专利名称：一种用于电化学制取气体的双气室双光窗电解池的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电化学和光电化学实验研究技术领域，具体涉及一种用于电化学制取气体的双气室双光窗电解池。
背景技术：
在过去的几十年里，能源短缺和环境恶化成为了影响一个国家经济发展和社会稳定的重要问题。利用清洁可再生的太阳能分解水制得氢气，氢气作为燃料驱动燃料电池发电，在发电过程中氢气与空气中的氧气结合生成水，从而形成了 “太阳能-氢能”的绿色循环利用。整个利用过程中没有温室气体排放，输入能量来源为免费的太阳能，原料和产物都是水(氢和氧)。因此，这种“太阳能-氢能”绿色循环利用是解决能源短缺和环境恶化的一种重要的解决途径。 太阳能光电化学分解水技术，在“太阳能-氢能”的绿色循环利用中占有重要的地位。太阳能光电化学分解水的原理是利用η型半导体薄膜电极和P型半导体薄膜电极分别作为光阳极和光阴极，光电极在太阳光的辐照下吸收光子能量，在施加或不施加外电压的条件下将水分解为氧气(光阳极侧)和氢气(光阴极侧)。因此这是非常具有应用前景的新能源技术，在国内外的研究所和高校等研究机构得到了广泛的重视。在光电化学分解水的研究中，光电化学反应器的设计是对于研究过程的精细控制和研究结果的准确解析都起到极其重要的作用。在光电化学分解水研究中，往往通过位于一个反应池内的三电极系统(工作电极、参比电极和辅助电极)单独研究光阳极或光阴极来得到光电极的性能，此时光电极作为工作电极，钼片或钼丝等作为辅助电极，如文献I！Accelerating materials development for photoelectrochemical hydrogenproduction: Standards for methods, definitions, and reporting protocols, ChenZhebo, etc.Journal of Materials Research.2010 年第 25 卷 3-16 页。当研究光阳极的光电化学分解水性能时，工作电极(光阳极)表面产生氧气，而辅助电极(如钼片)表面产生氢气；当研究光阴极的光电化学分解水性能时，工作电极(光阴极)表面产生氢气，而辅助电极(如钼片)表面产生氧气。如果使用传统的电解池，分解水产生的氧气和氢气将在一个空间内混合并且很难分离，由于实验需要对各电极产生的气体分别进行分析，因此各种气体混合后对于实验结果将产生很大的不利影响。欲消除这种影响，可以通过将工作电极和辅助电极分别位于两个电解池内，这样就可以实现产生气体的互不干扰，如文献I，但是这样就会增加实验系统的体积和复杂程度。本实用新型的目的即是为了解决反应产生的气体混合导致的问题。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种用于电化学制取气体的双气室双光窗电解池，以解决现有技术反应产生的气体混合导致影响实验结果的问题。为解决现有技术存在的问题，本实用新型提供的技术方案是:一种用于电化学制取气体的双气室双光窗电解池，包括反应池和盖板，盖板设置于反应池的开口处，盖板与反应池之间为可拆卸的密封连接，所述盖板上设有若干连接端口，其特殊之处在于:所述反应池内设有隔板，隔板将反应池内的空间分为工作电极反应室和辅助电极反应室两部分，所述隔板的上边缘与反应池顶面平齐，隔板的前、后侧边沿与电解池前、后内壁密封连接，隔板下边缘与反应池底部之间留有可使电解液在工作电极反应室和辅助电极反应室间自由流动的空间，反应池的侧面上对应工作电极反应室和辅助电极反应室的位置分别镶嵌有一个可透光的玻璃窗口。上述玻璃窗口为石英玻璃窗口。上述连接端口包括工作电极室连接端口和辅助电极室连接端口，所述工作电极室连接端口设置于工作电极反应室上方对应的盖板上，所述辅助电极室连接端口设置于辅助电极反应室上方对应的盖板上，所述工作电极室连接端口包括工作电极接线柱、工作电极室参比电极连接口、工作电极室进气口和工作电极室排气口，所述辅助电极室连接端口包括辅助电极接线柱、辅助电极室参比电极连接口、辅助电极室进气口和辅助电极室排气口。本实用新型相对于现有技术，具有如下优点和效果:1、反应池内设有隔板，隔板将反应池内的空间分为工作电极反应室和辅助电极反应室两部分，实现了工作电极和辅助电极表面生成气体的有效隔离，从而便于控制实验结果的精确性；2、本实用新型既可以用于进行传统的电化学实验，又可以进行光电化学实验，从而实现传统电解池无法实现的功能；3、本实用新型既可以用于进行标准的三电极电化学实验，又可以进行两电极电化学实验；
4、本实用新型结构简单、紧凑，并且易于操作、功能实用。
图1是本实用新型的外部结构示意图；图2是本实用新型反应池的结构示意图；图3是本实用新型盖板的结构示意图；图4是本实用新型橡胶垫圈的结构示意图；图5是应用本实用新型将工作电极与接线柱连接装配以进行光电化学实验的示意图；图6是电解液注入反应池后形成两个独立气室空间的示意图； 图7是工作电极示意图；图8和辅助电极示意图；其中，1-反应池、2-盖板、3-螺栓、4-反应池密封槽、5-隔板、6-工作电极反应室、7-辅助电极反应室、8-玻璃窗口、9-工作电极接线柱、10-工作电极室进气口、11-辅助电极室进气口、12-辅助电极接线柱、13-盖板密封槽、14-辅助电极室排气口、15-辅助电极室参比电极连接口、16-工作电极室参比电极连接口、17-工作电极室排气口、18-橡胶垫圈、19-香蕉插头接口、20-香蕉插头、21-工作电极、22-参比电极、23-胶塞、24-辅助电极。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做详细说明:参照图1，一种用于电化学制取气体的双气室双光窗电解池，包括反应池I和盖板2，盖板2设置于反应池I的开口处，盖板2与反应池I之间为可拆卸的密封连接，所述盖板2上设有若干连接端口，所述反应池I内设有隔板5，隔板5将反应池I内的空间分为工作电极反应室6和辅助电极反应室7两部分，所述隔板5的上边缘与反应池I顶面平齐，隔板5的前、后侧边缘与反应池I的前、后内壁密封连接，隔板5下边缘与反应池I底部之间留有可使电解液在工作电极反应室6和辅助电极反应室7之间自由流动的空间，反应池I的侧面上对应工作电极反应室6和辅助电极反应室7的位置分别镶嵌有一个可透光的玻璃窗口 8。玻璃窗口 8的位置和大小可以根据需要制作，只需保证工作时光源可以从反应池I外部照射到反应池I内部的电极上即可，为了达到良好地透光性，玻璃窗口 8优选石英玻璃制作。上述连接端口包括工作 电极室连接端口和辅助电极室连接端口，所述工作电极室连接端口设置于工作电极反应室6上方对应的盖板I上，所述辅助电极室连接端口设置于辅助电极反应室7上方对应的盖板I上，所述工作电极室连接端口包括工作电极接线柱9、工作电极室参比电极连接口 16、工作电极室进气口 10和工作电极室排气口 17，所述辅助电极室连接端口包括辅助电极接线柱12、辅助电极室参比电极连接口 15、辅助电极室进气口11和辅助电极室排气口 14。反应池I上和盖板2相接触的一侧，环绕工作电极反应室6和辅助电极反应室7的开口处开设有反应池密封槽4，盖板2上对应于反应池密封槽4的位置开设有盖板密封槽13，密封槽内嵌入橡胶垫圈18后，由螺栓3和螺母将反应池I和盖板2压紧，从而隔离两个气室。工作电极室连接端口各端口作用如下所述:参照图5和图7，工作电极接线柱9由导电性良好的铜合金或其它金属制造，接线柱面向电解池的一侧终端为香蕉插头接口 19，工作电极21通过香蕉插头20与其连接；另一侧直接与电化学工作站工作电极连接线连接。参照图6，工作电极室参比电极连接口 16可以插入参比电极22或带有参比电极的盐桥。当实验不需要参比电极(如进行两电极实验)时，使用胶塞23将此连接口密封。工作电极室进气口 10可以直接与外部气瓶或泵气管道连接，以向工作电极反应室上方气室充入氮气等气体用于保护电解液或带走反应生成的气体；或者通过进气口将气管伸入电解液中，充入氮气等惰性气体起到除氧或搅拌的作用；不需要通入气体时，用胶塞将进气口密封。工作电极室排气口 17可以直接与气相色谱等检测仪器的进气管道连接，以实现工作电极表面生成气体的在线即时检测分析。辅助电极室连接端口各端口作用如下所述:参照图5和图8，辅助电极接线柱12由导电性良好的铜合金或其它金属制造，接线柱面向电解池的一侧终端为香蕉插头接口 19，辅助电极24通过香蕉插头20与其连接；另一侧直接与电化学工作站辅助电极连接线连接。参照图6，辅助电极室参比电极连接口 15可以插入参比电极22或带有参比电极的盐桥。当实验不需要参比电极(如进行两电极实验)时，使用胶塞23将此连接口密封。辅助电极室进气口 11可以直接与外部气瓶或泵气管道连接，以向辅助电极反应室上方气室充入氮气等气体用于保护电解液或带走反应生成的气体；或者通过进气口将气管伸入电解液中，充入氮气等惰性气体起到除氧或搅拌的作用；不需要通入气体时，用胶塞将进气口密封。辅助电极室排气口 14可以直接与气相色谱等检测仪器的进气管道连接，以实现辅助电极表面生成气体的在线即时检测分析。实验过程举例:1、光电化学产氢产氧实验，工作电极和辅助电极均需要光照，η型氧化铁光电极作为工作电极(光阳极)，银/氯化银电极作为参比电极(位于阳极侧)，P型氧化亚铜作为辅助电极(光阴极)，电解液为0.5摩尔/升硫酸钾溶液。在光阳极和光阴极间施加一定的电压，氙灯光源经两个石英玻璃窗口 8分别照射氧化铁光阳极和氧化亚铜光阴极,氧化铁光阳极表面产生的氧气由工作电极室排气口 17排出，同时在氧化亚铜光阴极表面产生的氢气由辅助电极室排气口 14排出。2、光电化学产氢产氧实验，仅工作电极需要光照，η型二氧化钛光电极作为工作电极(光阳极)，银/氯化银电极作为参比电极(位于阳极侧)，钼片作为辅助电极，电解液为0.5摩尔/升硫酸钾溶液。在光阳极和辅助电极间施加一定的电压，氣灯光源经石英玻璃窗口 8照射二氧化钛光电极,在其表面产生的氧气由工作电极室排气口 17排出，同时在钼片电极表面产生氢气由辅助电极室排气口 14排出。3、电解食盐水实验，一个钼片电极作为工作电极(阳极)，另一个钼片电极作为辅助电极(阴极)，不使用参比电极，电解液为5%氯 化钠溶液。在阳极和阴极间施加一定的电压，阳极表面产生的氯气由工作电极室排气口 17排出，同时在阴极表面产生的氢气由辅助电极室排气口 14排出。
权利要求1.一种用于电化学制取气体的双气室双光窗电解池，包括反应池(I)和盖板(2)，盖板(2)设置于反应池(I)的开口处，盖板(2)与反应池(I)之间为可拆卸的密封连接，所述盖板(2)上设有若干连接端口，其特征在于:所述反应池(I)内设有隔板(5)，隔板(5)将反应池(I)内的空间分为工作电极反应室(6)和辅助电极反应室(7)两部分，所述隔板(5)的上边缘与反应池(I)顶面平齐，隔板(5)的前、后侧边缘与反应池(I)的前、后内壁密封连接，隔板(5)下边缘与反应池(I)底部之间留有可使电解液在工作电极反应室(6)和辅助电极反应室(7)之间自由流动的空间，反应池⑴的侧面上对应工作电极反应室(6)和辅助电极反应室(X)的位置分别镶嵌有一个可透光的玻璃窗口(8)。
2.根据权利要求1所述一种用于电化学制取气体的双气室双光窗电解池，其特征在于:所述玻璃窗口(8)为石英玻璃窗口。
3.根据权利要求1或2所述一种用于电化学制取气体的双气室双光窗电解池，其特征在于:所述述连接端口包括工作电极室连接端口和辅助电极室连接端口，所述工作电极室连接端口设置于工作电极反应室(6)上方对应的盖板(I)上，所述辅助电极室连接端口设置于辅助电极反应室(7)上方对应的盖板(I)上，所述工作电极室连接端口包括工作电极接线柱(9)、工作电极室参比电极连接口(16)、工作电极室进气口(10)和工作电极室排气口(17)，所述辅助电极室连接端口包括辅助电极接线柱(12)、辅助电极室参比电极连接口(15)、辅助电极室进气口(11)和辅 助电极室排气口(14)。
专利摘要本实用新型属于电化学和光电化学实验研究技术领域，具体涉及一种用于电化学制取气体的双气室双光窗电解池。现有技术存在反应产生的气体混合导致影响实验结果的问题。为解决现有技术存在的问题，本实用新型提供的技术方案是一种用于电化学制取气体的双气室双光窗电解池，包括反应池和盖板，所述反应池内设有隔板，隔板将反应池内的空间分为工作电极反应室和辅助电极反应室两部分，隔板下边缘与反应池底部之间留有空间。本实用新型实现了工作电极和辅助电极表面生成气体的有效隔离，从而便于控制实验结果的精确性，结构简单、紧凑，并且易于操作、功能实用。
文档编号C25B9/00GK203080074SQ201320026528
公开日2013年7月24日 申请日期2013年1月18日 优先权日2013年1月18日
发明者杨鹰, 韩娟, 汤宏胜, 宁晓辉, 郑建斌 申请人:西北大学