【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电化学，具体涉及一种增强电化学反应的方法、电化学反应装置及其应用。
技术介绍
1、电化学在化工、医学、材料、能源、金属腐蚀与防护、环境科学等科技领域得到了广泛应用。气液固反应是一种同时存在气、液、固三种不同相态的反应过程，属于电化学反应中较为常见的一种反应。电化学反应过程中常伴随着电极表面析氢、析氧和析氯等的电极反应，这些析出的气体通常会以气泡形式吸附于电极表面，从而造成电极活性面积减少、电极表面电位和电流密度的微观分布不均，产生电极极化，从而影响电化学反应的能耗和反应速率。目前，由于电极析出气泡对电化学反应速率和反应过程能耗的影响，使得电化学技术的工业化广泛应用受到限制。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种增强电化学反应的方法，具有电化学反应速率高、工业经济价值高的特点。
2、本专利技术还提出一种电化学反应装置。
3、本专利技术还提出上述增强电化学反应的方法、电化学反应装置的应用。
4、本专利技术还提出一种用于电化学电解制氢的装置。
5、本专利技术还提出一种用于电化学氮还原反应制备氨气的装置。
6、本专利技术还提出一种用于二氧化碳电化学还原的装置。
7、本专利技术的第一方面，提出了一种增强电化学反应的方法，所述电化学反应的反应体系包括表面发生电化学产气反应的多孔电极和电解液，所述方法包括如下步骤：使所述电解液间歇性地浸润于所述多孔电
8、本文中“表面”包括外表面和内表面，内表面可为多孔电极的孔洞内壁；“多孔电极的部分或全部表面”包括多孔电极的全部或部分外表面和内表面；“电化学产气反应”是指有气体产生的电化学化学反应；“浸润”表示使电解液接触电极表面。
9、根据本专利技术实施例的增强电化学反应的方法，至少具有以下有益效果：
10、本专利技术中电化学反应产生的气体主要产生于多孔电极的表面。本专利技术中电解液间歇性地浸润多孔电极的部分或全部表面：当电解液浸润多孔电极的全部或部分表面，电解液覆盖于被浸润的表面，电解液与多孔电极接触，进而在反应界面发生电化学产气反应，反应产生的气体一部分附着于多孔电极的表面，一部分从表面脱离并释放到环境气体中，甚至通过环境气体排出；随着电化学产气反应的进行，多孔电极原被浸润表面上的电解液逐渐被消耗，反应一段时间后，使电解液重新浸润多孔电极的部分或全部表面，此时，一方面，电解液推动之前反应所产生、并附着在多孔电极表面的气体排出，以减小电化学产气反应的气阻，从而提高电化学反应效率；另一方面，电解液重新浸润多孔电极的部分或全部表面，使之前反应被消耗的电解液得以更新或补充，单位时间内可充分利用多孔电极的比表面积，侧向可提高单位时间内电化学反应面积，提高电化学反应速率；由上，通过间歇性地浸润多孔电极的部分或全部表面，可推动反应生成并附着在多孔电极表面的气体排出，减小电化学产气反应气阻，提高电化学反应效率，并不断地的更新或补充原被浸润表面上的电解液，提高单位时间内电化学反应面积，提高电化学反应速率，可实现电化学反应效率和速率的增强，工业经济价值高。
11、以上使电解液间歇性地浸润多孔电极的部分或全部表面的过程，一般需确保多孔电极孔洞中浸润的电解液部分或全部与多孔电极外部的电解液连通，以保证电解液中的离子可以迁移，进而保证电化学反应的顺利进行。
12、相较于非多孔电极材料，本专利技术中采用多孔电极材料，电极表面积可增加成百上千倍，从而通过本专利技术中阐述的机制，有效增加了单位时间内电化学反应中反应物料的接触面积，电流密度显著增大、反应活性位点显著增加，电化学产气反应效率更好，从而极大程度提高了电化学反应速率和效率。在本专利技术中的一些实施例中，通过采用所述的增强电化学反应的方法，采用多孔电极，电化学反应位点表面积可增加至数倍、数十倍、数百倍、数千倍，电流密度得到极大程度的增大，初始电站的投资成本降低，能耗少，生产效率高，有利于规模化生产中成本控制和效率保障，为电化学工业化生产提供了极大的价值。通常电解制氢中的生产成本约90％为用电量成本，因此将本专利技术的增强电化学反应的方法应用于电解制氢中，可更为显著地降低其初始电站投资成本(电堆成本)，能耗少，经济效果好，且生产效率高。相较于传统电解制氢方式，在本专利技术的一些实施例中电解制氢的生产速率可提升至1倍以上。
13、在本专利技术的一些实施方式中，所述电化学反应包括发生于液、固两相物料间的电化学反应，或发生于气、固、液三相物料间的电化学反应(如电解制氨在n2、h2o和电极之间的反应)。本专利技术中的物料，是指在电化学反应中涉及的一切物质，包括但不限于原料、中间体、催化剂、辅料、产物、生产装置及其部件等等。本专利技术中增大单位时间内电化学反应面积，是指单位时间内反应物料相接触的面积增多，单位时间内存在的电化学反应界面面积增大，单位时间内反应界面所发生的电化学反应增多。
14、在本专利技术的一些实施方式中，进行所述电化学反应的装置包括驱动源，通过驱动源的驱动，使所述电解液间歇性地浸润所述多孔电极的部分或全部表面。其中，可通过驱动源直接或间接驱动电解液间歇性地浸润所述多孔电极的部分或全部表面。
15、在本专利技术的一些优选的实施方式中，通过驱动源的驱动，使所述电解液间歇性地填充、抽离于所述多孔电极的部分或全部孔洞，以间歇性浸润多孔电极的部分或全部表面。
16、通过上述实施方式，当电解液浸润多孔电极的全部或部分表面，电解液覆盖于被浸润的表面，电解液与多孔电极接触，进而在反应界面发生电化学产气反应，反应产生的气体一部分附着于多孔电极表面，一部分从表面脱离并释放到环境气体中，甚至通过环境气体排出；随着电化学产气反应的进行，多孔电极原被浸润表面上的电解液逐渐被消耗，反应一段时间后，使电解液重新浸润多孔电极的部分或全部表面，此时，一方面，电解液推动之前反应所产生、并附着在多孔电极表面的气体排出，以减小电化学产气反应的气阻，从而提高电化学反应效率；另一方面，电解液重新浸润多孔电极的部分或全部表面，使之前反应被消耗的电解液得以更新或补充，单位时间内可充分利用多孔电极的表面积，侧向可提高单位时间内电化学反应面积，提高电化学反应速率。
17、本专利技术中，可根据实际需要，选取更为合适的驱动源种类，如所述驱动源包括但不限于振动驱动源、电磁驱动源、机械泵、进液扰流道等。驱动源的具体工艺参数可根据实际需要，进行适用性调整和选取。
18、在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述驱动源包括振动驱动源、电磁驱动源、压力驱动源、进液扰流道中的至少一种。其中，进液扰流道用于电解液流通并在流通过程中形成扰动，以使电解液间歇性地浸润多孔电极的部分或全部表面。具体可将进液扰流道的内壁设计为凹凸不平坦的几何结构，如波浪形或具有锯齿状凸起结构，以使电解液流经进液扰流道时内壁上的凹凸不平坦结构对其产生扰动。该进液扰流道的使用可取本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种增强电化学反应的方法，其特征在于，所述电化学反应的反应体系包括表面发生电化学产气反应的多孔电极和电解液，所述方法包括如下步骤：使所述电解液间歇性地浸润所述多孔电极的部分或全部表面，以促进产生的气体排出及更新所述部分或全部表面上的电解液，增强电化学反应。
2.根据权利要求1所述的增强电化学反应的方法，其特征在于，进行所述电化学反应的装置包括驱动源，通过驱动源的驱动，使所述电解液间歇性地浸润所述多孔电极的部分或全部表面；
3.根据权利要求1所述的增强电化学反应的方法，其特征在于，所述多孔电极的材质为亲水性材料；
4.一种用于实现如权利要求1-3任一项所述方法的电化学反应装置。
5.根据权利要求4所述的电化学反应装置，其特征在于，包括电化学反应室和驱动源，所述电化学反应室内包括阴极、阳极和电解液，所述阳极和所述阴极间隔设置，所述阴极和/或阳极包括所述多孔电极，所述多孔电极表面发生产气反应，通过所述驱动源的驱动作用，使电解液间歇性浸润所述多孔电极的部分或全部表面，以促进产生的气体排出及更新所述部分或全部表面上的电解液，增强电化学反应
6.根据权利要求5所述的电化学反应装置，其特征在于，所述电解液间歇性浸润的方式包括：在驱动源的驱动作用下，电解液周期性或非周期性地填充、抽离于所述多孔电极的部分或全部孔洞，以间歇性地浸润所述多孔电极的部分或全部表面；
7.采用如权利要求1-3任一项所述的增强电化学反应的方法或如权利要求4-6任一项所述的电化学反应装置在电化学电解制氢、电化学氮还原反应制备氨气或二氧化碳电化学还原中的应用。
8.一种如权利要求6所述的电化学反应装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
9.一种用于电化学电解制氢的装置，其特征在于，所述装置包括电化学反应室和驱动源，所述电化学反应室内包括阴极、阳极和电解液，所述阳极和所述阴极间隔设置，所述阴极和/或阳极包括所述多孔电极，所述多孔电极表面发生产气反应，通过所述驱动源的驱动作用，使电解液间歇性地浸润所述多孔电极的部分或全部表面，以促进产生的气体排出及更新所述部分或全部表面中的电解液，增强电化学反应；
10.一种用于电化学氮还原反应制备氨气的装置，其特征在于，所述装置包括电化学反应室和驱动源，所述电化学反应室内包括阴极、阳极和电解液，所述阳极和所述阴极间隔设置，所述阴极和/或阳极包括所述多孔电极，所述多孔电极表面发生产气反应，通过所述驱动源的驱动作用，使电解液间歇性地浸润所述多孔电极的部分或全部表面，以促进产生的气体排出及更新所述部分或全部表面上的电解液，增强电化学反应；
11.一种用于二氧化碳电化学还原的装置，其特征在于，所述装置包括电化学反应室和驱动源，所述电化学反应室内包括阴极、阳极和电解液，所述阳极和所述阴极间隔设置，所述阴极和/或阳极包括所述多孔电极，所述多孔电极表面发生产气反应，通过所述驱动源的驱动作用，使电解液间歇性地浸润所述多孔电极的部分或全部表面，以促进产生的气体排出及更新所述部分或全部表面上的电解液，增强电化学反应；
...【技术特征摘要】
1.一种增强电化学反应的方法，其特征在于，所述电化学反应的反应体系包括表面发生电化学产气反应的多孔电极和电解液，所述方法包括如下步骤：使所述电解液间歇性地浸润所述多孔电极的部分或全部表面，以促进产生的气体排出及更新所述部分或全部表面上的电解液，增强电化学反应。
2.根据权利要求1所述的增强电化学反应的方法，其特征在于，进行所述电化学反应的装置包括驱动源，通过驱动源的驱动，使所述电解液间歇性地浸润所述多孔电极的部分或全部表面；
3.根据权利要求1所述的增强电化学反应的方法，其特征在于，所述多孔电极的材质为亲水性材料；
4.一种用于实现如权利要求1-3任一项所述方法的电化学反应装置。
5.根据权利要求4所述的电化学反应装置，其特征在于，包括电化学反应室和驱动源，所述电化学反应室内包括阴极、阳极和电解液，所述阳极和所述阴极间隔设置，所述阴极和/或阳极包括所述多孔电极，所述多孔电极表面发生产气反应，通过所述驱动源的驱动作用，使电解液间歇性浸润所述多孔电极的部分或全部表面，以促进产生的气体排出及更新所述部分或全部表面上的电解液，增强电化学反应；
6.根据权利要求5所述的电化学反应装置，其特征在于，所述电解液间歇性浸润的方式包括：在驱动源的驱动作用下，电解液周期性或非周期性地填充、抽离于所述多孔电极的部分或全部孔洞，以间歇性地浸润所述多孔电极的部分或全部表面；
7.采用如权利要求1-3任一项所述的增强电化学反应的方法或如权利要求4-6任一项所述的电...
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