一种电化学反应器及其制造方法与流程

本技术涉及电催化，尤其是一种电化学反应器及其制造方法。

背景技术：

1、现有的内燃机尾气净化器同时需要具有过滤和燃烧催化的功能。目前市场最常用的碳烟过滤装置使用壁流式蜂窝陶瓷内壁上的微米孔对尾气中的碳烟起捕集作用，捕集效率可以达到95％以上，具有易于生产、成本低廉的优点。但是，在捕集后期经常会出现碳烟积存无法清理的问题，由此增大了排气压降和油耗，需要额外的净化部件或者定期清理，导致成本增加。目前的碳烟清理方案包括非在线清理的超声波清洗技术方案，和在线清理的电阻加热燃烧、化学催化燃烧等技术方案，这些现有的技术方案均具有各自的缺陷。具体地，非在线清理的技术方案无法连续工作，需要拆除后使用其他的专门设备进行清理，存在大量资源浪费。电阻加热燃烧方式通过电阻加热达到所需的燃烧温度，燃烧温度达四百多摄氏度至五百摄氏度，电阻加热所需电能很多，存在资源的浪费。此外，目前化学催化方式清理需要两百五十摄氏度至三百摄氏度的起燃点，而柴油内燃机尾气常规温度为150至250℃，所以在不添加其他处理方式的基础上，化学催化方式对柴油内燃机尾气进行处理时，存在堵塞的问题。

2、当下放电反应器存在的共同问题是在高压电负性流体中无法控制电子位置，放电路径不可控，电流的路径会随机且分叉，不能形成面覆盖的弥漫性放电，反应流体从未放电的位置穿过时会降低了反应效率；其提高效率的方式是增加串联厚度或提高电压，而这会浪费体积和电能。

3、如何在降低使用成本、提高反应效率的同时，减少电化学反应器的占据空间是现有技术中亟需解决的问题。

技术实现思路

1、为了解决上述背景技术指出的问题，本技术实施例提供一种电化学反应器及其制造方法。本技术通过结构和参数设计，在介质层的微米孔内中利用电子进行静电增强过滤和电化学催化，降低成本，压缩体积；以及，构造微距放电的阻尼结构，使等离子在层膜内弥漫产生，控制了放电规模和范围，提高效率，其中放电阻尼结构包括了反应器中材料的形状、位置、孔径、厚度、迂曲度等各个方面。

2、根据本技术实施例的一方面，提供一种电化学反应器，包括：两个导电层和介质层；

3、所述两个导电层中的一个导电层置于所述介质层的一侧，所述两个导电层中的另一个导电层置于所述介质层的另一侧，构成子反应器，所述介质层和每个所述导电层均为多孔结构，所述多孔结构包括的孔隙可供流体穿过；以及

4、多个所述子反应器并联铺展，形成多个供流体通过的通道，以构成所述电化学反应器，所述流体从所述通道中的入口通道流入，并侧向穿过所述子反应器的所述多孔结构，从与所述入口通道相邻的出口通道流出，所述的入口通道与所述的出口通道交替相邻，

5、其中，所述两个导电层还用于与电源的正负极相连。

6、根据本技术的一个实施例，所述电化学反应器还包括封堵支撑结构，所述封堵支撑结构置于所述入口通道的流体流入方向的对侧一端和出口通道的流体流出方向的反向一端，以支撑和保护上部邻接的所述子反应器和阻止所述流体直接流出所述电化学反应器。

7、根据本技术的一个实施例，所述封堵支撑结构还置于平行于所述入口通道的两侧和所述出口通道的两侧，以支撑和保护邻接的所述子反应器和阻止所述流体直接流出所述电化学反应器。

8、根据本技术的一个实施例，在所述介质层的材料为具有支撑强度的第一支撑材料时，所述封堵支撑结构的材料与所述介质层的第一支撑材料相同。

9、根据本技术的一个实施例，所述第一支撑材料包括壁流式蜂窝陶瓷。

10、根据本技术的一个实施例，在所述介质层的材料为柔性材料时，所述封堵支撑结构的材料为具有支撑强度的第二支撑材料，所述第二支撑材料包括金属编织网、金属烧结多孔膜和陶瓷多孔膜。

11、根据本技术的一个实施例，所述两个导电层中的每个所述导电层分别为膜结构，所述膜结构的所述两个导电层以涂膜的方式分别附着于所述介质层的两侧，构成所述子反应器。

12、根据本技术的一个实施例，所述介质层的厚度为0-10毫米。

13、根据本技术的一个实施例，所述介质层的厚度小于或等于0.5毫米。

14、根据本技术的一个实施例，在所述多个子反应器并联铺展后，所述多个子反应器的多个介质层的厚度偏差值小于20％。

15、根据本技术的一个实施例，所述介质层的材料包括相对介电常数大于或等于预设第一数值的二氧化钛，所述预设第一数值包括50。

16、根据本技术的一个实施例，所述入口通道两侧的导电层的平均孔径大于或等于所述介质层的平均孔径，以及所述介质层的平均孔径大于或等于所述出口通道两侧的导电层的平均孔径。

17、根据本技术的一个实施例，所述介质层中包括多个孔，所述多个孔的最大孔径小于或等于100微米，所述多个孔的平均孔径小于或等于20微米。

18、根据本技术的一个实施例，所述介质层为多孔结构包括介质层包括多个孔，所述多个孔均不是直通孔。

19、根据本技术的一个实施例，所述导电层的材料包括氧化锡锑改性氧化钛纳米棒和纤维状材料。

20、根据本技术的一个实施例，将催化剂以浸渍灼烧法负载于所述介质层中包括的多个孔的孔内。

21、根据本技术的一个实施例，在由所述电化学反应器和所述电源构成的电路中，还包括电流缓冲元件。

22、根据本技术的一个实施例，在所述导电层不与所述介质层贴合连接的一侧设置有低电阻层，所述低电阻层的材料包括金属纤维或金属颗粒。

23、根据本技术的一个实施例，预设倍数的所述导电层的电阻率小于所述介质层的电阻率，所述介质层的电阻率小于所述流体的电阻率，所述预设倍数包括100。

24、根据本技术的一个实施例，在所述导电层的材质为导体时，所述介质层的材质为半导体或绝缘体；以及在所述导电层的材质为半导体时，所述介质层的材质为绝缘体。

25、根据本技术实施例的另一方面，提供一种电化学反应器的制造方法，包括：基于浸渍和高温烘干的方式，将催化剂负载于介质层中包括的多个孔的孔内；

26、超声搅拌导电纳米棒、纳米硅溶胶、聚乙烯醇和去离子水的混合物，得到导电层凝胶；

27、将两个所述导电层在介质层的两面上进行涂膜和烘干，得到子反应器；使用所述导电层凝胶在所述介质层的两面上进行涂膜并高温烘干，形成两个导电层，以得到子反应器。

28、基于导电层凝胶和电极片，将所述子反应器两侧的所述导电层分别与电源的正负极相连后烘干；以及

29、多个所述子反应器并联铺展，形成多个供流体通过的通道，以构成所述电化学反应器。

30、根据本技术的一个实施例，还包括：

31、基于以烧结、焊接、折叠、固定和凝胶填充的方式，制造封堵支撑结构；以及

32、在使用所述导电层凝胶在所述介质层的两面上进行涂膜并高温烘干，形成两个导电层，以得到子反应器之后，和基于导电凝胶和电极片，将所述子反应器两侧的所述导电层分别与电源的正负极相连后烘干之前，还包括：

33、基于凝胶粘合烧结或折叠、插入和贴合的方式，将所述子反应器与封堵支撑结构零距离贴合设置。

34、本技术实施例设计了膜层铺展、内部放电的电化学结构，而未使用当下常用的反应器结构，具体地有益效果至少在于：基于多孔结构的两个导电层和一个介质层构成一个子反应器，使得流体可以穿过导电层在介质层的大面积富电子区域中进行反应，从而基于穿过的过程同时促进静电增强过滤和电催化反应。进一步，串联结构反应器通过在介质层的厚度上进行串联堆叠，从而达到增加效果的目的；本技术以均匀放电为技术效果，可将子反应器进行并联铺展，把电子弥漫释放在介质层微孔内，提高效率，压缩体积。