至26中任一项所述的电极，其中，所述第一传导层包括催化剂。
28. 根据权利要求27所述的电极，其中，所述第二传导层包括另外的催化剂。
29. -种水分解装置，包括： 电解质； 至少一种电极或电极对，包括： 气体可渗透材料； 第二材料； 间隔层，定位在所述气体可渗透材料和所述第二材料之间，所述间隔层提供气体收集 层；以及 传导层。
30. -种水分解装置，包括： 至少一种阴极，包括： 第一气体可渗透材料以及与所述第一气体可渗透材料结合的第一传导层； 第二气体可渗透材料以及与所述第二气体可渗透材料结合的第二传导层； 间隔层，定位在所述第一气体可渗透材料和所述第二气体可渗透材料之间，所述间隔 层提供气体收集层；以及 至少一种阳极，包括： 第三气体可渗透材料以及与所述第三气体可渗透材料结合的第三传导层； 第四气体可渗透材料以及与所述第四气体可渗透材料结合的第四传导层； 另外的间隔层，定位在所述第三气体可渗透材料和所述第四气体可渗透材料之间，所 述另外的间隔层提供气体收集层； 其中，在运行时所述至少一种阴极和所述至少一种阳极至少部分在电解质内。
31. 根据权利要求29所述的水分解装置，其中，所述至少一种电极是气体可渗透的电 极，其包括两种气体可渗透材料，具有在所述材料之间定位并抵靠每种材料的内侧的间隔 层，并且其中，每种材料包括在每种材料的外侧上的传导层。
32. 根据权利要求30所述的水分解装置，包括与限定电解质层的水可渗透的间隔物交 错的多个阴极和阳极。
33. 根据权利要求29或30所述的水分解装置，是螺旋缠绕的多层水分解电池。
34. 根据权利要求29或30所述的水分解装置，其中，所述电解质流体连通并且连接至 电解质入口和电解质出口，并且所述气体收集层与气体出口气体连通。
35. 根据权利要求29至34中任一项所述的水分解装置，用于在单独的气体收集层中产 生氢气和氧气。
36. 根据权利要求29至34中任一项所述的水分解装置，用于实施气体-液体或液 体-气体转化。
37. -种处理水的方法，包括将低电流密度应用至根据权利要求29至36中任一项所述 的水分解装置，包括产生氢气和通过所述气体收集层收集所述氢气。
38. 根据权利要求37所述的方法，包括对所述电解质加压。
39. 根据权利要求37至38中任一项所述的方法，其中，所述低电流密度是小于 1000mA/cm2。
40. 根据权利要求37至38中任一项所述的方法，其中，所述低电流密度是小于100mA/ cm2。
41. 根据权利要求37至38中任一项所述的方法，其中，所述低电流密度是小于20mA/ cm2。
42. 根据权利要求37至41中任一项所述的方法，其中，产生氢气是在75%以上能效 HHV 下。
43. 根据权利要求37至41中任一项所述的方法，其中，产生氢气是在85%以上能效 HHV 下。
【专利摘要】一种水分解装置的电极，所述电极包括气体可渗透材料；第二材料，例如另外的气体可渗透材料；位于所述气体可渗透材料和所述第二材料之间的间隔层，所述间隔层提供气体收集层；和传导层。可以邻近或至少部分在所述气体可渗透材料内提供所述传导层。所述气体收集层能够在所述电极内部运输气体。所述气体可渗透材料可以是气体可渗透膜。还公开了使用这样的电极作为阴极和/或阳极的电化学电池，以及产生气体-液体或液体-气体转化，例如产生氢气的方法。
【IPC分类】C25B1-04, C25B11-00
【公开号】CN104583459
【申请号】CN201380042972
【发明人】格哈德·弗雷德里克·斯维格尔斯, 陈俊, 史蒂芬·托马斯·贝尔尼, 王彩云
【申请人】卧龙岗大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2013年6月11日
【公告号】CA2875882A1, EP2859135A1, EP2859135A4, WO2013185170A1