一种水分富集制氢电解槽

本发明涉及电解制氢，特别涉及一种水分富集制氢电解槽。

背景技术：

1、氢气作为清洁高效的能量载体，在化工领域为合成原料。

2、电解水制氢是目前已知的最为清洁的制氢方式之一，也是技术最成熟的绿色氢气制取技术。

3、虽然电解水制氢过程中水的消耗量不高，但在沙漠、边境等部分应用场景下，可能不具备充足稳定的软水或淡水资源以供电解，这就需要对空气中的水分进行捕集，用于电解制氢。

4、因此，如何捕集空气中的水分，并电解制氢，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种水分富集制氢电解槽，捕集空气中的水分，并电解制氢。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种水分富集制氢电解槽，其包括：

4、槽体，所述槽体包括上槽和下槽；

5、位于所述上槽内的水分捕集器，所述水分捕集器包括分离膜和冷凝器，所述分离膜用于流通空气，且所述分离膜的侧壁能够渗透水蒸气；所述冷凝器用于吹扫经过所述分离膜渗透的水蒸气，使水蒸气凝结为水滴；

6、位于所述下槽内的电极组件，所述电极组件包括阴极组件、阳极组件和电解质块，且所述阴极组件和所述阳极组件之间设置有隔膜，并且所述阴极组件和所述阳极组件位于所述电解质块的两侧，所述电解质块为吸收水分能够膨胀的结构；

7、连通所述上槽和所述电解质块之间的液体流道，所述液体流道的开口端与所述分离膜相对，用于收集凝结的水滴。

8、优选的，上述的水分富集制氢电解槽中，所述分离膜为中空的纤维管状分离膜，且所述纤维管状分离膜的两端分别为气体入口和气体出口；

9、所述纤维管状分离膜的轴线方向为第一方向，所述第一方向与所述冷凝器的吹扫方向垂直。

10、优选的，上述的水分富集制氢电解槽中，所述冷凝器位于所述分离膜的上方，并且所述冷凝器的出口朝向所述分离膜。

11、优选的，上述的水分富集制氢电解槽中，所述分离膜包括：

12、管体，所述管体的材料为磺化聚砜-聚砜复合材料，所述管体的两端分别为所述气体出口和所述气体入口；

13、过滤膜，所述过滤膜贴合于所述管体外侧。

14、优选的，上述的水分富集制氢电解槽中，所述水分捕集器还包括：

15、捕滴器，所述捕滴器位于所述分离膜与所述液体流道之间，用于对凝结的水滴进行捕捉聚集，且凝结后的水滴重量达到预设要求后，落入所述液体流道。

16、优选的，上述的水分富集制氢电解槽中，所述上槽靠近所述下槽的位置开设有冷气出口，所述冷气出口开设于所述捕滴器与所述液体流道之间。

17、优选的，上述的水分富集制氢电解槽中，所述阴极组件包括：阴极板和阴极网，所述阴极网位于所述电解质块和所述阴极板之间，且所述隔膜位于阴极网与所述电解质块之间；

18、所述阳极组件包括：阳极板和阳极网，所述阳极网位于所述电解质块和所述阳极板之间。

19、优选的，上述的水分富集制氢电解槽中，所述阴极网的材料为碳纳米管并担载有铂；所述阳极网的材料为碳化钛并担载有铱钌复合氧化物；

20、所述隔膜的材料为全氟磺酸膜。

21、优选的，上述的水分富集制氢电解槽中，所述电解质块为多个，所述电解质块与所述液体流道一一对应，所述电极组件与所述电解质块一一对应；

22、所述电极组件的阴极板与相邻的所述电极组件的阳极板为同一金属板。

23、优选的，上述的水分富集制氢电解槽中，所述电解质块为聚乙烯醇与纤维素纳米纤维复合得到的水凝胶块。

24、本发明提供了一种水分富集制氢电解槽，含有水蒸气的空气进入分离膜，水蒸气在分离膜上渗透，并在冷凝器的吹扫过程中，水蒸气凝结成水滴，从而实现对空气中水分的捕捉；水滴经液体流道进入电解质块内，与电解质块结合，使电解质块吸水膨胀，膨胀后的电解质块与电极组件接触，形成回流，电解反应开始，由阴极侧产生氢气。

25、本申请中的电解质块为吸水会膨胀的电解质，可实现电解质块与阴极组件和阳极组件的自动贴合和分离，从而完成自动电解制氢和自动断开制氢的过程。

技术特征：

1.一种水分富集制氢电解槽，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的水分富集制氢电解槽，其特征在于，所述分离膜为中空的纤维管状分离膜，且所述纤维管状分离膜的两端分别为气体入口和气体出口；

3.根据权利要求2所述的水分富集制氢电解槽，其特征在于，所述冷凝器位于所述分离膜的上方，并且所述冷凝器的出口朝向所述分离膜。

4.根据权利要求2所述的水分富集制氢电解槽，其特征在于，所述分离膜包括：

5.根据权利要求1至4任一项所述的水分富集制氢电解槽，其特征在于，所述水分捕集器还包括：

6.根据权利要求5所述水分富集制氢电解槽，其特征在于，所述上槽靠近所述下槽的位置开设有冷气出口，所述冷气出口开设于所述捕滴器与所述液体流道之间。

7.根据权利要求1至4任一项所述的水分富集制氢电解槽，其特征在于，所述阴极组件包括：阴极板和阴极网，所述阴极网位于所述电解质块和所述阴极板之间，且所述隔膜位于阴极网与所述电解质块之间；

8.根据权利要求7所述的水分富集制氢电解槽，其特征在于，所述阴极网的材料为碳纳米管并担载有铂；所述阳极网的材料为碳化钛并担载有铱钌复合氧化物；

9.根据权利要求8所述的水分富集制氢电解槽，其特征在于，所述电解质块为多个，所述电解质块与所述液体流道一一对应，所述电极组件与所述电解质块一一对应；

10.根据权利要求7所述的水分富集制氢电解槽，其特征在于，所述电解质块为聚乙烯醇与纤维素纳米纤维复合得到的水凝胶块。

技术总结
本发明公开了一种水分富集制氢电解槽，包括：上槽和下槽；位于上槽内的水分捕集器，包括分离膜和冷凝器，分离膜用于流通空气，侧壁能够渗透水蒸气；冷凝器用于吹扫经过分离膜渗透的水蒸气，使水蒸气凝结为水滴；电极组件的阴极组件和阳极组件位于电解质块的两侧，电解质块为吸收水分能够膨胀的结构；连通上槽和电解质块之间的液体流道，液体流道的开口端与分离膜相对。含有水蒸气的空气进入分离膜，水蒸气在分离膜上渗透，并在冷凝器的吹扫过程中，水蒸气凝结成水滴，从而实现对空气中水分的捕捉；水滴经液体流道进入电解质块内，与电解质块结合，使电解质块吸水膨胀，膨胀后的电解质块与电极组件接触，形成回流，由阴极侧产生氢气。

技术研发人员：史翊翔,郝培璇,王海光,刘厚权,李爽,张蔚喆,蔡宁生
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12