一种测定碱性制氢隔膜面电阻的电解池装置及方法与流程

本发明属于电解水制氢，具体涉及一种测定碱性制氢隔膜面电阻的电解池装置及方法。

背景技术：

1、氢能具有来源广泛、清洁无碳、灵活高效、应用场景丰富等优点，被认为是支撑能源转型变革、构建现代能源体系。与其他几种氢气制取技术相比，电解水制氢技术具有绿色低碳、生产工艺较为简单灵活的优势，受到了全球范围内越来越多的重视。主流的电解水制氢技术包括碱性电解水制氢、质子膜电解水制氢和固体氧化物电解水制氢。其中碱性电解水制氢技术较为成熟，成本较低，是目前唯一能够实现低成本、规模化发展的电解水制氢技术，在国内市场上占据主导地位。然而相较传统化石能源制氢，碱性电解水制氢在成本上仍不具备竞争优势。在碱性电解水制氢成本中，通常电力成本占比最高，为60％-80％。因此降低制氢过程中的电能消耗是获得低制氢成本的重要途径。在碱性电解槽中，能量损耗主要与电极的活化过电位、隔膜电阻、电解液电阻、气泡电阻有关。其中在欧姆过电位中，隔膜电阻造成的能量损失最大。因此，减小隔膜电阻对于降低制氢能耗具有重要影响。在碱性电解水制氢过程中阴极和阳极分别生成氢气和氧气，隔膜在碱性电解槽中一方面起到阻隔氢气与氧气混合，防止引起气体爆炸等安全问题，同时隔膜自身还需保持较低的面电阻，避免造成制氢系统能耗过高。

2、目前，碱性制氢隔膜电阻的准确测量存在较大挑战。与pem电解水制氢用离子膜具有本征oh-离子传导性不同的是，碱性制氢用隔膜为多孔膜，其本身并不具备本征oh-离子传导性，因此后者的离子传导性是通过隔膜内部孔道的电解液传输实现，其离子电阻仅取决于微通道中电解质离子。目前碱性制氢隔膜的面电阻测量普遍采用间接作差法，即分别测量组装有隔膜的电解池与未组装隔膜的电解池时系统的电阻值，并将两个电阻值作差后乘以活性面积计算得到隔膜的面电阻，测试过程较为繁琐。与此同时，由于测量高导电性介质中(如30％koh电解液)的多孔隔膜电阻时，电解质和隔膜的离子电阻可能会呈现低且非常近似的值，在这种情况下，即使很小的实验误差也会对最终的隔膜面电阻结果产生重大影响，隔膜面电阻测量值误差较大。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种测定碱性制氢隔膜面电阻的电解池装置及方法，用于解决现有的碱性制氢隔膜面电阻测量方法存在误差较大、测试过程繁琐等技术问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、本发明公开了一种测定碱性制氢隔膜面电阻的电解池装置，从上到下依次叠放设置有第一端板、第一电极、隔膜、第二电极、第二端板；

4、所述第一电极和第二电极的一端均设置有圆孔，所述第一电极和第二电极设置的圆孔分别安装有第一电极连接头和第二电极连接头。

5、进一步地，所述第一端板和第一电极之间无法导通；所述第二端板与第二电极之间无法导通；所述第一端板与第二端板之间无法导通。

6、进一步地，所述第一端板和第二端板均设置在电解池装置的外侧，并在两端均开设有螺栓穿孔，用于固定隔膜、第一电极和第二电极。

7、进一步地，所述第一电极和第二电极的材料均为导电材料；所述第一电极和第二电极的形状为任意几何形状。

8、进一步地，所述第一电极和第二电极的材料均为金属材质和碳材质的一种或几种混合；所述第一电极和第二电极的形状为矩形或类矩形。

9、进一步地，所述第一电极连接头和第二电极连接头的结构相同，通过插拔方式分别实现与第一电极和第二电极的连接和断开。

10、进一步地，所述第一电极连接头和第二电极连接头的由导电材料与绝缘材料组成。

11、进一步地，所述第一端板和第二端板为导电材料或绝缘材料。

12、进一步地，当第一端板和第二端板为导电材料时，则第一端板和第二端板设有绝缘套，分别用于与第一电极和第二电极绝缘。

13、本发明还公开了上述电解池装置的使用方法，包括以下步骤：

14、s1：将碱性制氢隔膜浸泡于30％koh溶液中处理0.5-18h；随后将浸泡后的碱性制氢隔膜放入电解池装置中隔膜的位置，并第一电极连接头和第二电极连接头接入电化学工作站；

15、s2：随后进行面电阻测试，实现隔膜面电阻的测定。

16、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

17、本发明公开了一种测定碱性制氢隔膜面电阻的电解池装置，从上到下依次采用第一端板、第一电极、隔膜、第二电极和第二端板实现零间距装配的电解池装置，与文献中报道的传统h型电解池不同的是，该电解池设计从根源上消除了电解液这部分电阻，因此无须进行两次电化学阻抗测试(即分别测量组装有隔膜的电解池与未组装隔膜的电解池时系统的电阻值)，仅通过对本发明提供的电解池进行单次电化学阻抗测试，即可计算得到隔膜面电阻，因此该方法一方面可大大缩短实验周期，显著提高工作效率；另一方面由于该方法消除了电解池内电解液电阻带来的实验误差，重现性好且操作简便，便于实现隔膜面电阻的精确测定。

18、本发明公开了采用上述电解池装置的测试方法，重现性好且操作简便，仅通过单次测量电解池装置的电阻值即可计算得到隔膜的面电阻。本发明提供的碱性制氢隔膜面电阻测量用电解池装置及方法在大大缩短了实验周期的同时，实现了面电阻的精确测定，显著提高了工作效率。

技术特征：

1.一种测定碱性制氢隔膜面电阻的电解池装置，其特征在于，从上到下依次叠放设置有第一端板(1)、第一电极(2)、隔膜(3)、第二电极(4)、第二端板(5)；

2.根据权利要求1所述的一种测定碱性制氢隔膜面电阻的电解池装置，其特征在于，所述第一端板(1)和第一电极(2)之间无法导通；所述第二端板(5)与第二电极(4)之间无法导通；所述第一端板(1)与第二端板(5)之间无法导通。

3.根据权利要求1所述的一种测定碱性制氢隔膜面电阻的电解池装置，其特征在于，所述第一端板(1)和第二端板(5)均设置在电解池装置的外侧，并在两端均开设有螺栓穿孔，用于固定隔膜(3)、第一电极(2)和第二电极(4)。

4.根据权利要求1所述的一种测定碱性制氢隔膜面电阻的电解池装置，其特征在于，所述第一电极(2)和第二电极(4)的材料均为导电材料；所述第一电极(2)和第二电极(4)的形状为任意几何形状。

5.根据权利要求4所述的一种测定碱性制氢隔膜面电阻的电解池装置，其特征在于，所述第一电极(2)和第二电极(4)的材料均为金属材质和碳材质的一种或几种混合；所述第一电极(2)和第二电极(4)的形状为矩形或类矩形。

6.根据权利要求1所述的一种测定碱性制氢隔膜面电阻的电解池装置，其特征在于，所述第一电极连接头(6)和第二电极连接头(7)的结构相同，通过插拔方式分别实现与第一电极(2)和第二电极(4)的连接和断开。

7.根据权利要求6所述的一种测定碱性制氢隔膜面电阻的电解池装置，其特征在于，所述第一电极连接头(6)和第二电极连接头(7)的由导电材料与绝缘材料组成。

8.根据权利要求1所述的一种测定碱性制氢隔膜面电阻的电解池装置，其特征在于，所述第一端板(1)和第二端板(5)为导电材料或绝缘材料。

9.根据权利要求8所述的一种测定碱性制氢隔膜面电阻的电解池装置，其特征在于，当第一端板(1)和第二端板(5)为导电材料时，则第一端板(1)和第二端板(5)设有绝缘套，分别用于与第一电极(2)和第二电极(4)绝缘。

10.权利要求1所述的一种测定碱性制氢隔膜面电阻的电解池装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种测定碱性制氢隔膜面电阻的电解池装置及方法，属于电解水制氢技术领域。本发明公开的电解池装置，实现零间距装配的电解池装置，可实现隔膜面电阻的精确测定，重现性好且操作简便，仅通过单次测量电解池装置的电阻值即可计算得到隔膜的面电阻。本发明提供的碱性制氢隔膜面电阻测量用电解池装置及方法在大大缩短了实验周期的同时，实现面电阻的精确测定，显著提高了工作效率。

技术研发人员：刘丽萍,王金意,任志博,王凡,闫旭鹏,郭伟琦
受保护的技术使用者：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15