一种阴离子交换膜电解装置的制作方法

本技术涉及制氢，具体为一种阴离子交换膜电解装置。

背景技术：

1、氢是一种很有前途的能源载体，这得益于它与电之间高效的相互转换，通过水电解制取氢气被视为是最绿色可靠的方式。目前应用较为广泛的电解水制氢有两种方式，碱性水电解制氢与质子交换膜制氢。

2、碱性水电解容易产生堵塞催化层、气体交叉，同时还具有无法灵活启停的缺点。质子交换膜电解则受限于昂贵的材料。阴离子交换膜电解水是一种较为新兴的技术，它在某些方面解决了碱性电解水和pem电解水存在的问题，例如可以使用低浓度的碱性溶液作为电解液，甚至使用去离子水和蒸馏水；可以使用更便宜的膜电极组件；反应环境的低腐蚀性。

3、但是阴离子交换膜目前仍然存在一些问题，膜和催化剂稳定性证明的不足导致其还没有达成工业化的应用。

4、有鉴于此，为尽可能不使用或减少使用贵金属以减少阴离子交换膜电解水的平均成本，同时在阴离子交换膜上采用具备足够稳定性的制备方法和材料，现设计一种阴离子交换膜电解装置。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种阴离子交换膜电解装置，以解决上述背景技术中提出的现有的电解水制氢装置存在的问题。

2、为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案，一种阴离子交换膜电解装置，包括电解槽外壳、膜电极组件、进液管、排氢管和排氧管；

3、所述电解槽外壳内开设有水浴腔，电解槽外壳一侧一体连接有水浴进管，电解槽外壳另一侧一体连接有水浴排管；

4、所述膜电极组件设置在电解槽外壳的内侧；

5、所述膜电极组件包括阴离子交换膜、阳极催化层、阴极催化层、阳极侧气体扩散层和阴极侧气体扩散层，其中：

6、阴离子交换膜连接于阳极催化层与阴极催化层之间；

7、阳极侧气体扩散层连接于阳极催化层远离阴离子交换膜的一侧；

8、阴极侧气体扩散层连接于阴极催化层远离阴离子交换膜的一侧；

9、所述阳极催化层内贯通开设有第一流道槽，且阳极催化层内开设有第一连接孔和第二连接孔；

10、所述阴极催化层内开设有第二流道槽(231)，且阴极催化层内开设有第三连接孔；

11、所述进液管与所述排氧管固定穿插连接于电解槽外壳的一侧内，进液管与第一连接孔相连接，排氧管与第二连接孔相连接；

12、所述排氢管固定穿插连接于电解槽外壳的另一侧内，排氢管与第三连接孔相连接。

13、优选的，所述水浴进管、水浴排管均与水浴腔内相接通，水浴进管在水平位置上设置在水浴排管的上方。

14、优选的，所述膜电极组件采用ccs工艺，阳极侧气体扩散层和阴极侧气体扩散层沉积有催化剂液，阴离子交换膜、阳极催化层、阴极催化层、阳极侧气体扩散层和阴极侧气体扩散层之间通过热压技术相连接。

15、优选的，所述阳极催化层采用氧化石墨烯包覆一氧化镍涂层作为催化剂。

16、优选的，所述第一流道槽与第二流道槽均为多段回形结构。

17、优选的，所述阳极侧气体扩散层与阴极侧气体扩散层相靠近的一侧为多孔结构。

18、与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

19、1、该阴离子交换膜电解装置采用阴离子交换膜作为电解质，可以使用纯水或低浓度碱性溶液作为电解液，避免了碱性电解水中的电解液堵塞催化层、气体交叉等问题，同时降低了腐蚀性和环境污染；

20、2、该阴离子交换膜电解装置采用ccs工艺制备膜电极组件，可以实现催化剂液与阴离子交换膜的紧密结合，提高了催化剂的利用率和电化学性能；

21、3、该阴离子交换膜电解装置采用氧化石墨烯包覆一氧化镍涂层作为阳极催化剂，可以提高析氧反应的活性和稳定性，降低了贵金属催化剂的使用量和成本；

22、4、该阴离子交换膜电解装置通过多段回形结构的流道槽的设计，可以增强电解液和气体在电极表面的流动和扩散，提高了电解效率和气体纯度，采用多孔结构的气体扩散层，可以增加气体在电极间的传递面积，降低了气体阻力和压力损失；

23、5、该阴离子交换膜电解装置通过设置水浴腔对电解槽外壳进行加热或冷却，可以有效控制电解槽的温度，保证电解槽的安全运行。

技术特征：

1.一种阴离子交换膜电解装置，其特征在于：包括电解槽外壳(1)、膜电极组件(2)、进液管(3)、排氢管(4)和排氧管(5)；

2.根据权利要求1所述的一种阴离子交换膜电解装置，其特征在于：所述水浴进管(12)、水浴排管(13)均与水浴腔(11)内相接通，水浴进管(12)在水平位置上设置在水浴排管(13)的上方。

3.根据权利要求1所述的一种阴离子交换膜电解装置，其特征在于：所述膜电极组件(2)采用ccs工艺，阳极侧气体扩散层(24)和阴极侧气体扩散层(25)沉积有催化剂液，阴离子交换膜(21)、阳极催化层(22)、阴极催化层(23)、阳极侧气体扩散层(24)和阴极侧气体扩散层(25)之间通过热压技术相连接。

4.根据权利要求1所述的一种阴离子交换膜电解装置，其特征在于：所述阳极催化层(22)采用氧化石墨烯包覆一氧化镍涂层作为催化剂。

5.根据权利要求1所述的一种阴离子交换膜电解装置，其特征在于：所述第一流道槽(221)与第二流道槽(231)均为多段回形结构。

6.根据权利要求1所述的一种阴离子交换膜电解装置，其特征在于：所述阳极侧气体扩散层(24)与阴极侧气体扩散层(25)相靠近的一侧为多孔结构。

技术总结本技术公开了一种阴离子交换膜电解装置，该阴离子交换膜电解装置采用阴离子交换膜作为电解质，可以使用纯水或低浓度碱性溶液作为电解液，避免了碱性电解水中的电解液堵塞催化层、气体交叉等问题，同时降低了腐蚀性和环境污染，该阴离子交换膜电解装置采用CCS工艺制备膜电极组件，可以实现催化剂液与阴离子交换膜的紧密结合，提高了催化剂的利用率和电化学性能，该阴离子交换膜电解装置采用氧化石墨烯包覆一氧化镍涂层作为阳极催化剂，可以提高析氧反应的活性和稳定性，降低了贵金属催化剂的使用量和成本，该阴离子交换膜电解装置通过设置水浴腔对电解槽外壳进行加热或冷却，可以有效控制电解槽的温度，保证电解槽的安全运行。技术研发人员：程永攀受保护的技术使用者：北京永氢储能科技有限责任公司技术研发日：20230808技术公布日：2024/4/22