一种电解水产生高纯氢的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电解水产生高纯氢的装置及方法。该装置包括电解池，该电解池的阴极室一端通过涂敷有产氧催化剂RuO

【技术实现步骤摘要】
一种电解水产生高纯氢的装置及方法
本专利技术属于可再生能源
，尤其涉及一种电解水产生高纯氢的装置及方法。
技术介绍
随着人类社会的高速发展，人们对于能源的需求也日益增长，但是随着化石燃料如煤、石油、天然气等不可再生资源的日渐枯竭，人类急需寻找可再生的清洁能源替代化石燃料。氢气被认为是最有希望取代化石燃料的可再生能源。与其他能源相比，它具有高效、环保、能量密度高等优点，此外，氢气燃烧以后的产物是水，对环境没有任何污染，被认为是最佳的能源存储介质。电解水产氢是一种能利用可再生能源(如风能、太阳能等)产生氢气的方法，但是在电解过程中阴极产生的氢气和阳极产生的氧气容易发生混合，而氢气和氧气的混合，不仅会带来安全性问题，而且也会在后期的气体的纯化过程中增加成本和能耗。产氢的原理：在酸性条件下负极反应：H2O→1/2O2+2H++4e-正极反应：2H++2e-→H2在碱性条件下负极反应：4OH-→2H2O+O2+4e-正极反应：2H2O+2e-→H2+2OH-。在电解水产氢领域，研究者们一直在寻找分开产氢产氧的方法。如夏永姚课题组利用有机电池材料PTPAn作为固态的氧化还原中间体，将产氢和产氧分成两步，在时间上将产氢产氧分开。又如LeroyCronin利用H3PMo12O40作为电子质子缓冲溶液，也是在电解水的过程中，在时间上将产氢产氧分开，已达到收集纯净氢气的目的。但这些方法虽然能产生纯净的氢气，但是时间效益不明显，需要消耗两倍的时间来产生氢气，而且溶液中可能会有残留的气体，导致氢氧的混合。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种电解水产生高纯氢的装置及方法，旨在采用引入辅助电极的方法解决现有电解水的过程中产生的氢气和氧气发生混合的问题。本专利技术是这样实现的，一种电解水产生高纯氢的装置，该装置包括电解池，该电解池的阴极室一端通过涂敷有产氧催化剂RuO2的Ti片封口、阳极室一端通过涂覆有产氢催化剂Ni3P的Ti片封口，且阴极室的Ti片与阳极室的Ti片彼此正对对接，该对接处的阴极室、阳极室之间形成夹角；所述阴极室、阳极室远离所述对接处的另一端均分别设有出气孔；其中，所述阴极室、阳极室内均充入碱性电解液，且阴极室内置入辅助电极NiOOH极片，阳极室内置入辅助电极Ni(OH)2极片，辅助电极Ni(OH)2极片、NiOOH极片与外部电源的正负极连接。本专利技术进一步公开了一种电解水产生高纯氢的方法，该方法包括以下步骤：(1)通过涂敷有产氧催化剂RuO2的Ti片将阴极室一端封口，通过涂覆有产氢催化剂Ni3P的Ti片将阳极室一端通过封口；将阴极室的Ti片、阳极室的Ti片正对对接，且该对接处的阴极室、阳极室之间形成夹角；(2)在阴极室、阳极室远离所述对接处的另一端均分别设置出气孔，往阴极室、阳极室内均充入碱性电解液，且阴极室内置入辅助电极NiOOH极片，阳极室内置入辅助电极Ni(OH)2极片；(3)将辅助电极NiOOH极片与外部电源的负极连接，将辅助电极Ni(OH)2极片与外部电源的正极连接，其中，阴极室出气孔处收集到氧气，阳极室出气孔处收集到氢气。优选地，在步骤(1)中，将含有催化剂RuO2的产氧催化剂浆料涂敷在Ti片上，经真空干燥后得到所述产氧催化剂RuO2的Ti片；将含有催化剂Ni3P的产氢催化剂浆料涂敷在Ti片上，经真空干燥后得到所述涂敷有产氢催化剂Ni3P的Ti片。优选地，所述产氧催化剂浆料的制备过程为：将65～85质量份RuO2和10质量份导电剂混合，然后加入10质量份粘结剂和乙醇，搅拌成产氧催化剂浆料；所述产氢催化剂浆料的制备过程为：将65～85质量份Ni3P和10质量份导电剂混合，然后加入10质量份粘结剂和乙醇，搅拌成产氢催化剂浆料。优选地，产氧催化剂浆料中RuO2的含量为80质量份；产氢催化剂浆料中Ni3P的含量为80质量份。优选地，所述导电剂为乙炔黑导电剂，所述粘结剂为PTFE粘结剂。优选地，在步骤(2)中，将商用Ni(OH)2作为工作电极，汞-氧化汞电极作为参比电极，铂片作为对电极，组成三电极体系，对Ni(OH)2电极进行充电，得到所述NiOOH电极。相比于现有技术的缺点和不足，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术通过在阴极室产氧、在阳极室产氢，并且中间用钛金属板隔开的方式，彻底解决了电解水的过程中氢气和氧气发生混合的问题，同时可以不间断的产生氢气，得到高纯的氢气；(2)本专利技术采用商业产氢产氧催化剂，能有效降低电解水过程中的过电势，减少能量的输入；(3)本专利技术所使用的辅助电极Ni(OH)2和NiOOH，当阴极室NiOOH完全还原成Ni(OH)2，当阳极室的Ni(OH)2完全氧化成NiOOH时，将阴极室和阳极室的电极对调，可进行新一轮的产氢过程，具有高效、节能的特点；(4)本专利技术利用加入辅助电极的方法，在没有大幅度增加过电势的情况下，利用装置优势，实现分开产氢产氧，并得到高纯度的氢。附图说明图1是本专利技术电解水产生高纯氢的装置的结构示意图；图2是本专利技术实施例2中所得电解水产氢的电化学曲线；图3是本专利技术实施例2中所构建的电解水产生高纯氢的装置的过电势图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1一种电解水产生高纯氢的装置，如图1所示，该装置包括电解池，该电解池的阴极室一端通过涂敷有产氢催化剂Ni3P的Ti片5封口、阳极室一端通过涂覆有产氧催化剂RuO2的Ti片6封口，且阴极室的Ti片5与阳极室的Ti片6彼此正对对接，该对接处的阴极室、阳极室之间形成夹角；所述阳极室、阴极室远离所述对接处的另一端均分别设有出气孔1、出气孔2；其中，所述阴极室、阳极室内均充入碱性电解液，且阴极室内置入辅助电极NiOOH极片3，阳极室内置入辅助电极Ni(OH)2极片4，辅助电极Ni(OH)2极片4、NiOOH极片3与外部电源的正负极连接。在本专利技术实施例中，上述对接处的阴极室、阳极室之间形成夹角后，电解池呈V字型，阴极室产氧并由出气孔2排出收集，阳极室产氢并由出气孔1排出收集。在本专利技术实施例中，将含有催化剂RuO2的产氧催化剂浆料涂敷在Ti片上，经真空干燥后得到所述产氧催化剂RuO2的Ti片6；将含有催化剂Ni3P的产氢催化剂浆料涂敷在Ti片上，经真空干燥后得到所述涂敷有产氢催化剂Ni3P的Ti片5。在本专利技术实施例中，所述产氧催化剂浆料的制备过程为：将65～85质量份RuO2和10质量份导电剂混合，然后加入10质量份粘结剂和乙醇，搅拌成产氧催化剂浆料；所述产氢催化剂浆料的制备过程为：将65～85质量份Ni3P和10质量份导电剂混合，然后加入10质量份粘结剂和乙醇，搅拌成产氢催化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电解水产生高纯氢的装置，其特征在于，该装置包括电解池，该电解池的阴极室一端通过涂敷有产氧催化剂RuO

【技术特征摘要】
1.一种电解水产生高纯氢的装置，其特征在于，该装置包括电解池，该电解池的阴极室一端通过涂敷有产氧催化剂RuO2的Ti片封口、阳极室一端通过涂覆有产氢催化剂Ni3P的Ti片封口，且阴极室的Ti片与阳极室的Ti片彼此正对对接，该对接处的阴极室、阳极室之间形成夹角；
所述阴极室、阳极室远离所述对接处的另一端均分别设有出气孔；其中，所述阴极室、阳极室内均充入碱性电解液，且阴极室内置入辅助电极NiOOH极片，阳极室内置入辅助电极Ni(OH)2极片，辅助电极Ni(OH)2极片、NiOOH极片与外部电源的正负极连接。


2.一种电解水产生高纯氢的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)通过涂敷有产氢催化剂Ni3P的Ti片将电解池阳极室一端封口，通过涂覆有产氧催化剂RuO2的Ti片将电解池阴极室一端封口；将阴极室的Ti片、阳极室的Ti片正对对接，且该对接处的阴极室、阳极室之间形成夹角；
(2)在阴极室、阳极室远离所述对接处的另一端均分别设置出气孔，往阴极室、阳极室内均充入碱性电解液，且阴极室内置入辅助电极NiOOH极片，阳极室内置入辅助电极Ni(OH)2极片；
(3)将辅助电极NiOOH极片与外部电源的负极连接，将辅助电极Ni(OH)2极片与外部电源的正极连接，其中，阴极室出气孔处收集到氧气，阳极室出气孔处收集到氢气。

【专利技术属性】
技术研发人员：王静，张帅帅，孙友财，樊玉蕾，陈宇辉，朱玉松，付丽君，吴宇平，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32