【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于膜电极修复，具体涉及一种失活电解水膜电极的修复装置、修复系统及修复方法。
技术介绍
1、这里的陈述仅提供与本专利技术相关的
技术介绍
，而不必然地构成现有技术。
2、氢气具有高能量密度，是一种理想的能源存储介质。通过pem电解水制氢，可以将多余的可再生能源转化为氢气，并在需要时释放出来供应能量，从而解决可再生能源波动性的问题。
3、电解水膜电极包括质子交换膜以及分别附着于质子交换膜两侧的阴极催化剂层和阳极催化剂层，是电解水反应的发生场所，同时起到质子传导和阴阳极隔离的重要作用，对电解水过程的稳定性和高效性具有重要意义。
4、膜电极的催化活性组分主要为pt或iro2等催化剂，pt或iro2均匀分散在质子交换膜上，以提高催化剂与水的接触面积，保证催化效率。在pem电解水制氢过程中，容易存在膜电极上的微纳颗粒催化剂团聚、脱落等现象，导致膜电极催化活性衰减。同时，当电解水运行时间较长时，金属离子杂质有可能进入质子交换膜中，阻塞质子传导通道，导致质子膜毒化而膜电极失活。
5、目前，当膜电极出现以上问题后，通常采用如下解决方案：（1）将膜电极采用有机溶剂浸泡，将膜电极上的阴阳极催化剂的混合物回收，由于阴阳极催化剂的粒径较小，且处于混合状态，难以将阴阳极催化剂进行分离后重新利用，同时无法针对某一极催化剂进行理化分析判断其失活机制；（2）用酸溶剂浸泡膜电极进行再活化，而该方法仅针对质子膜毒化，无法修复催化剂的团聚、脱落。所以，尚未存在一种普适性的装置、系统和方法，用于失活膜电极的再生修复
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种失活电解水膜电极的修复装置、修复系统及修复方法。
2、为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
3、第一方面，本专利技术提供一种失活电解水膜电极的修复装置，包括壳体，所述壳体围成膜电极再生腔室；
4、所述再生腔室的中部横截面的至少相对的两侧设置有膜电极夹持结构，将膜电极固定后，使膜电极完全覆盖再生腔室的横截面，将再生腔室分隔为独立的第一腔室和第二腔室；
5、第一腔室和第二腔室的侧壁上均设置有洗脱液进口、洗脱液出口、再生液进口、再生液出口、热空气进口和热空气出口；
6、其中，热空气进口和热空气出口的方向平行于膜电极表面设置，热空气进口和热空气出口分别设置在膜电极的相对侧，且热空气进口和热空气出口与膜电极的距离均大于阴阳极催化剂层再生时再生液的深度。
7、再生腔室中设置有膜电极的夹持装置，可以将膜电极安装固定在再生腔室的中间横截面处，膜电极将再生腔室分隔为完全独立的第一腔室和第二腔室。
8、当需要将膜电极进行活化时，则可以通过第一腔室和第二腔室的洗脱液入口向两个腔室中分别通入洗脱液，膜电极的阴阳极催化剂层则可以分别在洗脱液的浸泡冲洗作用下，从膜电极的表面脱落。由于阴极催化剂层和阳极催化剂层分别位于两个腔室，所以，阴极催化剂和阳极催化剂分别分散在不同的洗脱液中，将洗脱液从腔室中输出后，则可以实现阴极催化剂和阳极催化剂的分别收集，便于后续的回收再利用。将阴极催化剂层和阳极催化剂层洗脱后，通过洗脱液入口向腔室中通入质子交换膜清洗液，质子交换膜则可以在质子交换膜清洗液的浸泡冲洗作用下活化。
9、当需要将膜电极进行恢复再生时，则可以将回收的阴极催化剂和阳极催化剂（如有需要，可以补充新的催化剂）分别与树脂粘合剂和分散剂等混合、分散，形成阴极催化剂再生液和阳极催化剂再生液。当需要对膜电极的阳极催化剂层进行修复时，将修复装置平放，使膜电极的阳极催化剂层朝上，将再生液输送至腔室中，通过热空气进口向腔室中通入热空气，热空气的流动可以将再生液中的有机溶剂加热蒸发，使再生液中的阳极催化剂沉降，并通过再生液中的粘合剂粘附于质子交换膜的表面，实现阳极催化剂层的再生。阴极催化剂层的再生同上，不再赘述。
10、专利技术人在研发过程中发现，由于制备的再生液中催化剂的分布较为均匀，所以在没有扰动的情况下，随着有机溶剂的蒸发，可以均匀沉降、粘附在质子交换膜的表面。但是为了加速溶剂的蒸发，需要向腔室中通入热空气，如果将热空气直接通入再生液中，虽然具有较好的传热传质效果，但是热空气直接与再生液接触，对再生液产生较大的扰动，极易造成催化剂的分布不均，且易导致催化剂的团聚，再生的催化剂层难以满足质量要求。
11、将热空气进口和热空气出口的方向平行于膜电极表面设置，热空气进口和热空气出口分别设置在膜电极的相对侧，且热空气进口和热空气出口与膜电极的距离均大于阴阳极催化剂层再生时再生液的深度。再生液输送至腔室中后，在腔室中形成一定的液位，向腔室中通入热空气，热空气可以在再生液的液面上方稳定流动，对再生液的扰动作用较弱，进而可以在加速有机溶剂蒸发的基础上，保证催化剂的均匀沉降粘附。
12、在一些实施例中，热空气进口和热空气出口的轴线均平行于膜电极。当采用该种设置方式时，热空气在腔室中的流动方向基本与再生液的液面平行，对再生液的液面扰动作用更小，更有利于保证催化剂的均匀沉降。
13、在一些实施例中，所述膜电极夹持结构为柔性夹持结构。质子交换膜一般为全氟磺酸型质子交换膜、聚四氟乙烯质子交换膜、非氟聚合物质子交换膜等，质地柔软，如果采用刚性夹持结构，容易造成质子交换膜的破损，所以采用柔性夹持结构。
14、在一些实施例中，所述壳体包括柔性密封框组件、第一柔性密封板、第二柔性密封板、第一压板和第二压板，其中，
15、柔性密封框组件包括相对的两个柔性密封框，两个柔性密封框用于对膜电极的边缘进行密封夹持；
16、第一压板和第二压板分别通过第一柔性密封板和第二柔性密封板密封盖合固定于柔性密封框组件的两端，形成再生腔体。
17、采用柔性密封框，可以实现对膜电极周向全部边缘的密封夹持，可以有效防止在对膜电极进行清洗和再生时，膜电极两侧的液体发生相互渗透，以保证阴阳极催化剂回收的纯度，并保证膜电极恢复再生的质量。
18、优选的，所述壳体的截面形状与膜电极的形状相同。当膜电极为圆形时，柔性密封框为筒状；当膜电极为三角形或多边形时，柔性密封框为相同截面形状的中空棱柱结构。
19、壳体的各个部分通过螺栓进行安装固定。
20、柔性密封板、柔性密封框的材质可以采用硅胶、橡胶等材质，具有较好的柔韧性，以保护膜电极免于损坏，又具有较好的支撑作用，以便于支撑形成再生腔室。
21、第二方面，本专利技术提供一种失活pem电解水膜电极的修复系统，包括所述修复装置，所述修复装置的第一腔室的洗脱液进口和洗脱液出口通过管道与第一洗脱液储罐连接；第一腔室的再生液进口和再生液出口通过管道与第一再生液储罐连接；
22、第二腔室的洗脱液进口和洗脱液出口通过管道与第二洗脱液储罐连接；第二腔室的再生液进口和再生液出口通过管道与第二再生液储罐连接；液体的流动动力由泵提供；
23、第一腔室本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种失活电解水膜电极的修复装置，其特征在于：包括壳体，所述壳体围成膜电极再生腔室；
2.根据权利要求1所述的失活电解水膜电极的修复装置，其特征在于：热空气进口和热空气出口的轴线均平行于膜电极。
3.根据权利要求1所述的失活电解水膜电极的修复装置，其特征在于：所述膜电极夹持结构为柔性夹持结构。
4.根据权利要求1所述的失活电解水膜电极的修复装置，其特征在于：所述壳体包括柔性密封框组件、第一柔性密封板、第二柔性密封板、第一压板和第二压板，其中，
5.一种失活电解水膜电极的修复系统，其特征在于：包括权利要求1-4任一所述修复装置，所述修复装置的第一腔室的洗脱液进口和洗脱液出口通过管道与第一洗脱液储罐连接；第一腔室的再生液进口和再生液出口通过管道与第一再生液储罐连接；
6.一种失活电解水膜电极的修复方法，其特征在于：包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的失活电解水膜电极的修复方法，其特征在于：所述洗脱液为温度70-90℃的乙醇；对阴极催化剂和阳极催化剂进行循环洗脱的时间为20-40min。
8.根据
9.根据权利要求6所述的失活电解水膜电极的修复方法，其特征在于：所述再生液按质量份计，包括阴极催化剂6-10份，全氟树脂粘结剂1.5-2.5份，分散剂80-95份；
10.根据权利要求6所述的失活电解水膜电极的修复方法，其特征在于：热空气的温度为70-100℃。
...【技术特征摘要】
1.一种失活电解水膜电极的修复装置，其特征在于：包括壳体，所述壳体围成膜电极再生腔室；
2.根据权利要求1所述的失活电解水膜电极的修复装置，其特征在于：热空气进口和热空气出口的轴线均平行于膜电极。
3.根据权利要求1所述的失活电解水膜电极的修复装置，其特征在于：所述膜电极夹持结构为柔性夹持结构。
4.根据权利要求1所述的失活电解水膜电极的修复装置，其特征在于：所述壳体包括柔性密封框组件、第一柔性密封板、第二柔性密封板、第一压板和第二压板，其中，
5.一种失活电解水膜电极的修复系统，其特征在于：包括权利要求1-4任一所述修复装置，所述修复装置的第一腔室的洗脱液进口和洗脱液出口通过管道与第一洗脱液储罐连接；第一腔室的再生液进口和再生液出口通过管道与第一再生液储罐连接；
6...
【专利技术属性】
技术研发人员：宫宏宇，秦春林，张娜，丁孝涛，邢巍，
申请(专利权)人：山东赛克赛斯氢能源有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。