本发明涉及电解装置技术领域，特别是涉及一种电解槽及电解装置。
背景技术：
目前，纯水电解产氢一般有三种电解槽，分别为碱性电解槽、固体氧化物电解槽和聚合物电解槽，其中碱性电解槽是发展时间最长、技术最为成熟的电解槽，其具有操作简单和成本低的特点，但是其效率较低、且使用具有强烈腐蚀性的碱液作为电解质和使用致癌物质石棉作为隔膜，因此对环境和人体健康都会带来威胁。固体氧化物电解槽的电解效率高，并且产氢纯度高，但是其工作温度高达800～950℃，水是以蒸汽的形式进入电解槽的，这种工作环境要求较高，能源成本也较高。因此目前最理想的纯水电解槽为聚合物电解槽，其具有很高的电流密度和电流效率，很好的机械强度和化学稳定性，产氢纯度高，安全无污染等特性，且工作温度一般仅为50～90℃，较容易实现工业化生产。
聚合物电解纯水技术的核心部件为选择性质子透过膜和钛电极，选择性质子透过膜起到传导质子和分隔阴阳室的双重作用，钛电极位于选择性质子透过膜的两侧，分别作为阳极片和阴极片，根据供水方式不同，聚合物水电解分为阳极循环供水、阴极循环供水和静态供水。由于阳极循环供水电解的电流密度和电流效率最高，且在给定操作温度和压力下槽电压最低，因此应用最为广泛，但是阳极循环供水电解的电解效率仍受到选择性质子透过膜和钛电极不同结合方式的制约，且工作温度偏高时，尤其是在外界环境温度较高的情况下散热迟缓，难以满足长期高效动态稳定制氢制氧的要求。
技术实现要素：
本发明实施例主要提供一种电解槽及电解装置，以解决现有技术中，聚合物电解槽的电解效率偏低，且工作温度偏高，尤其是在外界环境温度较高的情况下散热迟缓，难以满足长期高效动态稳定制氢制氧要求的问题。
为解决上述技术问题，本发明实施例采用的一技术方案如下：
一种电解槽，用于制造氢气及氧气，所述电解槽包括：
选择性质子透过膜，用于质子交换传递，且其两表面均附着有用于增强水合质子传导的催化剂层；阳极片及阴极片，分别设于所述选择性质子透过膜的两侧，分别连接电源的正负两极；其中，所述阳极片与所述选择性质子透过膜之间的区域为氢气产生区域，所述阴极片与所述选择性质子透过膜之间的区域为氧气产生区域。
为解决上述技术问题，本发明实施例采用的另一技术方案如下：
一种电解装置，其包括如上述的电解槽、循环水泵及温度传感器，所述温度传感器设于所述电解槽上，所述温度传感器用于实时监测所述电解槽内的水温数据，并将所述水温数据发送至所述循环水泵的控制电路，所述循环水泵用于为所述电解槽循环供水及排水，并所述循环水泵可根据所述电解槽内的水温状态调整其输出功率的大小，以使所述电解槽内的水温控制在预设温度范围内。
本发明实施例的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施例的电解槽通过在选择性质子透过膜的两表面附着用于增强水合质子传导的催化剂层，使得阳极片产生的水合质子可以更顺畅地穿过选择性质子透过膜传导至阴极片，提高了电解效率。另外，本发明实施例的电解装置在供电状态下，一旦电解槽的工作温度超过预设温度，循环水泵会自动升压加快水循环速度，达到加速散热的效果，从而保证长期高效动态稳定地制氢制氧。
附图说明
图1是本发明实施例的一种电解槽的部分结构的爆炸图；
图2是本发明实施例的一种电解槽的整体结构外观示意图；
图3是本发明实施例的一种电解装置的部分结构的爆炸图。
具体实施方式
实施例一
请参阅图1，图1是本发明实施例的电解槽的部分结构的爆炸图，结合图1可以得到，本发明实施例的一种电解槽，用于制造氢气及氧气，所述电解槽包括：
选择性质子透过膜10，用于质子交换传递，且其两表面均附着有用于增强水合质子传导的催化剂层(图中未标示)。选择性质子透过膜10可以分隔制备的氢气和氧气，实现高纯度氢气和氧气的获得，
阳极片14及阴极片24，分别设于所述选择性质子透过膜10的两侧，分别连接电源的正负两极。可选地，所述阳极片14和所述阴极片24均由钛材质所制成。
其中，所述阳极片14与所述选择性质子透过膜10之间的区域为氢气产生区域，所述阴极片24与所述选择性质子透过膜10之间的区域为氧气产生区域。具体地，所述阳极片14、选择性质子透过膜10和阴极片24组成核心电解区，所述选择性质子透过膜10将核心电解区分隔为氧气产生区和氢气产生区。
在本实施例中，可选地，所述催化剂层的组成部分包括铂元素、钯元素、钌元素与铱元素中的的至少一种金属元素；或所述催化剂层的组成部分包括pt-m合金，其中pt为铂元素，m为钌元素、钴元素、镍元素或锰元素中的一种金属元素。
在本实施例中，可选地，所述选择性质子透过膜10为全氟磺酸质子交换膜。
在本实施例中，可选地，所述催化剂层的厚度为2～20um。
在本实施例中，可选地，所述阳极片14与所述选择性质子透过膜10之间依次设有第一微孔钛板卡槽13、第一微孔钛板12及第一压膜硅胶圈11，所述阴极片24与所述选择性质子透过膜10之间依次设有第二微孔钛板卡槽23、第二微孔钛板22及第二压膜硅胶圈21。具体地，所述第一微孔钛板卡槽13上设有进水通道131和出水/出氢通道，所述第一压膜硅胶圈11和所述第二压膜硅胶圈21起到固定所述选择性质子透过膜10的作用，同时可以避免电解区渗水。
其中，所述第一微孔钛板12卡合于所述第一微孔钛板卡槽13内，所述第一压膜硅胶圈11设于所述第一微孔钛板12与所述选择性质子透过膜10之间，所述第二微孔钛板22卡合于所述第二微孔钛板卡槽23内，所述第二压膜硅胶圈21设于所述第二微孔钛板22与所述选择性质子透过膜10之间，所述第二微孔钛板卡槽23上设有出氢孔231。
在本实施例中，具体地，所述第一微孔钛板卡槽13和第二微孔钛板卡槽23组成一个紧密卡槽，将第一微孔钛板12、第一压膜硅胶圈11、选择性质子透过膜10、第二压膜硅胶圈21、第二微孔钛板22紧密压实在一起。
在本实施例中，具体地，所述阳极片14、第一微孔钛板12、选择性质子透过膜10、第二微孔钛板22、阴极片24自上而下紧密抵接。
在本实施例中，可选地，所述第一微孔钛板12与所述第二微孔钛板22均为多孔蜂窝结构，以保证与水充分接触，加快电解效率。
在本实施例中，可选地，所述阳极片14的背向所述第一微孔钛板卡槽13的一面设有第一绝缘硅胶15，所述第一绝缘硅胶15的背向所述阳极片14的一面设有第一散热片16，所述阴极片24的背向所述第二微孔钛板卡槽23的一面设有第二绝缘硅胶25，所述第二绝缘硅胶25的背向所述阴极片24的一面设有第二散热片26。所述第一绝缘硅胶15和第二绝缘硅胶25作为绝缘层，以隔绝电解区和和所述第一散热片16和所述第二散热片26。
所述第一散热片16和第二散热片26均为实心铝材质所制成，厚度为1cm以上，起到充分散热的目的。
在本实施例中，可选地，还包括固定螺栓18、固定支架17、固定螺杆27、进水管28、出氢管29和出水管30。所述固定螺栓18、固定支架17和固定螺杆27用于将所述电解槽的各个功能层压紧、密封和固定。所述第一微孔钛板卡槽13上的进水通道131和进水管28相对应，出水/出氧通道132和出水管30相对应，出氢管29和出氢口相对应。
在本实施例中，可选地，所述进水管28上穿至第一微孔钛板卡槽13处，连通所述进水通道131进行供水，所述出水管30上穿至第一微孔钛板卡槽13处，连通所述出水/出氧通道132进行排水和输出氧气，所述出氢管29上穿至第二微孔钛板卡槽23，连通所述出氢孔231输出氢气。
在本实施例中，可选地，所述第一散热片16、所述第二散热片26、所述第一绝缘硅胶15、所述第二绝缘硅胶25、所述阳极片14、所述阴极片24、所述第一微孔钛板卡槽13、所述第二微孔钛板卡槽23、所述第一压膜硅胶圈11和所述第二压膜硅胶圈21上均设有若干个和所述固定螺杆27对应配合的第一圆孔(图中未标示)，且所述第一微孔钛板卡槽13、所述第二微孔钛板卡槽23、所述第一压膜硅胶圈11和所述第二压膜硅胶圈21上还设有和所述进水管28、所述出氢管29和所述出水管30对应配合的第二圆孔(图中未标示)。
在本实施例中，可选地，所述电解槽在供电状态下，首先水通过阳极片14和选择性质子透过膜10之间循环，并在阳极片14发生电化学反应分解生产氧气、氢离子和电子，循环水同时带走电解产生的热量和氧气,其中质子h+在电场作用下以水合质子(h+·xh2o)的形式从一个磺酸基转移到临近的一个实现质子导电，最终传导至阴极片24，发生电化学重组生成氢气。
本发明实施例的电解槽，通过在选择性质子透过膜10附着催化剂层，以保证两者之间具有良好的界面结合，使得阳极片14产生的水合质子可以更顺畅地穿过选择性质子透过膜10传导至阴极片24，增加了水合质子的传导速率，促进阴极氢气的生成，提高了电解效率。
实施例二
请参考图1、图2和图3，图1是本发明实施例的一种电解槽的部分结构的爆炸图，图2是本发明实施例的一种电解槽的整体结构外观示意图，图3是本发明实施例的一种电解装置的部分结构的爆炸图，结合图1、图2和图3可以得到，本发明实施例的一种电解装置，其包括如实施例一所述的电解槽、循环水泵40及温度传感器19，由于该电解槽已经在实施例一中进行了详细的说明，在此不再重复进行说明。
其中，所述温度传感器19与所述电解槽连接，所述温度传感器19设于所述电解槽的顶部或其它部位，其用于实时监测所述电解槽内的水温数据，并将所述水温数据发送至所述循环水泵40的控制电路。所述循环水泵40用于为所述电解槽循环供水及排水，所述循环水泵40可根据所述电解槽内的水温状态调整其输出功率的大小，以使所述电解槽内的水温控制在预设温度范围内。所述水箱50通过水管70和所述循环水泵40连接，所述循环水泵40和所述进水管28连接。
在本实施例中，可选地，所述电解装置还设有与所述循环水泵40的输出功率相匹配的选择控制开关(图中未标示)，所述选择控制开关设有较高电压档位及较低电压档位，所述选择控制开关可选择所述较高电压档位或所述较低电压档位，当所述循环水泵40的控制电路接收到的所述水温数据的数值大于或等于预设水温阈值，则所述选择开关选择所述较高电压档位，否则选择所述较低电压档位。
在本实施例中，可选地，所述电解装置还包括储水箱50及电源箱60，所述储水箱50用于向所述循环水泵40供水，所述电源箱60用于提供电源。
在本实施例中，可选地，当所述电解槽处于供电状态时，即通过循环水泵40持续不断将水箱50中的水泵入至电解区阳极片14，从而使阳极片14产生的水和氧气加速排出，当工作温度超过预设温度时，电解槽上的温度传感器19会将水温数据发送至循环水泵40，所述选择开关会选择较高电压档位，循环水泵40会自动升压加速水循环。当工作温度低于预设温度时，所述选择开关会选择较底电压档位，循环水泵40会自动降压减小水循环。
在本实施例中，可选地，所述电解槽在供电状态下，首先水通过阳极片14和选择性质子透过膜10之间循环，并在阳极片14发生电化学反应分解生产氧气、氢离子和电子，循环水同时带走电解产生的热量和氧气,其中质子h+在电场作用下以水合质子(h+·xh2o)的形式从一个磺酸基转移到临近的一个实现质子导电，最终传导至阴极片24，发生电化学重组生成氢气。
本发明实施例电解装置，其包括的电解槽和循环水泵40，本发明实施例的电解槽，通过在选择性质子透过膜10附着催化剂层，可以提高电解效率，另外通过设置循环水泵40和温度传感器19，持续不断的将水泵入和排除电解槽，从而使阳极片14产生的水和氧气加速排出电解槽，促进阳极片14上水合质子和氧气的生成，进而增加水合质子的传导速率，促进阴极氢气的生成，从而加快电解速度。此外，一旦电解系统工作温度超过预设温度，循环水泵40会自动升压加快水循环加速散热，从而保证长期高效动态稳定制氢制氧。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。