专利名称：用于从水中制氢的高压电解槽的制作方法
技术领域：
本公开总体涉及的领域包括通过电解水制备高压氢气的电解槽装置和方法。
背景技术：
水电解是指由于电流从水中通过使得水(H2O)分解成氧气(O2)和氢气(H2)。传统的碱性水电解槽是通过在液体电解质，例如氢氧化钾(KOH)水溶液中放置两 个电极而工作。一个电极作为阳极，另一个电极作为阴极，它们通过离子选择性透过而气体 不能透过的隔膜或电解槽膜被互相隔开。当在电极之间施加电压时，电流通过电极之间的 电解质。氢气在阴极生成，氧气在阳极生成。当产生的气泡从液体电解质中溢出时，隔膜保 持氢气和氧气被隔开。这种电解槽的效率主要受到在阳极上反应放氧的限制。同样，这些 电解槽的高压极限可能受到氢气扩散通过隔膜并进入氧气室的不利影响，在氧气室氢气与 氧气在放热反应中结合，其中这种生成热可不利地影响与电解槽相关联的一个或多个弹性 部件，该弹性部件包括与气体出口相连的弹性软管，这最终可导致电解槽损坏。
发明内容
示例性的实施方式包括提高高压电解槽的电解效率的方法和装置，它们通过在高 压电解槽运行时，降低阳极电流密度和降低阳极过电压同时降低透过电解槽膜从阴极室进 入阳极室的氢气量来实现。本发明其他示例性的实施方式将在下文中的详细说明变得明显。应当理解，当公 开本发明示例性的实施方式时，详细说明和具体例子仅仅是为了说明，而不是用于限制本 发明的范围。本发明还提供了下列方案方案1、一种提高高压电解槽效率的方法，所述高压电解槽具有阳极和阴极，其限 定了它们之间的内部，所述方法包括在所述高压电解槽工作时，减小阳极电流密度并且降低阳极过电压；和在高压碱性电解槽工作时，减小从阴极室渗透通过电解槽膜进入阳极室的氢气量。方案2、根据方案1所述的方法，其中，减小阳极电流密度并且降低阳极过电压包 括相对于阴极表面积增加阳极表面积。方案3、根据方案2所述的方法，其中，减小渗透通过电解槽膜的氢气包括相对于 阴极室体积增加阳极室体积。方案4、根据方案1所述的方法，进一步包含通过增加阳极表面上不规则物的量来 增加阳极表面积。方案5、根据方案1所述的方法，其中，减小渗透通过电解槽膜的氢气包括相对于 阴极室体积增加阳极室体积。方案6、根据方案1所述的方法，其中，减小阳极电流密度并且降低阳极过电压包括向阳极表面引入催化剂，所述催化剂选自磨碎的钼和氧化钌构成的组。方案7、一种高压电解槽，包括具有内表面的阳极；至少部分连接在所述阳极内的阴极，所述阴极具有外表面；直流电源，其具有电连接到所述阳极的正极端子，以及电连接到所述阴极的负极 端子；所述阴极的所述外表面和所述阳极的所述内表面之间限定的内部；连接在所述内部中的电解槽膜，所述电解槽膜将所述内部分成阳极室和阴极室； 和 液体电解质，其被包含在所述内部中。方案8、根据方案7所述的高压电解槽，其中，所述阳极的所述内表面的表面积大 于所述阴极的所述外表面的表面积。方案9、根据方案8所述的高压电解槽，其中，所述阳极室的体积大于所述阴极室 的体积。方案10、根据方案7所述的高压电解槽，其中，所述阳极室的体积大于所述阴极室 的体积。方案11、根据方案7所述的高压电解槽，其中，所述内表面包括基本上圆柱形的内表面。方案12、根据方案11所述的高压电解槽，其中，所述基本上圆柱形的内表面包括 不规则形状的圆柱内表面。方案13、根据方案11所述的高压电解槽，其中，所述外表面包括基本上圆柱形的 外表面。方案14、根据方案13所述的高压电解槽，其中，所述外表面包括不规则形状的圆 柱外表面。方案15、根据方案7所述的高压电解槽，进一步包括应用于所述阳极的所述内表 面上的催化剂涂层。方案16、根据方案15所述的高压电解槽，其中，所述催化剂选自磨碎的钼和氧化 钌构成的组。方案17、一种提高高压电解槽效率的方法，所述高压电解槽具有阳极和阴极，其限 定了它们之间具有限定体积的内部，所述方法包括在不增加所限定的内部体积的情况下，相对于阴极表面积增加阳极表面积，以在 所述高压电解槽工作时减小阳极电流密度。方案18、根据方案17所述的方法，进一步包括在不增加所限定的内部体积的情况 下，相对于阴极室体积增加阳极室体积。方案19、根据方案17所述的方法，其中，相对于阴极表面积增加阳极表面积包括 划刻所述阳极的表面。方案20、根据方案17所述的方法，进一步包括向阳极表面引入催化剂，所述催化 剂选自磨碎的钼和氧化钌构成的组。
本发明示例性的实施方式通过以下的详细说明和附图得到全面的理解，其中图IA是根据现有技术的电解槽的示意剖面图；图IB是图IA所示电解槽的顶部剖面图；图2A是根据一个示例性的实施方式的电解槽的示意剖面图；图2B是图2A所示电解槽的顶部剖面图；以及图3是图2A和2B的电解槽在60摄氏度(V)下的电压对电流密度曲线图。
具体实施例方式以下实施方式(一个或多个)的说明本质上仅仅是示例性的(说明性的)，而绝不 限制本发明及其用途或应用。通过优化电解槽几何形状，示例性的实施方式提供了用于提高高压碱性电解槽 (如图1所示)的电解效率和氢气纯度的方法和装置。首先参照图1，其为根据现有技术的高压碱性电解槽10的示意图，其得自于授予 Shimko等题为"Electrolyzer Apparatus and Method for Hydrogen Production，，的美国 专利公开 US 2007/0151865 ；以及 Avalence LLC of Milford, Connecticut 制造的围绕高 压电解槽设计的电解/存储/分配(ESD)装置(“Avalence Hydrofiller 50-6500-50RG 系统，，)，这在文章"A solar-powered high-efficiency hydrogen fueling system using high-pressure electrolysis of water :Design and initial results (Nelson A. Kelly et al. , International Journal of Hydrogen Energy 33 (2008)，pp. 2747-2764)，，中描 述。如图IA和IB所示，电解槽10并不旨在为实际表示，而仅仅意味着表达电解槽10通常 方面，如将用于与示例性的实施方式的电解槽110的比较目的，下面将参考图2A和2B来说 明该实施方式。电解槽10可包括充当阴极12的外部压力容器筒，它具有通往内部20的进水口 14，氢气出口 15和氧气出口 16。电解质液位传感器19可连接在内部20中，其通过进水口 14进入电解槽的水位保持于期望的液位上。泵(未示出)可与电解质液位传感器19电连 接，并与进水口 14物理连接以辅助控制引入内部20的水。内部20中包含的液体电解质17有助于增加水的电导率。一种在高压碱性电解槽 10中使用的示例性液体电解质17可以是28%重量百分比的氢氧化钾(KOH)水溶液。电解槽10还包括导电的中心柱或者阳极18，它至少部分包含在阴极12的内部20 中，并且通过绝缘材料24与阴极12绝缘。阴极12和阳极18经由直流(DC)电源11，通过 正极端子(图1中+所示)和负极端子(图1中-所示)相互电连接，其中用于阳极18的 配线穿过绝缘材料24以便在建立电路时不与阴极12接触。阴极12包括内圆柱表面12a。类似地，阳极18包括外圆柱表面18a，其中内圆柱 表面12a的表面积基本上大于外圆柱表面18a的表面积。环形电解槽膜32(典型地由塑料制成)将内部20分隔成内室(即阳极室)34和 外室(即阴极室)36，其中内室34的总体积小于外室36的总体积。在碱性介质中，在阴极12的内圆柱表面12a上，经由还原半反应生成H2 (Eq. 1)2H20+2e-— Η2+20!Γ(Eq. 1)
在碱性介质中，在外圆柱表面18a上，经由氧化半反应生成O2 (Eq. 2)20F — l/202+H20+2e"(Eq. 2)综合析氢反应(HER)和析氧反应(OER)的半反应，可得出总反应(Eq. 3)H2O⑴一H2+l/202(Eq. 3)在上述方程式中，水是液体状态(在标准状态下，即25°C，H2和O2是气体)。用于分析任何电解槽装置(包括电解槽10)的参数是它的效率，在此情况下，是指 电解槽10将电能转化成氢和氧的化学能的效率。因为只有在氢中的化学能随后用作氢能 装置(例如车辆)的燃料，电解槽效率可以简单地以氢中的化学能表达。如方程式4所示 电解槽效率与工作电压直接成正比电-氢效率=100%X 1. 254V+ [Voper] (Eq. 4)其中[V。peJ是电解槽工作电压，1. 254V是氢的LHV(低热值)(Eq. 3所示逆反应的 焓，但是生成的是气态水而不是液态水)。尽管H2的LHV示出为用于Eq. 4中的分子(1. 254V)，HHV(高热值)可替代地用于 Eq. 4中的分子(1.485V，所谓的热中性电压，其是在25°C的Eq.3W$SSW@)。替代地， 吉布斯自由能(1.23V，其为在标准状态下H2-O2燃料电池中氢的化学值)常被用于电解效 率方程式的分子中。这三个值中的任一个都可被调整，并且只要该标准与效率有关，则很容 易基于不同标准进行效率换算。电解槽工作电压是多变量的函数，它包括制氢速率(电流)，电解槽温度和半反应 的催化。降低电解槽效率(即增加电解槽工作电压)的因素通常被认为是过电压——即超 过理想热力学值的电压。有很多因素影响电解槽中的过电压。对于水分解电压的理想热力学极限，在标准 状态下为1. 23V(吉布斯自由能)，但实际上从来没有达到过该值，因为这对于无限缓慢的 过程是“可逆”电压Vrev。在实际系统中，由于动力学的影响，水分解电压包括过电压η，其 为在有限速率下驱动反应需要的电压，如方程式5所示V = Vrev+ η(Eq. 5)过电压η具有三个分量。它们如方程式6所示η = η a+ η c+ η ir(Eq. 6)其中na是活化过电压，其由限制速率的步骤产生(活化能量位垒)，n。是浓度过 电压，其由于传质限制使得电极表面的浓度相对于体相降低导致的，Hh是欧姆过电压，其 主要由电解质和电极表面的电阻引起的。U页通过使用具有最大电导率的电解质可最小 化。η a项通过使用可催化所关注反应的电极而最小化。η。项常常通过搅拌最小化。另一 种降低过电压的方法是在较低电流密度下工作；在低电流密度下时^和η。将减小，因为 需要较少的能量通过限速步骤驱动系统，并且浓度多电压将会减小。在无电流时跨电化学 电池的两个电极的电势差(电压)等于可逆电压Vrev，即没有过电压(这是该系统的热力学 极限)。本文提供的示例性的实施方式提供了通过优化电解槽几何形状，提高高压碱性电 解槽(如图1所示电解槽10)的电解效率和氢气纯度的方法和装置。新的几何形状可以降 低阳极电流密度(阳极的析氧反应是水电解的限速步骤)并降低阳极过电压，从而提高效 率。新的几何形状也可以减少了氢气透过电解槽膜并进入阳极生成的氧气中，并减少了因氢气在几乎纯的氧气中“燃烧”可导致电解槽损坏的现象。与如图1所示的传统电解槽10 相比，降低氧气中的氢浓度可允许电解槽安全地实现更高的压力。在一个示例性的实施方式中，如图2示意性地所示，新的电解槽几何形状是通过 简单地将如图1所示的现有技术电解槽10的阳极和阴极的极性逆转而实现的，由此降低阳 极的电流密度。实现这样的操作可以简单地逆转阴极12和阳极18与DC电源11相连的配 线来完成，由此形成如图2的一个示例性实施方式所示的新电解槽110。这样，之前的阴极 12变成新的阳极(例如图2中118所示)，之前的阳极18变成新的阴极(例如图2中112 所示)。绝缘材料124阻止阳极118与阴极112之间的电接触，并提供新阴极112与DC电 源11连结的通道。此外，氢气出口 15变成新的氧气出口 115，而氧气出口 16变成新的氢气 出口 116。新的阴极112包括外圆柱表面112a。类似地，新的阳极118包括内圆柱表面118a， 其中内圆柱表面118a的表面积基本上大于外圆柱表面112a的表面积。这因此降低了新的 阳极118的电流密度和过电压。已知阳极析氧是水电解的限速步骤，因此阳极表面积的增 加致使效率得以提高。此外，现在新阳极室134(即图1中先前的阴极室36)的总体积大于新阴极室 136 (即图1阳极室34)的总体积。阳极室134内相对阴极室136的较大体积将会降低氢气 从阴极室136透过膜32进入阳极室134的影响，并减少了可导致氢气在阳极室134的几乎 纯的氧气中“燃烧”的现象，其中这样“燃烧”对于包含与氧气出口相连的供应线的弹性体 会造成不利影响，并因此导致图1所示电解槽10过早地被损坏。降低在阳极室134中包含 的氧气中的氢气浓度也将允许电解槽110在与传统电解槽10相比更高的压力下工作，且不 用担心这种“燃烧”的影响。图2所示的另一个相关示例性的实施方式中，在不影响电解槽110的总体形状和 尺寸的情况下，通过向内圆柱表面118a引入不规则形状以进一步增大内圆柱表面118a的 表面积，这种设计使得阳极118的表面积相对于阴极112的表面积要大。这意味着，由于上 述同样的原因这样可以轻微地提高电解槽效率。一种示例性方法是划刻或蚀刻内圆柱表面 118a。另一种示例性方法可将网孔状的网格引入到外圆柱表面。在另一个实施方式中，可以 在内圆柱表面118a上涂敷催化剂(未示出)以降低活化过电压na。可以涂敷到阳极118 上的两种示例性的催化剂材料包括磨碎的钼(Pt)和二氧化钌(RuO2)。在图2的另一个相关的示例性实施方式中，在不影响电解槽110的总体形状和尺 寸的情况下，通过向外圆柱表面112a和内圆柱表面118a都引入不规则形状，使得外圆柱表 面112a和内圆柱表面118a的表面积都进一步增大。这可以导致稍微地增加内圆柱表面 118a相对于外圆柱表面112a的比表面积，基于上述提及的原因，这可以稍微地提高电解槽 效率，也相应增加了与增大的比表面积相关的氢气和氧气的析出。一种示例性的方法可为 划刻或蚀刻内圆柱表面118a。另一种示例性的方法是将网孔状的网格引入到内圆柱表面 112a 及 118a。为了全面认识相对于图1而言图2所示示例性实施方式所述的电解槽效率提高， 在以下实例1中给出了电解槽效率的理论计算。实例1为了说明对于图1的电解槽10，图2的示例性实施方式的电解槽110的电解槽效率的增加，不同的电解槽效率的理论计算可基于电解槽10、110的尺寸相同的假定而进行。 此外，组件的尺寸设计基于上述的Avalence Hydrofiller 50-6500-50RG系统上进行的测量。因而，电解槽10、110的长(1)大约设定为1219毫米。外部压力容器筒(即图1 中阴极12的内圆柱表面12a和图2中阳极118的内圆柱表面118a)的内径可约为42. 9毫 米，这样计算的表面积可约为1640平方厘米。导电中心柱(即图1中阳极18的外圆柱表 面18a和图2中阴极12的外圆柱表面112a)的外径可约为17. 5毫米，这样计算的活性表 面积约为670平方厘米。比表面积的比例(图1中阴极比阳极，图2中阳极比阴极)约为 2.45。给定电流密度与表面积成反比，那么可以预计在图1中阴极电流密度小于阳极电流 密度约2. 45倍，而在图2中阳极电流密度小于阴极电流密度约2. 45倍。而且，其中环形塑料电解槽膜32的厚度约为4毫米，内室体积(即图1中阴极室 36和图2中阳极室134的体积)和外室体积(即图1阳极室34和图2阴极室136的体积) 也可分别被计算为约0. 51升和0. 72升，外室体积与内室体积的比约为1. 41。换而言之，外 室体积约比较小的内室体积大约41 %。使用Ulleberg 开发的碱性电解槽模型(“Modeling of advance alkaline electrolyzers -.a system simulation approach，，，Ulleberg, 0. , International Journal of Hydrogen Energy，2003，28 :21_33)，工作电压作为工作电流密度的函数，能够通过计算 得出，并且过电压的组成部分可以被分开。描述电解槽工作电压V。PCT的工作方程式是Voper = Vrev+ ((rl+r2*T)*J) +s*log((tl+t2/T+t3/T2)*J) +1)(Eq. 7)其中Vrev是可逆电压(1. 23V)，J是电流密度(mA/cm2)，rl和r2是描述欧姆过电 压的项，S、tl、t2和t3描述活化和浓度过电压的项，T是电解槽温度。使用表2中列出 白勺 Aurora _导白勺常—("Modeling and control of a solar hydrogen fuel system for remote locations，，，P. Aurora, Master' s Thesis, University of Massachusetts, Lowell, MA 2003)绘制了图 3。表2Eq. 7中的系数值，来自于Aurora。
图3使用了温度60°C，这被认为是与图1所用相似的Avalence Design的工作 温度。由于活性和浓度影响的过电压通过降低阳极的电流密度而能被降低，此时阳极发生 OER0在水电解中，过电压的大部分归因于0ER，降低阳极的电流密度能降低OER的过电压， 如图3所示。在阳极电流密度为120mA/cm2时(大概认为其与图1的Avalence电解槽的设计最 大值相对应)，过电压由于活化和浓度影响的结合为0. 47V。如果阳极和阴极的极性逆转， 如图2所示，阳极电流密度能从大约120mA/em2降低到大约50mA/cm2。电流密度降低是由于 极性逆转系统中较大阳极表面积118a。基于Eq. 7，电流密度降低使得过电压降低至0. 41V。 因此，在逆转了图1所示Avalence电解槽(如图2的替换电解槽110所提出的)的阳极和 阴极的结构对于给定的电流密度(制氢)，V。pe,降低了 0. 06V。同样的离子流将流过KOH电 解质17，所以过电压(nj未受影响。在降低电流密度时，例如我们提出的将可以逆转配线，活化和浓度过电压(极化) 会降低，效率提高。利用Eq. 4可以计算出如何通过降低过电压来影响电解槽电-氢效率。电流密度J为120mA/cm2时，电解槽V。pCT预计应为1. 78V，相应的效率为70. 4% (基于H2LHV)。通过增加电解槽极性的逆转而降低阳极电流密度到50mA/cm2时(阳极表面 积增加因数2. 45)，可预计降低工作电压至1.715V，相应的效率为73. 1%。因此，这种简单 的操作可以预计使电解效率从70. 4%增加到73. 的值。这种改进对于电解槽温度的改 变相对不敏感。例如，在温度为20°C时，从原始的到逆转的电极组件，效率从67. 6%提高到 70. 0%。对于类似于图1构造的Avalence电解槽10，存在的一个潜在的问题是，阳极18上 生成的氧气会被阴极12处生成且穿过电解槽膜32的氢气所污染。这可能与高压(即压力 达到5000-10000psig)特别相关，其中相对少量H2 (在O2中大约3_6%的H2)穿透后进入高 压O2中以产生混合物，在其中两种气体依赖于温度和表面状态而放热地结合。产生的热量 能导致弹性软管损坏，该弹性软管用于将O2从出口 16携带出电解槽10。在高压和高温下， 该问题可能恶化，因为两者都能增大气体扩散速率。氢气扩散通过膜比任何其他气体都要 快。当H2在O2中的浓度到达约4%时，依赖于压力和温度，H2与O2放热地结合，释放的热量 导致电解槽顶部的弹性软管失效。因此，即使电解产生的大部分O2通过图1中出口 16(图 2的出口 115)排出，也必须保持相对于H2浓度的足够纯度，以阻止H2-O2高温下的放热反应 (在其各自的电解室中H2和O2的压力总是几乎相等)。通过出口 15、16离开电解槽10的顶部并输送气体至电解槽外的软管(未示出)必 须是非金属的，以使得不会有电流在电解槽周围流动(在阳极和阴极之间形成短路电流)， 其将导致电解槽中无电解。本领域普通技术人员意识到如果降低通过电解槽膜的气体透 过，可以允许更高的工作压力和更高的“调节比”(在制氢速率的更宽范围上工作)。
类似于图1的Avalence Hydrofiller 50-6500-50RG系统在美国专利申请 No. 2007/0151865中描述，其中在宽范围的系统压力下(从大气压到6500psi)，使用技术来 非常谨慎地分别将吐和02电解室中的H2和O2压力平衡。即，系统的吐和02侧之间的压差 保持在接近0。然而仍有驱动力促使两种气体通过透过电解槽膜而混合。渗透现象的机理和驱动力将在下文中说明。首先，每种气体少量溶于多孔膜32， H2在一侧，O2在另一侧。气体来自于电解槽膜32中的气泡或来自于溶解在电解质17中的 气体。通过电解槽膜32的氢渗透由跨膜的浓度梯度驱动。在电解槽的O2侧有很少量或没 有H2，反之在电解槽的H2侧有很少量或没有O2 (图1)。这样，氢的化学势是在H2侧高而在 O2侧低。因此，即使Avalence Hydrofiller 50-6500-50RG的系统设计使系统的H2侧和O2 侧的压差最小化，仍然不能消除用于气体交换的化学势驱动力。卞艮 ig Barbir ( "PEM Fuel Cells :Theory and Practice", Associated Press 2005)，气体渗透率是Rgas = P*A*p/t (Eq. 8)其中Rgas是气体渗透率，P是对于给定气体的膜渗透性，A是膜面积，ρ是气压，和 t是膜厚度。渗透性P是膜中气体扩散性D和溶解性S的乘积P = D*S(Eq. 9)因此，渗透性是动力学因子(扩散系数)和热力学因子(溶解系数)的乘积。气 体通过膜的扩散由不可逆过程(气体的迁移)驱动，这将导致熵的增加。气体自发地从高 浓度(化学势)区域向低浓度区域扩散。总之，即使Avalence Hydrofiller 50-6500-50RG 系统平衡了 H2和O2的压力以使得膜中不必须支撑高压差，仍然有气体扩散通过膜的势能， 导致各个气体室污染。由于氢的高扩散速率，H2穿过电解槽膜并污染O2而不是相反(O2穿 透进入H2中)并不会令人惊讶。根据Eq. 8的分析可以得出，通过电解槽膜的气体渗透率随着跨膜的压差(P)的增 加而增大。此外，气体的渗透率随着电解槽膜厚度(t)的增加而降低。而且，气体的渗透率 将随着电解槽膜面积(A)的增加而增大。逆转电解槽极性(Fig. 1对Fig. 2)将自动降低对于氢可用的膜面积，并能扩大H2 扩散进入的体积，这两者都趋向于降低O2的H2量。基于29mm的内径，电解槽膜32的内表 面积为1110cm2，而基于33mm的膜外径，电解槽膜32的外表面积为1260cm2。因此，逆转电 解槽极性，使得H2在电解槽内室中制成，将导致膜表面积微小的(14%)减少，并降低吐通 过电解槽膜并进入外O2室中的透过(Eq. 8)。而且，H2将扩散进入体积增大了 41%的室中 (表1)，所以对于给定的渗透率，这还将趋向于降低O2中的H2浓度。总之，从图1的配置 到图2的配置改变电解槽极性，将趋于缓和H2的累积以及在O2电解槽室中H2和O2反应放 出热量的积累相关的问题。这就允许电解槽在与现有技术中图1所示相比更高的压力下工 作，而不会对与电解槽相关联的含弹性部件(包括通过出口 15、16与电解槽10顶部相连的 弹性软管)产生不利影响。上述对本发明实施方式的描述本质上仅仅是示例性的，因此其变化并不认为背离 了本发明的精神和范围。
权利要求
一种提高高压电解槽效率的方法，所述高压电解槽具有阳极和阴极，其限定了它们之间的内部，所述方法包括在所述高压电解槽工作时，减小阳极电流密度并且降低阳极过电压；和在高压碱性电解槽工作时，减小从阴极室渗透通过电解槽膜进入阳极室的氢气量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，减小阳极电流密度并且降低阳极过电压包括相 对于阴极表面积增加阳极表面积。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，减小渗透通过电解槽膜的氢气包括相对于阴极 室体积增加阳极室体积。
4.根据权利要求1所述的方法，进一步包含通过增加阳极表面上不规则物的量来增加 阳极表面积。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，减小渗透通过电解槽膜的氢气包括相对于阴极 室体积增加阳极室体积。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，减小阳极电流密度并且降低阳极过电压包括向 阳极表面引入催化剂，所述催化剂选自磨碎的钼和氧化钌构成的组。
7.一种高压电解槽，包括 具有内表面的阳极；至少部分连接在所述阳极内的阴极，所述阴极具有外表面；直流电源，其具有电连接到所述阳极的正极端子，以及电连接到所述阴极的负极端子；所述阴极的所述外表面和所述阳极的所述内表面之间限定的内部； 连接在所述内部中的电解槽膜，所述电解槽膜将所述内部分成阳极室和阴极室；和 液体电解质，其被包含在所述内部中。
8.根据权利要求7所述的高压电解槽，其中，所述阳极的所述内表面的表面积大于所 述阴极的所述外表面的表面积。
9.根据权利要求8所述的高压电解槽，其中，所述阳极室的体积大于所述阴极室的体积。
10.一种提高高压电解槽效率的方法，所述高压电解槽具有阳极和阴极，其限定了它们 之间具有限定体积的内部，所述方法包括在不增加所限定的内部体积的情况下，相对于阴极表面积增加阳极表面积，以在所述 高压电解槽工作时减小阳极电流密度。
全文摘要
本发明涉及用于从水中制氢的高压电解槽。具体地，示例性的实施方式包括提高高压电解槽电解效率的方法和装置，其通过在高压电解槽工作时，减小阳极电流密度并且降低阳极过电压，同时减小从阴极室渗透通过电解槽膜进入阳极室的氢气量来实现。
文档编号C25B11/08GK101886270SQ201010224008
公开日2010年11月17日 申请日期2010年4月30日 优先权日2009年4月30日
发明者D·B·乌维克尔克, N·A·凯莉, T·L·吉布森 申请人:通用汽车环球科技运作公司