一种气体扩散电解池

本发明涉及一种电解池，特别是一种气体扩散电解池。

背景技术：

1、在气候变化、全球能源需求增加和人口增长的时代，建设可持续的“绿色”能源系统至关重要。由于风能和太阳能技术的进步，证明可再生能源在经济性方面来说是可行的。但考虑到传统储能方式的有限适用性和短期性的缺陷，使得电解和电催化变成了一种极具吸引力的选择，因为电解和电催化可以以稳定的化学键的形式存储电能。

2、而电解和电催化储能是在一定的环境条件下，将可再生资源与二氧化碳(co2)、一氧化碳(co)、氮气(n2)、氧气(o2)和水等小分子的电催化转化相结合，从而实现燃料、化学品和肥料的可持续生产的创新方式。然而，在水电解质中的气态电化学转换时涉及气、液流动，并且气态反应物(co2、co、n2、和o2)的低溶解度限制了反应的总体速度。也就是说，电催化反应速率取决于是否有足够的气态反应物供应，以满足使用高电流密度和快速电子转移动力学的非均相电催化剂表面的生产速率。

3、现有的气体扩散电解池一般为h型或三路型电解池，这类电解池阴极和阳极之间的距离大，电极夹界面接触差，造成电解池的内阻非常大，能耗大，槽压高，此时电极容易被氧化/还原分解、稳定性差，使用局限性大。

4、此外，基于气体扩散电极gde的流动电池可以通过gde的多孔结构不断向电化学电池提供气态反应物，从而在靠近催化剂表面的地方产生足够的气体浓度。但是，现目前的gde结构设计不合理，气体利用率较低，气压大，成本较高。

5、有鉴于此，如何提供一种能够解决上述技术问题的电解池，实现与商业相关的气体电催化反应速率是本领域人员亟需解决的一个技术难题。

技术实现思路

1、为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种气体扩散电解池。本发明的气体扩散电解池具有内阻小，能耗小，槽压低，气体利用率高，气压低，应用成本低廉，稳定性好，工作效率高，应用范围广，实用性强的特点。

2、本发明的技术方案：

3、一种气体扩散电解池，包括阴极池体、阳极池体以及设于阴极池体和阳极池体之间的连接块；

4、其中，所述阴极池体内侧设有阴极扩散槽，阴极扩散槽的对角分别设有阴极出气孔和阴极进气孔，阴极扩散槽内设有将阴极出气孔和阴极进气孔隔断的隔板；所述阴极池体的侧面分别设有与阴极出气孔和阴极进气孔导通的阴极出气连接柱和阴极进气连接柱；

5、所述阳极池体内侧设有阳极扩散槽，阳极扩散槽的对角分别设有阳极出孔和阳极进孔；所述阳极池体的侧面分别设有与阳极出孔和阳极进孔导通的阳极流出连接柱和阳极流入连接柱；

6、所述连接块的中部设有与阴极扩散槽和阳极扩散槽同轴的电解液槽，连接块的侧面分别设有与电解液槽内部导通的进液连接柱和出液连接柱。

7、本方案中，通过在阴极扩散槽中设置隔板，将阴极进气孔和阴极出气孔隔断，气体在扩散槽内的流动方式从平面流动被迫变成波浪形流动，极大的提高了气体向阴极电极一侧的分压，提高了气体扩散驱动力，从而提高了气体的利用率，降低了气体压力，从而节省了应用成本。

8、优选地，前述的气体扩散电解池，所述隔板呈弓字形设置。更优选地，所述隔板的壁厚为0.1mm，隔板之间的气体流道的宽度为0.1mm。

9、本方案中，通过将隔板设置成弓字形，并且将壁厚和气体流道的宽度限定在极小的数值，进一步的促进了气体的扩散和提高了气体的利用率。

10、优选地，前述的气体扩散电解池，所述阴极池体与连接块之间设有阴极硅胶密封垫，所述阳极池体与连接块之间设有阳极硅胶密封垫；阴极硅胶密封垫和阳极硅胶密封垫的中部分别设有与电解液槽同轴的窗口一和窗口二。更优选地，所述连接块的两侧各设有1个下沉凹槽，下沉凹槽与阴极池体和阳极池体形成插接结构。

11、本方案中，通过在池体和连接块之间设置硅胶密封垫，提高了密封性，避免漏液的发生，电解池性能更稳定。而通过在连接块两侧设置下沉凹槽，与池体之间形成插接的连接结构，更进一步的提高了连接的密封性，可解决电极侧漏的顽疾。

12、优选地，前述的气体扩散电解池，所述连接块两侧的下沉凹槽的底面之间的厚度为2-5mm。

13、本方案中，通过将两侧下沉凹槽之间的壁厚设置的足够小，可极大的降低电解池的内阻，降低能耗以及槽压，进而进一步的降低应用成本。

14、优选地，前述的气体扩散电解池，所述电解液槽的内部设有井字格栅。更优选地，所述井字格栅的厚度为连接块中部的厚度的1/2。

15、本方案中，通过在电解液槽中设置井字格栅，并限定井字格栅的厚度小于连接块的厚度，使得电解液在进入电解液槽中以后，在井字格栅的作用下形成扰流，从而极大的促进了气液接触，提高了电解池的工作效率。

16、另一方案中，前述的气体扩散电解池，所述连接块的侧面还设有与电解液槽内部导通的参比电极连接柱。

17、本方案中，通过在连接块上设置参比电极连接柱，可将电解池扩展至三电极的研究，从而使得本发明的应用范围更广。

18、另一方案中，前述的气体扩散电解池，所述阳极扩散槽内设有与阴极扩散槽内的结构一致的隔板。

19、本方案中，通过在阳极扩散槽内设置与阴极扩散槽内的结构一致的隔板，可将本发明电解池扩展至气气电解池，从而区别于前面方案中的气液电解，使得本发明的应用范围更广，更灵活，实用性更强。

20、本发明的有益效果

21、本发明通过在阴极扩散槽中设置隔板，将阴极进气孔和阴极出气孔隔断，气体在扩散槽内的流动方式从平面流动被迫变成波浪形流动，极大的提高了气体向阴极电极一侧的分压，提高了气体扩散驱动力，从而提高了气体的利用率，降低了气体压力，从而节省了应用成本。

22、本发明通过将隔板设置成弓字形，并且将壁厚和气体流道的宽度限定在极小的数值，进一步的促进了气体的扩散和提高了气体的利用率。

23、本发明通过在池体和连接块之间设置硅胶密封垫，提高了密封性，避免漏液的发生，电解池性能更稳定。而通过在连接块两侧设置下沉凹槽，与池体之间形成插接的连接结构，更进一步的提高了连接的密封性，可解决电极侧漏的顽疾。

24、本发明通过将两侧下沉凹槽之间的壁厚设置的足够小，可极大的降低电解池的内阻，降低能耗以及槽压，进而进一步的降低应用成本。

25、本发明通过在电解液槽中设置井字格栅，并限定井字格栅的厚度小于连接块的厚度，使得电解液在进入电解液槽中以后，在井字格栅的作用下形成扰流，从而极大的促进了气液接触，提高了电解池的工作效率。

26、本发明通过在连接块上设置参比电极连接柱，可将电解池扩展至三电极的研究，从而使得本发明的应用范围更广。

27、本发明通过在阳极扩散槽内设置与阴极扩散槽内的结构一致的隔板，可将本发明电解池扩展至气气电解池，从而区别于前面发明中的气液电解，使得本发明的应用范围更广，更灵活，实用性更强。

28、综上所述，本发明的气体扩散电解池具有内阻小，能耗小，槽压低，气体利用率高，气压低，应用成本低廉，稳定性好，工作效率高，应用范围广，实用性强的优点。