一种利用多孔结构调控气泡的电解槽制造技术

本发明专利技术提供了一种利用多孔结构调控气泡的电解槽

【技术实现步骤摘要】
一种利用多孔结构调控气泡的电解槽、电解装置与方法


[0001]本专利技术属于电解技术中气泡调控的
，具体地讲，是涉及一种利用多孔结构调控气泡的电解槽
、
电解装置与方法
。

技术介绍

[0002]电解技术由于其技术成熟
、
高效
、
清洁而受到电解制氢
、
电解铝
、
氯碱电解
、
电解稀土等多个电解领域的广泛关注，是世界能源转型和动力转型的重大战略方向，在工业上有广阔的应用前景
。
[0003]一般来说，电解过程中的产物气体在电解液中的溶解度非常小，几乎都以气泡的形式存在；并且混合在电解液中的气泡尺寸非常小，
90%
以上的气泡直径大约只有
30
～
120
微米
。
特别在高电流密度电解时，电解槽的阴
、
阳极板表面会覆盖大量产物绝缘微细气泡，不仅降低电极有效工作面积，也导致了欧姆阻降增加，致使电解能耗升高
。
同时当电流密度进一步提高时，电解液中的微细气泡群会产生泡沫化的现象，增加系统运行风险，限制了电流密度的进一步提高
。
[0004]CN115799532A
提出了一种基于树状形超亲气轨道的多孔表面气泡聚并及脱离的方法，针对甲醇燃料电池阳极气体扩散层多孔表面二氧化碳气泡难以排出的问题，利用超亲气轨道的亲气性和多级二分叉结构扩散性使多孔表面难以脱离的微气泡快速聚并长大，达到容易脱离多孔表面的程度，从而提高甲醇燃料电池的性能
。
然而该装置针对的是阳极气体扩散层基底的表面上的轨道结构，且轨道的加工复杂，并不能满足大型制氢等电解设备的需求
。
[0005]因此，电解过程中，尤其针对高电流密度时的电解过程，如何调控电解产生大量的微细气泡，从而诱导气泡聚并，降低微细气泡群产生的欧姆阻降，降低电解能耗，同时降低设备运行风险，增加电流密度的上限，在工业应用上具有十分重要的意义
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种利用多孔结构调控气泡的电解槽
、
电解装置与方法
。
通过多孔结构诱导高电流密度下电解气泡的聚并，降低微细气泡群产生的欧姆阻降，及电解能耗与成本；降低设备运行风险，提高电流密度的上限，同时可进一步提高气液分离和电解效率
。
[0007]为实现上述目的，本专利技术的第一个方面，提供了一种利用多孔结构调控气泡实现高电密的电解槽，所述电解槽包括多个并列的电解小室，其中：单个电解小室包括两侧的阴极板和阳极板；所述阴极板和阳极板之间设有隔膜，用于防止阴阳电极两侧产生的气体混合；所述隔膜两侧，与所述阴极板和阳极板之间分别设有贴着隔膜的阴极电极和阳极电极；所述阴极板与阴极电极
、
阳极板与阳极电极之间的电解小室内均安装多孔聚结内构件，用于将电解产生的气液混合物中的微细气泡诱导长大；
所述电解小室的下端设置电解槽进口，上端设置电解槽出口，包括分别设置于电解小室内阴极侧和阳极侧的第一出口和第二出口，用于分别输出阴极和阳极侧的含气电解液
。
[0008]本专利技术进一步设置为，所述多孔聚结内构件可采用注塑加工
、
编织纤维堆叠等加工方式
。
[0009]本专利技术进一步设置为，所述多孔聚结内构件可采用三维多孔泡沫结构
、
二维网状堆叠结构等形式，所述多孔聚结内构件内嵌于电解小室内部，两端分别与极板和电极贴合，其中：对于采用三维多孔泡沫结构的多孔聚结内构件，其整体内嵌于电解小室内部，不区分方向；对于采用二维网状堆叠结构的多孔聚结内构件，通过调节堆叠方式
、
堆叠层与电解液流动方向的角度来调节气泡聚并效果，避免形成微细气泡可以直接流过的无效流动通道
。
[0010]进一步的，调节堆叠方式包括不同堆叠层中的网孔交错分布，或不同堆叠层中的网孔大小
、
形状不同；调节堆叠层与电解液流动方向的角度
θ
为0°
＜
θ
＜
180
°
，即堆叠层不能平行于电解液流动方向，优选为
60
°
≤
θ
≤120
°
，更优选为
θ
=90
°
，即更优选为堆叠层垂直于电解液流动方向
。
[0011]本专利技术进一步设置为，所述多孔聚结内构件的高度是可调节的，气泡大小会随多孔内件的高度的增加而增大；多孔聚结内构件的高度设置为 10~800 mm
，优选为
10~200 mm。
[0012]本专利技术进一步设置为，所述多孔聚结内构件在每个电解小室内的隔膜两侧可设置为单个或者多个；且阴极侧和阳极侧的多孔聚结内构件可对称或不对称设置，两侧的多孔聚结内构件的数量可相同或不相同
。
[0013]对于所述多孔聚结内构件的数量为单个的情况，所述多孔聚结内构件置于电解小室中部；具体的，安装高度为所述电解小室高度的
50%~70%
高度处
。
[0014]对于所述多孔聚结内构件的数量为多个的情况，各多孔聚结内构件沿电解液流动方向梯级设置，以实现微细气泡的梯级诱导聚并
。
[0015]本专利技术进一步设置为，所述多孔聚结内构件的材质为疏水性材质或表面为疏水性涂层，其多孔结构以及其疏水性质可以为气泡的聚并提供黏附
、
聚并的位点，从而诱导气泡聚并长大
。
[0016]进一步的，所述疏水性材质或疏水性涂层的材质选自聚氨酯
、
聚烯烃
、
聚碳酸酯
、
聚酰胺
、
聚丙烯腈
、
聚酯
、PTFE、FEP、ETFE、PFA
等中的一种或多种
。
[0017]本专利技术进一步设置为，所述多孔聚结内构件经过表面粗糙化处理，以增大表面的粗糙度，强化多孔结构对气泡的捕获，强化气泡的聚并生长
。
[0018]本专利技术进一步设置为，所述多孔聚结内构件在电极与极板之间通过耐腐蚀支架过盈配合或过渡配合安装于电解小室内部，以用于对所有流经的气液混合物中产生诱导作用
。
[0019]本专利技术的第二个方面，提供了一种利用多孔结构调控气泡的电解装置，所述电解装置包括所述电解槽，还包括气液分离装置和循环泵，其中：
所述气液分离装置为两个，其混合液进口分别与所述电解槽的第一出口和第二出口连接，用于将经电解的阴极和阳极侧的气液混合物分别进入气液分离装置中进行气液分离；所述气液分离装置的气相出口与后续处理装置连接或用于直接排放；所述循环泵也为两个，每个气液分离装置的液相出口分别通过一循环泵连接至所述电解槽进口，用于将气液分离后的电解本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种利用多孔结构调控气泡的电解槽，其特征在于，所述电解槽包括多个并列的电解小室，其中：单个电解小室包括两侧的阴极板和阳极板；所述阴极板和阳极板之间设有隔膜；所述隔膜两侧，与所述阴极板和阳极板之间分别设有阴极电极和阳极电极；所述阴极板与阴极电极
、
阳极板与阳极电极之间的电解小室内均安装多孔聚结内构件，用于将电解产生气液混合物中的微细气泡诱导长大
。2.
根据权利要求1所述的电解槽，其特征在于，所述多孔聚结内构件采用注塑加工或编织纤维堆叠的加工方式
。3.
根据权利要求1所述的电解槽，其特征在于，所述多孔聚结内构件采用三维多孔泡沫结构或二维网状堆叠结构形式，其中：对于采用三维多孔泡沫结构的多孔聚结内构件，其整体内嵌于电解小室内部，不区分方向；对于采用二维网状堆叠结构的多孔聚结内构件，通过调节堆叠方式
、
堆叠层与电解液流动方向的角度来调节气泡聚并效果
。4.
根据权利要求3所述的电解槽，其特征在于，对于采用二维网状堆叠结构的多孔聚结内构件，堆叠方式包括不同堆叠层中的网孔交错分布，或不同堆叠层中的网孔大小
、
形状不同；堆叠层与电解液流动方向的角度
θ
设置为0°
＜
θ
＜
180
°
。5.
根据权利要求1所述的电解槽，其特征在于，所述多孔聚结内构件在每个电解小室内的隔膜两侧设置为单个或者多个；且两侧的多孔聚结内构件对称或不对称设置，两侧的多孔聚结内构件的数量相同或不相同；对于所述多孔聚结内构件的数量为单个的情况，所述多孔聚结内构件置于电解小室中部；安装高度为所述电解小室高度的
50%~70%
高度处；对于所述多孔聚结内构件的数量为多个的情况，各多孔聚结内构件沿电解液流动方向梯级设置，以实现微细气泡的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘博，张浩，杨强，周钰婕，吴涛，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：