专利名称：：一种电解水制氢气电解槽的制作方法
技术领域：
：本实用新型涉及一种电解槽，尤其是涉及一种电解水制氢气用电解槽。
背景技术：
：近年来随着社会经济的发展，化石能源的供应危机已露端倪。人类保护地球环境的呼声日益增高，如何开发新能源、高效利用能源成为世界各国政府和企业界高度重视的焦点。氢气以其高燃烧值而节约能源，无污染而保护环境，被国内外专家称为21世纪的新能源。它发热值高，导热系数高，燃烧性好，可采用气体、液体、固体或化合物的形式储存和运输。可广泛应用于人们的日常生活，还可作为飞机、宇宙飞船、铁路机车、汽车等的理想燃料，因此氢气是一种高效能源载体，可以作为可再生能源技术的一种重要选择。电解水是一种非常成熟的制备高纯氢和氧的技术。目前普遍采用是碱性水电解，其缺点是电解过程耗能高，电解液容易发生流失、腐蚀和溢出等问题。
发明内容本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能耗低、电解液不易流失、腐蚀和溢出的电解水制氢气电解槽。本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现一种电解水制氢气电解槽，其特征在于，该电解槽为压滤式双极性结构，所述电解槽包括多个电解小室构成，每个电解小室由两块电极板、微孔隔膜、电解液构成，两块电极板设置在电解液中，所述的微孔隔膜设置在两块电极板之间，所述的电极板由阴极电极板、阳极电极板和绝缘垫片构成，所述的阴极电极板和阳极电极板之间串联密封连接绝缘垫片，各个电解小室之间电极采用并联方式连接构成电解槽。所述的电解小室包括1-200个。所述的绝缘垫片内安装有电极片，绝缘垫片两端连接微孔隔膜。所述的阴极电极板、阳极电极板、微孔隔膜和绝缘垫片上分别开设电解液通道、氢气通道和氧气通道。所述的电极板为平板式电极，每块电极板的正面是阴极电极板，背面是阳极电极板。所述的阴极电极板和阳极电极板均由集流体层、催化层和固体聚合物电解质膜三部分复合构成。本实用新型所涉及的高效电解水制备氢气电解槽电极板阴极集流体层，采用导电性良好的单一金属或金属合金、或导电性良好的高分子材料，优选导电性良好的金属，可以为钛、铅、铁、钴、镍、金、银、铝、铜、锰、锌的一种单金属或多种金属的合金，优选钛、铅或钛基合金和铅基合金。本实用新型所涉及的高效电解水制备氢气电解槽电极板阴极催化层，催化剂粉料、粘结剂、导电粉料构成，催化粉料可以为铂粉、铜粉、铁粉、钨粉、镍粉、钴粉、锰粉、锌粉、锡粉、钯粉、铑粉、钼粉、稀土金属粉、铁基合金粉、钨基合金粉、镍基合金粉、钴基合金粉、锰基合金粉、锌基合金粉、锡基合金粉、钯基合金粉、铑基合金粉、钼基合金粉、钌基合金粉、稀土基合金粉中一种或多种复合而成；催化剂导电粉料可以为活性炭粉、石墨粉、银粉、铜粉、铝粉、钛粉、镁粉的一种或几种；催化层粘结剂可以为醋酸乙烯乳液粘结剂、聚乙烯-醋酸乙烯乳液粘结剂、橡胶胶乳粘结剂、脲醛树脂粘结剂、水性聚氨酯粘结剂、羟甲基纤维素、聚乙烯醇等的一种或几种。本实用新型所涉及的高效电解水制备氢气电解槽电极板阳极集流体层为钛金属丝网、非编织布或粉末烧结体；电极板阳极催化层为无载体铱、铱合金或含铱的金属氧化物。本实用新型所涉及的高效电解水制备氢气电解槽电极聚合物电解质膜制备方案为采用固体聚合物溶液蒸发溶剂后成膜，在固体聚合物电解质膜两侧分别加设由固体聚合物电解质和阴极催化层以及固体聚合物电解质和阳极催化层形成膜电极一体化，再对膜电极进行结晶热处理，使其内的固体聚合物电解质共同结晶，使得膜与含有固体聚合物电解质的催化层共同结晶，使得两者实现紧密结合。本实用新型所述固体聚合物溶剂，其固体聚合物可以为全氟磺酸树脂或磺化聚醚酮或磺化聚砜的一种或几种。本实用新型所述固体聚合物溶剂，其溶剂可以为N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基亚砜、丙酮、乙醚、乙醇、甲醇、丙醇、异丙醇等。本实用新型所述高效电解水制备氢气电解槽所用电解液浓度为020%，优选05%。与原工艺相比电解液浓度有大幅度的降低，可以有效降低其对设备的腐蚀。[0017]与现有技术相比，本实用新型具有以下优点1、本实用新型在原有工艺基础上使用新型电极，极大降低了能耗，所用碱液浓度低；2、本实用新型所生产氢气纯度高，达99.9%以上，有利于进一步提纯制备高纯氢；3、本实用新型具有良好经济性和广泛的应用前景。图1为本实用新型电极板中阳极或阴极的结构示意图；[0022]图2为本实用新型电解小室的结构示意图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。[0024]实施例—种电解水制氢气电解槽，该电解槽为压滤式双极性结构，所述电解槽由1-10个电解小室构成，各个电解小室之间电极采用并联方式连接构成电解槽。如图2所示，每个电解小室由两块电极板、微孔隔膜3、电解液构成，两块电极板设置在电解液中，所述的微孔隔膜3设置在两块电极板之间，所述的电极板为平板式电极，电极板由阴极电极板1、阳极电极板2和绝缘垫片4构成，电极板的正面是阴极电极板l，背面是阳极电极板2，所述的阴极电极板1和阳极电极板2之间串联密封连接绝缘垫片4，所述的绝缘垫片4内安装有电极片，绝缘垫片4两端连接微孔隔膜3。所述的阴极电极板1、阳极电极板2、微孔隔膜3和绝缘垫片4上分别开设电解液通道、氢气通道和氧气通道，[0027]如图1所示，所述的阴极电极板1和阳极电极板2均由集流体层7、催化层6和固体聚合物电解质膜5三部分复合构成。电极板阴极催化剂粉制备按照Ti-Ni-Ce合金的构成选取适量的金属钛、金属镍和少量稀土金属铈，放入钨舟并置于真空电炉内。通电使钨舟内的金属钛和金属镍熔化并气化，冷凝之后得到Ti-Ni-Ce合金催化剂粉。电极板阴极催化层制备将制得的Ti-Ni-Ce合金催化剂粉以及脲醛树脂粘结剂按照6:1的重量比充分混合均匀后，在90(TC的温度下压制成一体，得到催化层。[0030]电极板阴极集流体层与催化层复合以铅板为集流体层，采用银导电胶，将制备的催化层与集流层粘结到一起。电极板阳极制备技术采用钛金属丝网为集流体层、铱镧合金为催化层，具体制备方法如电解板阴极制备。电极板固体聚合物电解质膜制备称取5%的全氟磺酸树脂(EW=1100g/mols。3H)溶液10g，加入20mL的二甲基亚砜密封加热溶解，制成固体聚合物电解质溶液。将上述制备的固体聚合物电解质溶液浇铸在阴极和阳极的集流体层与催化层复合体上，在50°C加热lh，溶剂基本挥发成固体聚合物电解质膜，厚度为10i！m。经上述步骤制备的电极应用于电解槽，在5%KOH溶液中具有良好的析氢电催化活性相同能耗下产气量是原有技术的1.5倍。主要技术参数见表l。电极板电极结构见图l。电解槽电解单元示意图见图2。表1主要技术参数<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>本实用新型所涉及的高效电解水制备氢气电解槽电极板阴极集流体层，采用导电性良好的单一金属或金属合金、或导电性良好的高分子材料，优选导电性良好的金属，可以为钛、铁、钴、镍、金、银、铝、铜、锰、锌的一种单金属或多种金属的合金，优选钛或钛基合金。本实用新型所涉及的高效电解水制备氢气电解槽电极板阴极催化层，催化剂粉料、粘结剂、导电粉料构成，催化粉料可以为铂粉、铜粉、铁粉、钨粉、镍粉、钴粉、锰粉、锌粉、锡粉、钯粉、铑粉、钼粉、稀土金属粉、铁基合金粉、钨基合金粉、镍基合金粉、钴基合金粉、锰基合金粉、锌基合金粉、锡基合金粉、钯基合金粉、铑基合金粉、钼基合金粉、钌基合金粉、稀土基合金粉中一种或多种复合而成；催化剂导电粉料可以为活性炭粉、石墨粉、银粉、铜粉、铝粉、钛粉、镁粉的一种或几种；催化层粘结剂可以为醋酸乙烯乳液粘结剂、聚乙烯-醋酸乙烯乳液粘结剂、橡胶胶乳粘结剂、脲醛树脂粘结剂、水性聚氨酯粘结剂、羟甲基纤维素、聚乙烯醇等的一种或几种。本实用新型所涉及的高效电解水制备氢气电解槽电极板阳极集流体层为钛金属丝网、非编织布或粉末烧结体；电极板阳极催化层为无载体铱、铱合金或含铱的金属氧化物。本实用新型所涉及的高效电解水制备氢气电解槽电极聚合物电解质膜制备方案为采用固体聚合物溶液蒸发溶剂后成膜，在固体聚合物电解质膜两侧分别加设由固体聚合物电解质和阴极催化层以及固体聚合物电解质和阳极催化层形成膜电极一体化，再对膜电极进行结晶热处理，使其内的固体聚合物电解质共同结晶，使得膜与含有固体聚合物电解质的催化层共同结晶，使得两者实现紧密结合。本实用新型所述固体聚合物溶剂，其固体聚合物可以为全氟磺酸树脂或磺化聚醚酮或磺化聚砜的一种或几种。本实用新型所述固体聚合物溶剂，其溶剂可以为N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基亚砜、丙酮、乙醚、乙醇、甲醇、丙醇、异丙醇等(以上红字部分删去)。本实用新型所述高效电解水制备氢气电解槽所用电解液浓度为020%，优选05%。与原工艺相比电解液浓度有大幅度的降低，可以有效降低其对设备的腐蚀。权利要求一种电解水制氢气电解槽，其特征在于，该电解槽为压滤式双极性结构，所述电解槽包括多个电解小室构成，每个电解小室由两块电极板、微孔隔膜、电解液构成，两块电极板设置在电解液中，所述的微孔隔膜设置在两块电极板之间，所述的电极板由阴极电极板、阳极电极板和绝缘垫片构成，所述的阴极电极板和阳极电极板之间串联密封连接绝缘垫片，各个电解小室之间电极采用并联方式连接构成电解槽。2.根据权利要求1所述的一种电解水制氢气电解槽，其特征在于，所述的电解小室包括1-200个。3.根据权利要求1所述的一种电解水制氢气电解槽，其特征在于，所述的绝缘垫片内安装有电极片，绝缘垫片两端连接微孔隔膜。4.根据权利要求1所述的一种电解水制氢气电解槽，其特征在于，所述的阴极电极板、阳极电极板、微孔隔膜和绝缘垫片上分别开设电解液通道、氢气通道和氧气通道。5.根据权利要求1所述的一种电解水制氢气电解槽，其特征在于，所述的电极板为平板式电极，每块电极板的正面是阴极电极板，背面是阳极电极板。6.根据权利要求3所述的一种电解水制氢气电解槽，其特征在于，所述的阴极电极板和阳极电极板均由集流体层、催化层和固体聚合物电解质膜三部分复合构成。专利摘要本实用新型涉及一种电解水制氢气电解槽，该电解槽为压滤式双极性结构，电解槽由多个电解小室构成，每个电解小室由两块电极板、微孔隔膜、电解液构成，两块电极板设置在电解液中，微孔隔膜设置在两块电极板之间，电极板由阴极电极板、阳极电极板和绝缘垫片构成，阴极电极板和阳极电极板由相应的新型复合材料组成，阴极电极板和阳极电极板之间串联密封连接绝缘垫片，各个电解小室之间电极采用并联方式连接构成电解槽。与现有技术相比，本实用新型具有能耗低、电解液不易流失和腐蚀等优点。文档编号C25B9/00GK201530867SQ200920210660公开日2010年7月21日申请日期2009年10月13日优先权日2009年10月13日发明者卢伟京,宣维君,张晓明,徐仲杰,李帅,杨维成,马建新申请人:上海化工研究院;上海化工院青磊特种气体有限公司