用于电解水的无间距隔膜电解槽的制作方法

本发明涉及电解技术，特别涉及一种用于电解水的无间距隔膜电解槽。

背景技术：

通过电解水制备氢气和氧气在本领域已经广为人知，而现有电解槽普遍采用的是隔膜式样的电解槽，电解槽的电极与隔膜之间有一定的间距，导致电解槽槽电压升高，电解效率低下,电解槽温度高等问题。

如何提高电解水制备氢气和氧气的电解效率，降低能耗，降低电解槽发热量，是电解水制备氢气和氧气迫切需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的，就是为了解决上述问题，提供一种用于电解水的无间距隔膜电解槽。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种用于电解水的无间距隔膜电解槽，包括至少一个电解槽单元，各电解槽单元通过阳离子交换膜分隔成阳极室和阴极室，在阳极室内设有阳极导电网，在阴极室内设有阴极导电网，阳极导电网和阴极导电网的结构和组成相同，均由高分子材料接枝磺酸基团的高分子电解质制作而成。

所述阳极室包括紧密相连的阳极框和阳极导水框，在阳极框内嵌装有阳极板，在阳极导水框内嵌装有阳极导电网，所述阳极板上附有一层析氧涂层。

所述阳极框和阳极导水框上对应设有阳极室的进水孔和出水孔。

所述阴极室包括紧密相连的阴极框和阴极导水框，在阴极框内嵌装有阴极板，在阴极导水框内嵌装有阴极导电网，所述阴极板上附有一层析氢涂层。

所述阴极框和阴极导水框上对应设有阴极室的进水孔和出水孔。

所述的阳离子交换膜是高分子材料接枝磺酸基团的阳离子交换膜。

所述高分子材料包括含氟高分子材料。

所述的阳离子交换膜的厚度为0.15-0.25毫米，电阻为5欧姆/平方厘米，爆破强度大于5公斤/平方厘米。

还包括上端板和下端板，上端板和下端板将至少一个电解槽单元夹紧相连组成电解槽。

在下端板上设有两个进水口、酸性水/氧气出口、碱性水/氢气出口、阳极接线柱和阴极接线柱；两个进水口分别连接阳极室的进水孔和阴极室的进水孔，酸性水/氧气出口连接阳极室出水孔，碱性水/氢气出口连接阴极室出水孔；阳极接线柱连接阳极板，阴极接线柱连接阴极板。

本发明由于采用了以上技术方案，使其与现有技术相比，具有以下的优点和特点：

1、由于电解槽电极之间无间距，即电极极板与离子交换膜之间无间距。加上采用了能够帮助离子迁移的导电网，水能够自由流动，又能够保证电极、离子交换膜之间的充分接触，大大提高了电解效率。

2、可以直接电解纯水，纯水电导20uS/cm以上，使纯水直接电解成高纯度的氢气和氧气，由于纯水的电导率很低，电阻大，采用传统的电解技术无法对纯水进行直接电解产生氢氧气体，必须添加电解质，理论上水的分解电压只有1.23V，但是在实际应用过程中是无法实现的。

3、可以低电压运行：采用无间距电解槽技术可以降低运行电压，由于纯水电阻很大，需要的外加电压就高，采用传统电解槽工艺，电解电压即使24V-36V也很难把纯水电解成氢氧气，由于外加电压高，电解槽的温度升高很大，能耗非常大，无法经济的制取氢氧气体，采用无间距电解槽技术以后，电解电压可以在6V左右就能启动电解槽电解，可以根据需要调整电解电压，保证稳定的出气量。

本发明的无间距隔膜电解槽可应用于以下几个领域：

1：航空航天领域

我们大家都知道，在太空氧气是不存在的，我们的空间站，航天员在太空中需要生活，需要氧气维持生命，但是从地球上带氧气瓶到太空，它的成本很高，而且数量有限，相对电的获取就容易的多，可以利用太阳能，一公斤水可以电解出670升左右的氧气，可以保证一个人一天多的需求量。

2：高原缺氧

在我国有广阔的高原地区，人们在高原地区生活，工作，旅游，由于高原地区海拔高度的原因，空气稀薄，影响人们的正常工作生活，但是高原地区有水，有电，可以解决局部空间的氧气不足问题，改善局部环境。

3：个人吸氧

随着人们对生活质量的要求不断提高，人口老龄化，旅游事业，登山运动的发展，个人吸氧问题的需求增加。采用传统的氧气袋由于受到装氧气量的限制，无法长时间供应，只能作为应急使用，现在市场上的个人吸氧设备采用的是空气分离系统，采用空气中的要求进行物理分离浓缩，体积大，纯度低，采用无间距隔膜电解纯水技术，可以非常轻松的解决个人吸氧问题，无需太大的装备和重量可以连续的吸氧需要，通过我们的试验，包括蓄电池或电源，整体设备可以在3-4公斤。

4：汽车燃烧领域的节能减排

根据北京大学，北京工业大学的系统理论研究，氢氧气体在内燃机的工作中，加入少量的氢氧气体以后可以提供内燃机的燃烧效率，降低排放，节约燃料，这是我国目前为了改善空气质量，减少污染物排放的重大政策，通过采用无间距隔膜电解技术，可以把纯水电解产生氢氧气体的原理，和传统的加入电解质相比较，对汽车发动机的运行更加安全可靠，可以为我国的节能减排做贡献。

5：日常生活领域

A；电解碱性水

上世纪末日本提出饮用电解碱性水对人类的健康有很大的益处，我们国家于2007年提出了相关的项业标准，但是我们国家现有的电解水生产企业都很难达到电解水设备的项业标准的A级品标准，只有日本原装产品能够达到，价格是我们国内品牌的好几培，其原因就是电解槽技术，通过我们一段时间的试验，采用无间距电解技术，能够很轻松的把纯水(RO技术，电导率50以下的纯水)电解成pH10以上的碱性水，碱性水的负电位可以达到500mV以上。而且全部采用国内自己品牌的离子交换膜和导电网，不需要采用从美国、日本进口的价格昂贵的离子交换膜材料。为创造国内自主品牌创造条件。

由于采用无间距隔膜电解技术，运行的槽电压相对日本的电解槽更加低，降低了电解槽的发热量，节约能耗，提高运行效率，增加使用寿命，满足我国电解水项业标准的PH指标和电位指标，电解电压只需要6-12V左右。

B：制取工业用强碱性水

我们人类生存提倡低碳，环保，节能的发展方针，目前我们在工业生产，人们的日常生活离不开清洁剂，俗称表面活性剂，它对环境的污染是非常严重的每年我国有几百万吨的洗涤剂产品的消耗，采用无间距隔膜电解技术，在添加及其少量的无机盐的情况下，可以非常轻松的达到pH12.5以上的强电解水。而且电解电压可以降低到6V左右。大大降低了能耗，提高电解效率，减小体积。可以生产出负电位300mv以上的具有很强去污能力的强碱性电解水，为我国的环境改善做出贡献。

附图说明

图1是本发明用于电解水的无间距隔膜电解槽的总体结构示意图。

图2为图1的剖视结构示意图。

图3为图1的分解结构示意图。

图4为本发明的使用状态示意图。

具体实施方式

参见图1、图2、图3，本发明用于电解水的无间距隔膜电解槽，由上端板1和下端板2将至少一个电解槽单元夹紧相连组成。该电解槽单元通过阳离子交换膜7分隔成阳极室和阴极室，在阳极室内设有阳极导电网，在阴极室内设有阴极导电网，阳极导电网和阴极导电网的结构和组成相同，均由高分子材料接枝磺酸基团的高分子电解质制作而成。

参见图2、图3，本发明中的阳极室包括紧密相连的阳极框4和阳极导水框5，在阳极框4内嵌装有阳极板3，在阳极导水框5内嵌装有阳极导电网6，在阳极板上附有一层析氧涂层。在阳极框和阳极导水框上对应设有阳极室的进水孔和出水孔。

参见图2、图3，本发明中的阴极室包括紧密相连的阴极框9和阴极导水框8，在阴极框9内嵌装有阴极板11，在阴极导水框8内嵌装有阴极导电网10，在阴极板上附有一层析氢涂层。在阴极框和阴极导水框上对应设有阴极室的进水孔和出水孔。

本发明中的阳离子交换膜是高分子材料接枝磺酸基团的阳离子交换膜，高分子材料包括含氟高分子材料。阳离子交换膜的厚度为0.15-0.25毫米，电阻为5欧姆/平方厘米，爆破强度大于5公斤/平方厘米。

配合参见图1、图4，在下端板2上设有两个进水口21、22、酸性水/氧气出口23、碱性水/氢气出口24、阳极接线柱25和阴极接线柱26；两个进水口分别连接阳极室的进水孔和阴极室的进水孔，酸性水/氧气出口连接阳极室出水孔，碱性水/氢气出口连接阴极室出水孔；阳极接线柱连接阳极板，阴极接线柱连接阴极板。

本发明中的阳极板、阴极板是中间带有定位孔的金属涂层板，四周或上下带有定位槽，保证电极组装的位置正确、到位。

本发明中的阳极框、阴极框是用高分子材料模压成型的电极框，周围有若干固定用的固定孔，并有进出水孔。

本发明中的导水框是使用高分子材料模压成型的导水框，周围有若干固定用的固定孔和进出水孔。

本发明中的导电网是由高分子材料经过接枝磺酸基团的高分子导电材料，呈网状结构，导电网同时构成阴极室或阳极室的导水层，有利于水的流动散热。

本发明中的阳离子交换膜选用氟基材料或有机高分子基材的磺酸基阳离子交换膜，厚度0.15-0.25毫米，离子膜电阻：5欧姆/平方厘米。爆破强度大于5公斤/平方厘米。

本发明中的下端板由高分子塑料模压成型，周围有若干固定电解槽的绝缘柱子，用于固定电解槽，保证电解槽的一致性，标准性，下端板还有四个进出水孔，用于电解槽电解液的循环，下端板还有两个电极接口，用于电解槽的电极连接。

本发明中的上端板由高分子塑料模压成型，上面有固定电解槽的固定孔，用于固定电解槽。

以下是两个应用实施例，其装配图如图4所示。

实施例1：

组装一个由三片阳极板，三片阳极框六片导水板，二片阴极板，二片阴极框，六片导电网，四张阳离子交换膜，上下端板组装的电解槽，每块电极的面积25平方厘米，进水采用反渗透(RO水)处理的纯净水，导电20Us/cm.在外加电压8V的条件下，碱性水每分钟1升，产生的电解水，碱性水pH达到9.5-10，酸性水pH5以下，这充分证明无间距电解槽的电解效率远高于普通电解槽的效率，

实施例2

组装一个由五片阳极板，五片阳极框，十片导水板，四片阴极板，四片阴极框，八张阳离子交换膜，十片导电网，上下端板组装的电解槽，每块电极的面积35平 方厘米，进水采用反渗透(RO水)处理的纯净水，导电20Us/cm.在外加电压10-20V的条件下，电流20-22安培。使用循环水泵，从下端板的进水口进水，阳极室出水口进入氧气汽水分离器，阴极室出水口进入氢气汽水分离器，可以产生30升的氧气和60升的氢气。