电极、电极组件、电化学反应器及电化学反应方法与流程

本公开实施例涉及电化学，具体涉及电极、电极组件、电化学反应器及电化学反应方法。

背景技术：

1、电化学反应的电极是指为电极反应(即在电极上发生的失去或获得电子的反应)提供电子迁移的场所，具体而言，电极用于实现极反应所需的电子迁移。目前，电极均是采用固体材料制作，并固定安装在电化学反应器内部，因此，当电极反应需要气体参与或需要产生气体时，会产生不期望的问题。例如，氢燃料电池中的两个电极(分别为正极和负极)采用极板，工作时氧气和氢气分别被送入并吸附到正极极板和负极极板上，正极极板和负极极板上分别发生对应的电极反应，此过程中，正极极板和负极极板的表面容易被大量气泡包围，由于气体导电性很差，极板附近的气泡将大大增加极板与电解液之间的电阻，从而使电阻增大，能效下降。又如，水电解制氢装置中的两个电极(分别为阳极和阴极)采用极板，工作时阳极极板和阴极极板分别与供电电源的正负极连接，阳极极板和阴极极板上分别发生对应的电极反应，此过程中，正极极板会产生氧气(也可能产生其他气体)，阴极极板上会产生氢气，如果要将氧气和氢气分开回收，通常需要在阳极极板和阴极极板外设置隔膜和专门的导气通道，造成水电解制氢装置的结构复杂化，成本提高。

技术实现思路

1、本公开实施例的目的在于提供电极、电极组件、电化学反应器及电化学反应方法，解决电极受限为采用固体材料制作的技术问题。

2、第一个方面，提供了一种电极，包括：电极支撑体，具有可透过电解液的孔结构；电极反应通道，由设置在所述电极支撑体内的隔膜所形成；电极输入通道，设置在所述电极支撑体上并与电极反应通道的输入端连通；电极输出通道，设置在所述电极支撑体上并与电极反应通道的输出端连通；电外接导体，设置在所述电极支撑体上且伸入所述电极反应通道中；工作时，所述电极输入通道接收电极反应前的电极液并将该电极液导入所述电极反应通道，所述电极输出通道从所述电极反应通道中输出电极反应后的电极液，所述电外接导体用于向所述电极反应通道中的电极液提供电极反应所需的电子迁移外接通路，所述电极液用于在所述电极反应通道中形成流动化电极从而在所述流动化电极上实现所述电极反应所需的电子迁移。

3、可选的，所述电极反应通道为管状隔膜通道，所述管状隔膜通道的两端分别为电极反应通道的输入端和电极反应通道的输出端。

4、可选的，所述管状隔膜通道的横截面形状为圆形、椭圆形或矩形。

5、可选的，所述电外接导体的长度沿所述管状隔膜通道的轴向延伸。

6、可选的，所述电外接导体具有位于所述管状隔膜通道中的螺旋段。

7、可选的，所述电极支撑体为多孔材料，所述多孔材料由绝缘塑料或陶瓷绝缘材料制成。

8、可选的，所述电极支撑体中设置有至少两个所述电极反应通道，所述至少两个所述电极反应通道并联在所述电极输入通道与所述电极输出通道之间，所述至少两个所述电极反应通道中的所述电外接导体用于与电源的同一极相连。

9、可选的，所述隔膜允许a)离子和b)所述电极液中的溶剂中的至少a)离子通过，但不允许所述电极液中的其他组分通过。

10、可选的，所述隔膜采用离子膜或用于溶液反渗透处理的反渗透膜。

11、可选的，所述电极液能够携带所述电极反应所需的原料气或者所述电极反应产生的产出气。

12、第二个方面，提供了一种电极组件，包括：上述第一个方面的电极；以及电极液循环系统，与所述电极输入通道的入口和所述电极输出通道的出口连接形成电极液循环回路。

13、可选的，所述电极液循环系统包含：电极液循环管道，一端与所述电极输入通道的入口相连且另一端与所述电极输出通道的出口相连；循环泵，串联设置在所述电极液循环管道中；调节阀，串联设置在所述电极液循环管道中；溶气装置，串联设置在所述电极液循环管道中，用于将所述电极反应所需的原料气溶解在所述电极液中。

14、可选的，所述溶气装置包含：溶气仓，所述溶气仓设有溶气仓进气端、溶气仓进液端和溶气仓出液端，所述溶气仓进气端连接压缩气源，所述溶气仓通过所述溶气仓进液端和溶气仓出液端串联在所述电极液循环管道中；电极液冷却器，设置在所述溶气仓上用于对电极液进行冷却。

15、可选的，所述电极液循环系统包含：电极液循环管道，一端与所述电极输入通道的入口相连且另一端与所述电极输出通道的出口相连；循环泵，串联设置在所述电极液循环管道中；调节阀，串联设置在所述电极液循环管道中；解吸装置，串联设置在所述电极液循环管道中，用于将所述电极反应产生的产出气从所述电极液中解吸。

16、可选的，所述溶气装置包含：解吸仓，所述解吸仓设有解吸仓排气端、解吸仓进液端和解吸仓出液端，所述解吸仓排气端连接抽气机构，所述解吸仓通过所述解吸仓进液端和解吸仓出液端串联在所述电极液循环管道中；电极液加热器，设置在所述解吸仓上用于对电极液进行加热。

17、第三个方面，提供了一种电化学反应器，包括：主容器；电解液，储存在所述主容器中；第一电极，容纳在所述主容器中；第二电极，容纳在所述主容器中；电源，两极分别与所述第一电极和所述第二电极相连，用于充电或供电；所述第一电极和/或所述第二电极采用上述第一个方面的电极；或者，所述第一电极和/或所述第二电极采用第二个方面的电极组件。

18、可选的，所述电化学反应器为氢燃料电池，所述电源用于充电，所述第一电极中电极反应前的电极液中携带有氧气，所述第二电极中电极反应前的电极液中携带有氢气。

19、可选的，所述电化学反应器为水电解制氢装置，所述电源用于供电，所述第一电极中电极反应后的电极液中携带有氧气，所述第二电极中电极反应后的电极液中携带有氢气。

20、第四个方面，提供了一种电化学反应方法，包括：配置电极液；运行上述第三个方面的电化学反应器；其中，所述电极液至少具有以下特性：1)满足所述电极反应所需的导电性；2)能够溶解所述电极反应所需的原料气或者所述电极反应产生的产出气；3)含有能够吸附溶解在所述电极液中所述原料气或所述产出气的导电颗粒物。

21、可选的，所述导电颗粒物采用金属、金属间化合物、金属氧化物、陶瓷、膨化石墨或具有吸附性的导电有机物制成。

22、可选的，所述导电颗粒物的粒径为500微米以下、100微米以下或50微米以下。

23、上述电极、电极组件、电化学反应器及电化学反应方法开创性提出并应用了“流动化电极”的概念。需要特别注意的是，所述电外接导体的作用是向所述电极反应通道中的电极液提供电极反应所需的电子迁移外接通路，而所述电极反应所需的电子迁移发生在所述流动化电极上，因此，流动化电极才是为电极反应提供电子迁移的场所，而流动化电极不再是固体材料。根据需要，电极液可以设定为能够携带所述电极反应所需的原料气或者所述电极反应产生的产出气，这样，当电极反应需要气体参与或需要产生气体时，流动化电极可避免固体电极表面气泡聚集或可将电极反应的产出气带出电化学反应器。

24、下面结合附图和具体实施方式对本公开做进一步的说明。本公开的附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过实践了解到。