筒状阴离子交换膜式电解槽

技术领域

本发明属于电解槽技术领域，具体涉及一种筒状阴离子交换膜式电解槽。

背景技术

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H

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。

发明内容

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。

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。

本发明的技术方案，还具有以下特点：

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。

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。

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。

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。

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。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的一种筒状阴离子交换膜式电解槽的分解图；

图2为本发明的一种筒状阴离子交换膜式电解槽中内部结构的分解图；

图3为图2中部分部件的放大图；

图4为本发明的一种筒状阴离子交换膜式电解槽的侧视图及剖视图

图5为本发明的一种筒状阴离子交换膜式电解槽中前端盖和后端盖的结构示意图。

图中：1.外螺栓，2.前端盖，3.第一绝缘密封圈，4.电解槽内部结构，5.电解槽外壳，6.第二绝缘密封圈，7.后端盖，8.外螺母，9.阴极电解液入口，10.阴极电解液出口，11.阳极电解液入口，12.阳极电解液出口，13.阴极气体出口，14.阳极气体出口，15.阴极电极，16.阳极电极，17.阴极气体流道，18.阴极电解液流道，19.阳极电解液流道，20.阳极气体流道，21.内螺栓，22.阳极空气膜外夹板，23.阳极空气膜垫片，24.阳极催化剂外夹板，25.阳极催化剂垫片，26.阳极催化剂内夹板，27.阴离子交换膜外夹板，28.阴离子交换膜垫片，29.阴离子交换膜内夹板，30.阴极催化剂固定板，31.阴极催化剂，32.内壳，33.阴极空气膜，34.阴离子交换膜，35.阳极催化剂，36.阳极空气膜，37.内螺母。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明的一种筒状阴离子交换膜式电解槽，包括前端盖2和后端盖7，前端盖2和后端盖7之间设置有外壳5，外壳5内设置有内部结构4，前端盖2和后端盖7通过多个外螺栓1连接在一起，前端盖2内侧设置有第一绝缘密封圈3，后端盖7的内侧设置有第二绝缘密封圈6。

结合图2和图3，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，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。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21连接。

结合图4，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。

结合图5，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。阴极电解液入口9与阴极电解液流道18相通，阳极电解液入口11与阳极电解液流道19相通，阴极气体出口13与阴极气体流道17相通，阳极气体出口14与阳极气体流道20相通。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。阴极电解液出口10与阴极电解液流道18相通，阳极电解液出口12与阳极电解液流道19相通。

本发明的一种筒状阴离子交换膜式电解槽，其最里面为内壳32，内壁开有小孔便于阴极气体通过。内壳外表面为阴极空气膜33，仅阴极产生的氢气可以通过。阴极催化剂31安装在阴极催化剂固定板30上。阴离子交换膜内夹板29、阴离子交换膜34、阴离子交换膜垫片28、阴离子交换膜外夹板27、阳极催化剂内夹板26、阳极催化剂35、阳极催化剂垫片25、阳极催化剂外夹板24、阳极空气膜36、阳极空气膜垫片23、阳极空气膜外夹板22依次分别从阴极催化剂固定板30两侧安装固定，并有两侧内螺栓21和内螺母37固定。最后，每一层卡在前端盖2和后端盖7两侧的带圆形槽的盖板上，并在圆形槽内安放第一绝缘密封圈3和第二绝缘密封圈6。

阴极电解液流动路线：阴极电解液从前端盖2上的阴极电解液入口9流入阴极电解液流道18，并与阴极催化剂31接触，在阴极电极15通入的阴极电解电势下产生氢气与氢氧根，氢氧根穿过阴离子交换膜31到达阳极端，氢气通过阴极空气膜33到达阴极气体流道17，从阴极气体出口13排出，电解液通过后端盖7上的阴极电解液出口10流出。

阳极电解液流动路线：阳极电解液从前端盖2上的阳极电解液入口11流入阳极电解液流道19，并与阳极催化剂35接触，在阳极电极16通入的阳极电解电势下产生氧气，氧气通过阳极空气膜36到达阳极气体流道20，从阳极气体出口14排出，电解液通过后端盖7上的阳极电解液出口12流出。

因此，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

上述说明示出并描述了发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离发明的精神和范围，则都应在发明所附权利要求的保护范围内。