PEM电解槽膜电极原位再生方法与流程

本发明涉及pem制氢电解槽维护领域，具体涉及一种pem电解槽膜电极原位再生方法。

背景技术：

1、可再生能源成为替代化石燃料的重要选项。其中氢能源因其无污染、易与可再生能源耦合受到了广泛的关注。质子交换膜(pem)电解水作为一种适应波动性电源、大电流密度的绿氢生产技术，得到了国家的大力支持，具有广泛的应用前景。膜电极是pem电解槽的核心，膜电极中的离聚物为电化学反应提供质子。因为金属阳离子对离聚物中的磺酸基团的结合能力远强于质子，使得质子易被取代，又金属阳离子的迁移速度低于质子，导致膜电极的欧姆阻抗、活性阻抗、传质阻抗提高，增加了用电成本。金属阳离子一般来源于进水、膜电极制备、电解槽部件腐蚀等途径。在长时间运行后，膜电极性能会有一定程度的可逆衰减，这就需要清除膜电极吸收的金属阳离子(na+、ca2+、tix+、fe3+等离子)。

2、针对膜电极受金属阳离子毒化的情况，一般的方案是先拆解电解槽然后把膜电极取出浸泡在酸液中，再生一段时间后重新组装到电解槽上。但是这种方案不仅破坏了电解槽结构，而且膜电极的催化层也会受到一定程度的不可逆损伤，因此原位再生膜电极才是最佳的路线。

3、专利cn114643245a提出了将性能下降的spe水电解池在不用拆卸的情况下，直接通入洗液，清洗一段时间即可恢复电解池的性能的方法。该技术方案再生效率低，高浓度的酸液会严重腐蚀电解槽部件且h2o2溶液、氨水、氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液会对pem膜电极造成损坏，无法实现再生效果。

4、专利ep3628757a1则在专利cn114643245a的基础上在低温高压的条件下通入co2气体形成碳酸酸液达到再生膜电极的目的，该技术方案再生时间长达25h，再生时间长。

5、现有技术普遍忽视了电流模式设计对膜电极再生的重要影响。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中再生效率不佳，再生时间长，腐蚀电解槽部件等问题，本发明提供了一种pem电解槽膜电极原位再生方法。

2、本发明的第一方面提供了一种pem电解槽膜电极原位再生方法，所述方法包括：

3、(1)pem电解槽中，阳极通入超纯水循环，阴极通入酸液循环；

4、(2)电解槽通电，通电程序结束后，阴极通入超纯水清洗除去腔内残留的酸液，完成再生。

5、根据第一方面所述的原位再生方法，步骤(2)中，所述通电程序为阶跃电流模式，小电流密度和大电流密度交替运行；

6、优选地，所述小电流密度范围在0.02-0.8a cm-2，所述大电流密度范围在2-4a cm-2。

7、根据第一方面所述的原位再生方法，小电流密度和大电流密度交替运行2-40圈；

8、优选地，小电流密度单圈运行时间为0.5-5min，大电流密度单圈运行时间为0.5-5min。

9、根据第一方面所述的原位再生方法，步骤(1)中，所述超纯水和/或酸液的循环流速为5-50ml/(min.cm2)。

10、根据第一方面所述的原位再生方法，步骤(1)中，阴极和阳极循环回路接入离子交换树脂；

11、优选地，所述阴极循环回路接入阳离子交换树脂；和/或所述阳极循环回路接入阴阳混合离子交换树脂。

12、根据第一方面所述的原位再生方法，所述原位再生方法的再生温度为25-90℃。

13、根据第一方面所述的原位再生方法，步骤(1)中，所述酸液选自以下一种或多种：硫酸、硝酸、碳酸、高氯酸、磷酸、盐酸。

14、根据第一方面所述的原位再生方法，步骤(2)中，清洗至溶液电导率低于1μs.cm-1。

15、根据第一方面所述的原位再生方法，所述pem电解槽中，阳极双极板和/或阳极多孔传输层的材料为钛金属。

16、根据第一方面所述的原位再生方法，阴极双极板的材料为钛金属；和/或

17、阴极多孔传输层的材料为碳纸或者碳布。

18、本发明的pem电解槽膜电极原位再生方法具有但不限于以下有益效果：

19、本发明设计的阶跃电流模式极大地提高再生效率；缩短再生时间；在不破坏电解槽和膜电极结构的基础上实现原位再生；既加速了金属阳离子在阴极的富集，又增加了酸液与膜电极的接触面积，实现酸液对金属阳离子的快速吸收；离子交换树脂能够净化酸液，使酸液始终以纯净酸液的状态再生膜电极；同时阴极负电位保护作用避免酸液腐蚀阴极部件的问题。

技术特征：

1.一种pem电解槽膜电极原位再生方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的原位再生方法，其特征在于，步骤(2)中，所述通电程序为阶跃电流模式，小电流密度和大电流密度交替运行；

3.根据权利要求2所述的原位再生方法，其特征在于，小电流密度和大电流密度交替运行2-40圈；

4.根据权利要求1至3中任一项所述的原位再生方法，其特征在于，步骤(1)中，所述超纯水和/或酸液的循环流速为5-50ml/(min.cm2)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的原位再生方法，其特征在于，步骤(1)中，阴极和阳极循环回路接入离子交换树脂；

6.根据权利要求1至5中任一项所述的原位再生方法，其特征在于，所述原位再生方法的再生温度为25-90℃。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的原位再生方法，其特征在于，步骤(1)中，所述酸液选自以下一种或多种：硫酸、硝酸、碳酸、高氯酸、磷酸、盐酸。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的原位再生方法，其特征在于，步骤(2)中，清洗至溶液电导率低于1μs.cm-1。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的原位再生方法，其特征在于，所述pem电解槽中，阳极双极板和/或阳极多孔传输层的材料为钛金属。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的原位再生方法，其特征在于，阴极双极板的材料为钛金属；和/或

技术总结本发明提供了一种PEM电解槽膜电极原位再生方法，包括：PEM电解槽中，阳极通入超纯水循环，阴极通入酸液循环；电解槽通电，通电程序结束后，阴极通入超纯水清洗除去腔内残留的酸液，完成再生。本发明设计的阶跃电流模式极大地提高再生效率；缩短再生时间；在不破坏电解槽和膜电极结构的基础上实现原位再生；既加速了金属阳离子在阴极的富集，又增加了酸液与膜电极的接触面积，实现酸液对金属阳离子的快速吸收；离子交换树脂能够净化酸液，使酸液始终以纯净酸液的状态再生膜电极；同时阴极负电位保护作用避免酸液腐蚀阴极部件的问题。技术研发人员：陶华冰,汪新辉,劳科杰,刘翰,郑南峰受保护的技术使用者：嘉庚创新实验室技术研发日：技术公布日：2024/7/4