螺旋板式电解槽和电解水制氢的方法与流程

本发明涉及电解设备，具体涉及一种螺旋板式电解槽和电解水制氢的方法。

背景技术：

1、当前，碱性电解水制氢在行业中占主导地位，并以高产气量为主攻方向。碱性电解槽作为碱性电解水制氢的关键设备，其结构、性能的升级就显得尤为重要。国内碱式电解槽绝大多数是拉杆式圆柱形/方形电解槽，电极基底为镍网，催化剂为镍基合金，隔膜为聚苯硫醚（pps）膜，包括数十甚至上百个电解小室，由拉紧螺杆和端板把这些电解小室压在一起形成圆柱状/方形，每个电解小室以相邻的2个极板为分界，包括正负双极板、阳极电极、隔膜、密封垫圈、阴极电极6个部分。电解槽内装入电解质，隔膜将槽体分成阴、阳两室，通直流电后阴极和阳极分别产生氧气和氢气。

2、现有碱性电解槽极板整体采用金属板材，主极板与极框经焊接成型，并通过“堆量方案”（增加电解小室数、增大电极面积）来增大产气量，随着电解小室、电极面积的不断增加，使得碱性电解槽的体积和重量越来越大，例如：1000nm³/h碱性电解槽长度可达6米以上，重量超过40吨，目前碱性电解槽的规模已做到2000nm³，随着对于产气量的要求增大，面临诸多问题。其一，电解槽尺寸过大、重量过重将引起拉紧螺杆变形，导致电解槽密封性变差，进而造成氢气纯度降低；其二，多小室的存在使得电解槽的泄露点增多，氢气纯度降低；其三，大尺寸的电解槽的生产、运输与维护成本过高；其四，限制了单槽产氢量的突破。

3、因此，开发效率更高、尺寸更小的电解槽对于增大产气量、提高氢气纯度具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的大产气量电解槽尺寸大，产氢效率低、单槽产气量受限的问题，提供一种螺旋式电解槽和电解水制氢的方法，该电解槽具有较大的电极面积，可大大增加单台电解槽的产气量。

2、为了实现上述目的，本发明一方面提供一种螺旋板式电解槽，所述电解槽包括螺旋体，所述螺旋体由第一电极组件和第二电极组件平行卷绕以形成用于发生还原反应的螺旋形阴极室24和用于发生氧化反应的螺旋形阳极室19；所述第一电极组件包括依次堆叠设置的阳极板20、阳极电极21、隔膜22和阴极电极23，所述第二电极组件为阴极板25；

3、所述电解槽还包括与所述螺旋形阴极室24和螺旋形阳极室19分别连通的电解质进口10、与螺旋形阴极室24连通的氢气出口5以及与螺旋形阳极室19连通的氧气出口1。

4、本发明另一方面提供一种电解水制氢的方法，包括：在直流电作用下，将电解质送入上述螺旋板式电解槽；优选地，所述电解质为碱性水溶液。

5、通过上述技术方案，本发明提供的电解槽通过第一电极组件和第二电极组件平行卷绕以形成用于发生还原反应的螺旋形阴极室和用于发生氧化反应的螺旋形阳极室，在相同体积下，可大幅增加电极面积，从而增加单台电解槽的产气量。进一步地，可以通过调整螺旋圈数来调控电极面积，以适用于不同产气量需要。相比于传统的多室电解槽，可降低生产成本、简化生产工序、减小同样产气量下电解槽的体积和重量。除此之外，阴极室和阳极室分别设置电解质进口，阴极室和阳极室分开进液，能够进一步减少灌装电解质的时间，提高电解槽的产气纯度。

技术特征：

1.一种螺旋板式电解槽，其特征在于，所述电解槽包括螺旋体，所述螺旋体由第一电极组件和第二电极组件平行卷绕以形成用于发生还原反应的螺旋形阴极室（24）和用于发生氧化反应的螺旋形阳极室（19）；所述第一电极组件包括依次堆叠设置的阳极板（20）、阳极电极（21）、隔膜（22）和阴极电极（23），所述第二电极组件为阴极板（25）；

2.根据权利要求1所述的电解槽，其中，所述阳极板（20）上设置有通孔，使得阳极电极（21）上电解出的氧气通过通孔进入阳极室（19）中；

3.根据权利要求1所述的电解槽，其中，所述第一电极组件和/或第二电极组件上设置有使第一电极组件和第二电极组件的卷绕相互隔开的支撑件（18）；所述支撑件（18）为定距柱；

4. 根据权利要求1所述的电解槽，其中，第一电极组件和第二电极组件的卷绕间距为1-15 mm。

5.根据权利要求1所述的电解槽，其中，所述第一电极组件中，阳极板（20）、阳极电极（21）、隔膜（22）和阴极电极（23）通过固定组件一（11）连接密封；

6.根据权利要求1所述的电解槽，其中，所述螺旋体的轴向中心设置有第一隔板（12）和第二隔板（14），第一隔板（12）与第一电极组件卷绕的一端通过焊接连接，第二隔板（14）与第二电极组件卷绕的一端通过焊接连接，以使得阴极室（24）和阳极室（19）不互通；

7.根据权利要求1所述的电解槽，其中，所述电解槽包括套设在所述螺旋体外部的外壳体（7），第一电极组件的卷制端部通过固定组件二（15）与外壳体（7）的内壁加紧并绝缘；

8.根据权利要求1所述的电解槽，其中，所述外壳体（7）的一端设置有与所述阳极板（20）抵接的上压板（3），另一端设置有与所述阴极板（25）抵接的下压板（8），上压板（3）和下压板（8）通过连接法兰与外壳体（7）固定；

9.根据权利要求8所述的电解槽，其中，所述上压板（3）设置有阳极接线板（2）；所述下压板（8）设置有阴极接线板（9），以使得阳极板（20）和阴极板（25）之间形成通电回路；

10.根据权利要求8或9所述的电解槽，其中，所述上压板（3）设置有氢气流道（28）和氧气流道（29），所述氢气出口（5）通过氢气流道（28）与螺旋形阴极室（24）连通，所述氧气出口（1）通过氧气流道（29）与螺旋形阳极室（19）连通。

11.一种电解水制氢的方法，其特征在于，所述方法包括：在直流电作用下，将电解质送入权利要求1-10中任意一项所述的螺旋板式电解槽中进行电解；

技术总结本发明涉及电解设备技术领域，公开了一种螺旋板式电解槽和电解水制氢的方法，所述电解槽包括螺旋体，所述螺旋体由第一电极组件和第二电极组件平行卷绕以形成用于发生还原反应的螺旋形阴极室和用于发生氧化反应的螺旋形阳极室；所述第一电极组件包括依次堆叠设置的阳极板、阳极电极、隔膜和阴极电极，所述第二电极组件为阴极板；所述电解槽还包括与所述螺旋形阴极室和螺旋形阳极室分别连通的电解质进口、与螺旋形阴极室连通的氢气出口以及与螺旋形阳极室连通的氧气出口。该电解槽具有单台产气量高的特点并且能够适用于不同产气量需要。相比于传统的多室电解槽，大幅降低电解槽的体积和重量。技术研发人员：请求不公布姓名,请求不公布姓名,请求不公布姓名受保护的技术使用者：北京海望氢能科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/4/29