专利名称:生产盐酸回收电能的氢氯燃料电池的制作方法
本发明是关于盐酸生产过程中回收电能的装置。
利用氢气作燃料、氯气作氧化剂的燃料电池，在生产盐酸的同时，将所产生的反应热部份转换成电能加以回收，这种设想是早已公知的。从发表的文献看，在酸性电解质燃料电池方面，国内尚属空白，国外在以盐酸为电解质的燃料电池方面的研究也尚未获得重大突破，主要原因是系统结构复杂，如在电池结构方面，一般采用的是防水型多孔气体扩散电极或透过型多孔电极，其不足之处为前者有利于气体扩散，电解液不易通过;后者易于电解液通过，但气体扩散较难，为此需要外加压力。在材料方面，电极催化剂普遍采用价格昂贵的稀、贵金属，如日本专利昭58-204802介绍的氢氯燃料电池，以铂-碳纤维布作氢电报、氯电极材料，钛为集电极材料，结构复杂，同时单电池电压较低，能量回收效率较低，基于上述原因而难于实施。
本发明的目的是设计一种以非贵金属作氢电极的电催化剂，以非金属作氯电极、集电极材料，电极结构较合理的氢氯燃料电池，同时能获得较高的单电池电压，能量回收效率较高，且易于实施。
本发明的氢氯燃料电池，氢电极(13)由碳化钨、聚四氟乙烯、碳黑所组成，以碳化钨粉末为活性组分，聚四氟乙烯为防水粘结组分;氯电极(14)由碳黑、聚四氟乙烯所组成，聚四氟乙烯为防水粘结组分;电解液室(15)由玻璃纤维布和网状的聚乙烯或聚氯乙烯复合而成，集电极(16)由工业阳极石墨板制成。
氢电极(13)组成为碳化钨80-85(重量%)、碳黑4-5(重量%)、聚四氟乙烯10-16(重量%)。
氢电极(13)是由聚四氟乙烯与碳化钨和碳黑粘合而成的半防水多孔电极。
氯电极(14)组成为碳黑45-75(重量%)、聚四氟乙烯25-55(重量%)。
氯电极(14)是由聚四氟乙烯与碳黑粘合而成的半孔水多孔电极。
氢电极(13)、氯电极(14)采用了半防水多孔电极，克服了防水型多孔电极和透过型多孔电极的弊端，实用效果更为理想。
电解液室(15)的结构由两层玻璃纤维布中间夹一层网状的聚乙烯或聚氯乙烯复合而成。
集电极(16)在工作面上与氢电极(13)、氯电极(14)相贴的部份开有两端分别与供气口和排气口相通并构成气室的栅形槽。
本发明与已有技术相比的优点是采用非贵金属碳化钨作氢电极电催化剂，经济合理;以非金属石墨作氯电极、集电极材料，稳定性好，来源方便，易于加工;采用易于气、液、固三相接触、性能良好的半防水多孔电极和合适的电池结构，工艺流程简单;操作条件温和，单电池输出电压较高，因而能量转换效率较高，易于实施。
附图1为氢氯燃料电池流程示意图。
其中1-电池本体，2-水喷射泵，3-高位槽，4-玻璃滴液器，5-集酸槽，6-氢尾气观察瓶，7-氯尾气观察瓶。
附图2为氢氯燃料电池本体组装示意图。
其中8-金属材料，9-橡胶填片，10-聚氯乙烯板，11-螺栓，12-聚氯乙烯填片，13-氢电极，14-氯电极，15-电解液室，16-集电极。
附图3为复极式串联排布的双电池单元示意图。
其中 13-氢电极，14-氯电极，15-电解液室，16-集电极。
附图4为集电极结构示意图。
实施例1如附图1所示，氢气和氯气分别从电池本体(1)上方供给氢气室和氯气室，入口总管压力2667-5333牛顿/m2(表压)，出口压力微正，氯气压力稍高于氢气压力，气体流量按放电电流调节，保持尾气瓶(6)、(7)有少量气泡通过，以及时排除隋性气体二氧化碳、氮气等。氯尾气经观察瓶(7)后由水喷射泵(2)抽吸，达到排放标准后排出。
高位槽(3)中加入清水或部份循环稀盐酸，经玻璃滴液器(4)滴入各电解液室(15)的顶部，滴液速度由放电电流大小和所需出酸浓度进行调节，出酸由电解液室(15)底部经U形液封管滴入集酸槽(5)。
供给电池本体(1)的气体和液体的温度在室温附近，电池运行过程中有热量放出，在正常输出条件下热功转换效率为45%左右，尚有55%左右的反应热被释放，这些热量可用于维持体系所需的操作温度。
主要操作条件气体压力2667～5333牛顿/m2操作温度293～323K盐酸浓度10～31%电流密度250～400安/m2单电池电压0.7～0.9伏实施例2如附图3所示，两节单电池电极面积各为10-1m2的氢氯电池按复极式串联组合成电池本体(1)。氢电极(13)制备将碳化钨催化剂与碳黑按比例混和，加适量乙醇，在搅拌下滴加60%聚四氟乙烯分散液，至细粒状，甩干，滚压成电极片，碳化钨平均载量4～5千克/m2;氯电极(14)制备碳黑添加适量乙醇，在搅拌下滴加60%聚四氟乙烯分散液，至细粒状，甩干，滚压成电极片，碳黑平均载量1千克/m2，每个电极片的厚度约1.5×10-3米，安装尺寸高7×10-1米，宽1.46×10-1米。
电解液室(15)构成由两层厚度各为约3×10-4米的丝致密玻璃纤维布，中间夹一层厚度约为3×10-4米，孔径约为长3×10-3米，宽2×10-3米的聚乙烯或聚氯乙烯绞织网构成，上端有布液槽，下端有集液槽，分别与供液管和排液管相通。电池运行时，电解液室(15)的厚度约1×10-3米，两层玻璃纤维布分别与氢电极(13)、氯电极(14)紧密接触，电解液沿聚乙烯或聚氯乙烯网自上而下薄层流动，并使玻璃纤维布和电极面保持湿润和液膜流动，使半防水多孔电极处于良好的工作状态，操作工艺简便，只要向电解液室(15)的顶端滴加所需的清水，通过放电，就能从底部收集所需浓度的盐酸。
如附图3、附图4所示，集电极(16)由长7.6×10-1米、宽1.8×10-1米、高3.6×10-2米的工业阳极石墨板加工制作。在工作面上与氢电极(13)和氯电极(14)相贴的部份，开有14条纵向栅形布气槽，槽长6.8×10-1米、宽4×10-1米、深6×10-3米、间壁6×10-3米。栅形槽的上、下两端分别与供气口和排气口相通，由此构成气室。
如附图2所示，在两块端集电极(16)外侧，用聚氯乙烯板(10)作压盖，其间填入引流金属材料(8)和橡胶填片(9);电池本体(1)用12根M12螺栓(11)紧固，呈压滤机型;电极四周用聚氯乙烯填片(12)和沥青绝缘胶密封，并刷涂沥青漆数道。
结果如下操作温度295～297K氢气和氯气总管压力2667～3333牛顿/m2尾气流量通过尾气总管观察瓶的氢气和氯气流量分别为10～20个气泡/分电池供液清水，2.5～1.5毫升/节、分盐酸浓度14～24%输出电流30～33安输出电压1.8～1.7伏输出功率54～56瓦电流密度300～330安/m2能量密度270～280瓦/m2平均单电池电压0.85～0.9伏。
补正 86104831文件名称 页行 补正前 补正后说明书 58 宽4×10米 宽4×10米27 半孔水多孔电极 半孔水多孔电极
权利要求
1.一种用于生产盐酸回收电能的氢氯燃料电池，采用复极式串联排布，由氢电极、氯电极、电解液室、集电极所组成，以盐酸作为电解质，其特征在于氢电极(13)由碳化钨、聚四氟乙烯，碳黑所组成；氯电极(14)由聚四氟乙烯、碳黑所组成；电解液室(15)由玻璃纤维布和网状的聚乙烯或聚氯乙烯复合而成；集电极(16)由工业阳极石墨板制成。
2.按权项1所述的燃料电池，其特征在于氢电极(13)组成(重量%)碳化钨 80～85碳黑 4～5聚四氟乙烯 10～16
3.按权项1或2所述的燃料电池，其特征在于氢电极(13)是由聚四氟乙烯与碳化钨和碳黑粘合而成的半防水多孔电极。
4.按权项1所述的燃料电池，其特征在于氯电极(14)组成(重量%)碳黑 45～75聚四氟乙烯 25～55
5.按权项1或4所述的燃料电池，其特征在于氯电极(14)是由聚四氟乙烯与碳黑粘合而成的半防水多孔电极。
6.按权项1所述的燃料电池，其特征在于电解液室(15)的结构由二层玻璃纤维布中间夹一层网状的聚乙烯或聚氯乙烯复合而成。
7.按权项1所述的燃料电池，其特征在于集电极(16)在工作面上与氢电极(13)、氯电极(14)相贴的部份开有两端分别与供气口和排气口相通并构成气室的栅形槽。
专利摘要
生产盐酸回收电能的氢氯燃料电池，以氢气为燃料，氯气为氧化剂，氢气、氯气在电池中发生电化学反应，反应热的一部分直接转换成电能，同时制取所需浓度的盐酸。电池的主要特征有以碳化钨作为氢电极催化剂；碳黑为氯电极材料；电极结构为聚四氟乙烯粘合而成的半防水多孔电极；电解液室由玻璃纤维布和网状的聚乙烯或聚氯乙烯复合而成。电池在常温常压下操作，工艺流程简单，单电池输出电压较高，能量转换率较好，每生产一吨31％浓度的盐酸可回收180千瓦左右的电能。
文档编号H01M8/22GK86104831SQ86104831
公开日1988年5月4日 申请日期1986年7月19日
发明者杨祖望, 马淳安 申请人:浙江工学院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan