专利名称：高效微孔膜水电解槽的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电解水装置，具体地说是提供一种采用微孔膜分隔氢氧两气室的低耗能高效水电解槽。
在工业生产中应用的水电解槽常以石棉布分隔氢氧两气室，它需在两室平衡压力的条件下工作。但由于氧向氢室串漏，造成所产生气体质量差，氢气纯度只有98%。且因两电极间距离大，直流电耗高(达5Kw-hr/m3H2以上)。目前比较先进的技术(J.Appl.Electrochem.18(1988)1-4)是采用离子交换膜和特种膜作为气室隔膜，并利用孔径不一的两种穿孔板为电极以组成零极距。这种水电解槽可部分解决电极间距离大的问题，一定程度地降低了能耗。但该装置需严格控制条件，操作不方便，同时，由于这种装置仍然没有解决共用管道电解问题，因此该技术所提供的气体纯度不高。此外，这种装置也因造价高，很难在工业生产中采用。
本发明的目的是提供一种高效水电解槽，这种电解槽不仅耗能低，且可产生高纯度氢气(99.99%以上)和氧气。同时，因这种电解槽控制方便，抗误操作性能强，造价低，所以适于在工业生产中应用。
为实现上述目的，本发明所提供的水电解槽首先采用平均孔径为80～100mm的微孔膜作为水电解槽中氢氧气室的分隔板，这样两气室间可在差压下稳定工作，不但为气体输送提供动力，同时又可有效地解决了气体串漏现象，气体质量可以提高。在运转时，氧气室为常压，因而当氢气室在压力下工作时，也可方便地由常压的氧气室补充电解消耗水。其常用的微孔膜可选用微孔石棉膜，钛酸钾膜或二氧化钛膜等，微孔膜的厚度0.5～2.5mm。其次，采用穿孔板为电极(主电极)，且极板与分隔板(辅助电极)间以加入导电条或导电支撑垫形成硬支撑结构。这种安装形式，使穿孔板主电极与分隔板辅助电极为等电位，位于微孔膜两边的两穿孔板主电极可与微孔膜紧密贴合，使之形成稳定的零极矩。可有效地减少电极间接触电阻(特别是由单对电解槽构成多对复极电解槽的情况)，也尽可能减小了两主电极间距离，减少能耗，提高工作效率，使直流电耗可达到3.8～4.0Kw-hr/m3H2。其穿孔板可由普通水电解槽常用的电极板材料，例如镍、不锈钢或铁镀镍板等均匀钻成小孔制成，孔径以Φ1～3mm、孔面积占电极板的20～80%为宜。穿孔板作阴极时，可按常规技术采用热分解涂层法制备钴-镍、镍-钛、镍-钼-钨等活性阴极涂层。分隔板可由不锈钢或铁镀镍材料制成。导电条或导电支撑垫可由同分隔板同种金属板或其它金属材料制成。此外，本发明的水电解槽采用耐腐蚀的非金属材料作成共用孔道，这样有效地克服了因分隔板(辅助电极)的共同管道内电解造成气体纯度不高的技术问题。与采用微孔膜技术结合，可确保电解气体的质量，氢气纯度可达99.99%。作为内衬共用孔道的材料可选用聚砜、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、聚氯乙烯等高分子树脂类耐腐蚀非金属材料，制成共用管道内衬环或共用管道。
下面通过实例对本发明的技术给予进一步详细的说明。
实例1 高效微孔膜水电解槽1选取孔径800A的石棉膜(0.5～1.5mm)为微孔膜，以孔径Φ2mm梗距1mm的1mm厚穿孔板经表面处理制成电极(电极为铁镀镍，阴极为镍-钛)，分隔板辅助电极及导电支撑垫均由不锈钢制成，以聚砜材料制成绝缘环镶嵌于分隔板的四角以构成共用孔道，水电解槽的组装及结构由
图1示出。附图1为一单对水电解槽结构示意图，其中1.分隔板;2.绝缘环;3.边框;4.微孔膜;5.穿孔板;6.导电支撑垫。
按图1所示结构，在微孔膜4两侧紧密配合有一对穿孔板5(主电极)，分隔板1(辅助电极)与穿孔板5之间加有导电支撑垫6，形成分隔板1与穿孔板5硬支撑紧密联结结构，它使同侧的分隔板1与穿孔板5为等电位。在分隔板1两端共用管道孔中镶嵌有绝缘环2，使分隔板1的共用管道内壁不与电解液接触，可有效地防止其电解，电解槽的其它安装以及由绝缘材料制成边框3之间的密封可采用常规技术进行。这种水电解槽氢气输出压力0.4MPa，氧气室为常压，电解液可由氧气室注入。产生氢气纯度可达99.99%以上，其直流电耗为3.9Kw-hr/m3H2。
实例2 高效微孔膜水电解槽2选取平均孔径为800A的二氯化钛膜，穿孔板、分隔板与实例1选材制备相同，用聚丙烯树脂注塑成型制作带有共用孔道的边框，将分隔板与微孔膜置于边框的嵌口内，导电条由不锈钢制成。其电解槽结构及组装由图2示出。在附图2中1.分隔板;4.微孔膜;5.穿孔板;7.导电条;8.边框。
实例2与实例1不同之处在于用导电条7代替导电支撑垫6，边框8内带有共用孔道，因此，不用绝缘环2，也起到防止共用孔道电解问题。其它组装和结构与实例1相同。当氢输出压力为0.4MPa，氧气为溜之大吉，氢气纯度可达99.99%以上，其直流电耗为3.8Kw-hr/m3H2。
由上述实例，本发明所提供的水电解槽，由于采用微孔膜作为气室隔膜，造价低廉，抗误操作能力强，且共用孔道采用绝缘材料处理后可大大提高产生氢气的纯度(达99.99%以上)。同时，又由于穿孔板(主电极)、分隔板(辅助电极)之间是通过导电条或导电支撑垫形成的硬支撑结构，使穿孔板与微孔膜形成紧密贴合，实现稳定的零极距，且穿孔板与分隔板为等电位，有效地减少了接触电阻，提高电效率，减少电耗，直流电耗为3.8～4.0Kw-hr/m3H2。操作时，氢输出压力可达1MPa，氧气室为常压，可注入去离子水，方便的实现连续作业。这种结构的装置，不仅适用于工业化大型水电解厂使用，亦可小型化制造成轻便的高纯氢气发生器。
权利要求
1.一种采用微孔膜作为氢氧气室分隔膜的水电解槽，它的微孔膜两边紧密贴合有穿孔板(主电极)，其特征在于1)分隔板(1)(辅助电极)与穿孔板(5)之间加入导电条(7)或导电支撑垫(6)，通过导电导条(7)或导电支撑垫(6)使分隔板(1)与穿孔板(5)为硬支撑的电联接结构；2)电解槽的分隔板(1)上的共用管道内壁镶嵌有绝缘环(2)或采用绝缘边框(8)带有共用管道。
2.按照权利要求1所述的水电解槽，其特征在于所用的微孔膜采用平均孔径为50～100nm的石棉膜，钛酸钾膜或二氧化钛膜。
3.按照权利要求1、2所述的水电解槽，其特征在于微孔膜最好采用石棉微孔膜。
4.按照权利要求1所述的水电解槽，其特征在于绝缘环(2)或绝缘边框(8)采用聚砜、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、聚氯乙烯等耐腐蚀高分子材料制成。
5.按照权利要求1所述的水电解槽，其特征在于作为主电极的穿孔板(5)为带有均匀小孔的镍、不锈钢或铁镀镍板，其孔径为Φ1～3mm，孔面积占穿孔板(5)面积的20～80%。
全文摘要
一种微孔膜水电解槽是采用石棉膜、钛酸钾膜或二氧化钛膜等材料制成的微孔膜，其分隔板(辅助电极)和穿孔板(主电极)之间加有导电条或导电支撑垫，使其形成硬支撑结构。该电解槽的共用管道镶嵌绝缘环或由绝缘材料制成。这种装置其操作方便，直流电耗低(3.8～4.0Kw—hr/m
文档编号C25B9/00GK1096062SQ93111178
公开日1994年12月7日 申请日期1993年5月29日 优先权日1993年5月29日
发明者衣宝廉, 张恩俊, 曲天锡 申请人:中国科学院大连化学物理研究所