筒状阴离子交换膜式电解槽

本发明属于电解槽，具体涉及一种筒状阴离子交换膜式电解槽。

背景技术：

1、氢能作为一种具有高能量密度、来源广、零污染的清洁能源载体，是理想的绿色能源，也将是未来的主要能源。被认为是改变当前以化石燃料为主的能源结构的最有前途的二次能源载体。通过与化石燃料重整获得的传统h2生产相比，整体水电解生产h2由于其高纯度的特点而被认为是一种可再生和环保的技术。而整体水电解中，电解槽是该技术中的核心部件，对氢气生产的效率以及能源利用率起着至关重要的作用。我国近年来逐步重视aem电解水制氢技术的研发，2020年国家重点研发计划“碱性离子交换膜制备技术及应用”，对高性能碱性聚电解质膜及连续制备工艺、酸碱性双性膜及电解水制氢等方面开展了系统性研究。科技部2022年度“催化科学”重点专项项目申报指南于“可再生能源转化与存储的催化科学”子项下设“阴离子交换膜电解水制氢研究”专项，拟对高效催化剂的设计方法及规模化可控制备方法；高离子电导率、高稳定性阴离子交换膜；催化剂与膜相界面电荷传输和气体扩散行为；电解系统结构动态演化规律和失效机制；适用于波动输入功率工况的低能耗阴离子交换膜电解水器件等内容进行研发。

2、阴离子膜电解水制氢（aem）技术主要结构由阴离子交换膜和两个过渡金属催化电极组成，一般采用纯水或低浓度碱性溶液用作电解质，并使用廉价非贵金属催化剂和碳膜。因此，aem工艺具有成本低、启停快、耗能少的优点，集合了与可再生能源耦合时的易操作性，同时又达到与 pem 相当的电流和效率。但目前电解槽整体结构、流道设置以及性能方面还存在不足，致使产氢效率难以达到工业化生产要求。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种筒状阴离子交换膜式电解槽，用以提升电解槽制氢效率，提高能源利用率。

2、为了解决上述技术问题，本发明公开了一种筒状阴离子交换膜式电解槽，包括前端盖和后端盖，所述前端盖和后端盖之间设置有外壳，所述外壳内设置有内部结构，所述内部结构包含内壳，内壳的外臂上设置有孔，内壳的外部设置有阴极空气膜，阴极空气膜的外部设置有阴极催化剂，阴极催化剂设置在阴极催化剂固定板内，阴极催化剂固定板的外部设置有一对阴离子交换膜内夹板，一对阴离子交换膜内夹板的外部设置有阴离子交换膜，阴离子交换膜的外部依次设置有阴离子交换膜垫片、一对阴离子交换膜外夹板和一对阳极催化剂内夹板，所述阳极催化剂内夹板的外部设置有阳极催化剂，阳极催化剂的外部依次设置有阳极催化剂垫片和一对阳极催化剂外夹板，一对阳极催化剂外夹板的外部设置有阳极空气膜，阳极空气膜的外部依次设置有阳极空气膜垫片和一对阳极空气膜外夹板；前端盖上设置有阴极电解液入口、阳极电解液入口、阴极气体出口、阳极气体出口、阴极电极和阳极电极；后端盖上设置有阴极电解液出口和阳极电解液出口；内壳中形成有阴极气体流道，一对阴离子交换膜外夹板之间形成有阴极电解液流道，一对阳极催化剂外夹板之间形成有阳极电解液流道，一对阳极空气膜外夹板之间形成有阳极气体流道。

3、本发明的技术方案，还具有以下特点：

4、作为本发明的一种优选方案，所述前端盖和后端盖通过多个外螺栓连接在一起。

5、作为本发明的一种优选方案，所述前端盖内侧设置有第一绝缘密封圈。

6、作为本发明的一种优选方案，所述后端盖的内侧设置有第二绝缘密封圈。

7、作为本发明的一种优选方案，所述阳极空气膜外夹板、阳极空气膜垫片、阳极催化剂外夹板、阳极催化剂垫片、阳极催化剂内夹板、阴离子交换膜外夹板、阴离子交换膜垫片、阴离子交换膜内夹板、阴极催化剂固定板、阴离子交换膜、阳极催化剂和阳极空气膜之间通过多个内螺栓连接。

8、与现有技术相比：本发明的一种筒状阴离子交换膜式电解槽，整体为圆柱形结构，内部通过夹板、螺栓组件分别固定阴阳极空气膜、阴阳极催化剂和阴离子交换膜，便于更换空气膜、催化剂和交换膜。在阴极空气膜外壁夹板和阳极空气膜内壁夹板开有小孔，便于气体通过与收集。其次阴阳极空气膜、阴阳极催化剂和阴离子交换膜均设计为片状，便于增大接触面积。电解液出口高于电解液入口，有利于催化剂和电解液充分接触，提升氢气产生效率，提高能源利用率。

技术特征：

1.一种筒状阴离子交换膜式电解槽，其特征在于，包括前端盖（2）和后端盖（7），所述前端盖（2）和后端盖（7）之间设置有外壳（5），所述外壳（5）内设置有内部结构（4），所述内部结构（4）包含内壳（32），内壳（32）的外臂上设置有孔，内壳（32）的外部设置有阴极空气膜（33），阴极空气膜（33）的外部设置有阴极催化剂（31），阴极催化剂（31）设置在阴极催化剂固定板（30）内，阴极催化剂固定板（30）的外部设置有一对阴离子交换膜内夹板（29），一对阴离子交换膜内夹板（29）的外部设置有阴离子交换膜（34），阴离子交换膜（34）的外部依次设置有阴离子交换膜垫片（28）、一对阴离子交换膜外夹板（27）和一对阳极催化剂内夹板（26），所述阳极催化剂内夹板（26）的外部设置有阳极催化剂（35），阳极催化剂（35）的外部依次设置有阳极催化剂垫片（25）和一对阳极催化剂外夹板（24），一对阳极催化剂外夹板（24）的外部设置有阳极空气膜（36），阳极空气膜（36）的外部依次设置有阳极空气膜垫片（23）和一对阳极空气膜外夹板（22）；前端盖（2）上设置有阴极电解液入口（9）、阳极电解液入口（11）、阴极气体出口（13）、阳极气体出口（14）、阴极电极（15）和阳极电极（16）；后端盖（7）上设置有阴极电解液出口（10）和阳极电解液出口（12）；内壳（32）中形成有阴极气体流道（17），一对阴离子交换膜外夹板（27）之间形成有阴极电解液流道（18），一对阳极催化剂外夹板（24）之间形成有阳极电解液流道（19），一对阳极空气膜外夹板（22）之间形成有阳极气体流道（20）。

2.根据权利要求1所述的筒状阴离子交换膜式电解槽，其特征在于，所述前端盖（2）和后端盖（7）通过多个外螺栓（1）连接在一起。

3.根据权利要求1所述的筒状阴离子交换膜式电解槽，其特征在于，所述前端盖（2）内侧设置有第一绝缘密封圈（3）。

4.根据权利要求1所述的筒状阴离子交换膜式电解槽，其特征在于，所述后端盖（7）的内侧设置有第二绝缘密封圈（6）。

5.根据权利要求1所述的筒状阴离子交换膜式电解槽，其特征在于，所述阳极空气膜外夹板（22）、阳极空气膜垫片（23）、阳极催化剂外夹板（24）、阳极催化剂垫片（25）、阳极催化剂内夹板（26）、阴离子交换膜外夹板（27）、阴离子交换膜垫片（28）、阴离子交换膜内夹板（29）、阴极催化剂固定板（30）、阴离子交换膜（34）、阳极催化剂（35）和阳极空气膜（36）之间通过多个内螺栓（37）连接。

技术总结
本发明公开了一种筒状阴离子交换膜式电解槽，包括前端盖和后端盖，所述前端盖和后端盖之间设置有外壳；前端盖上设置有阴极电解液入口、阳极电解液入口、阴极气体出口、阳极气体出口、阴极电极和阳极电极；后端盖上设置有阴极电解液出口和阳极电解液出口。该筒状阴离子交换膜式电解槽，可以提升电解槽制氢效率，提高能源利用率。

技术研发人员：杨春明,郑学艳,王光清,王传涛,王丹军,王奇,郭恒,李文拴,甄延忠,付峰
受保护的技术使用者：延安大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15