[发明专利]一种微重力磁场驱动强化电解水制氧/制氢的装置

说明书

技术领域

本发明涉及电解装置，具体涉及一种微重力磁场驱动强化电解水制氧/制氢的装置。

背景技术

电解水是通过水在外加电场作用下，将电能转化为化学能的能量转换装置。在此过程中水被分解，在阴极表面产生氢气同时在阳极表面产生氧气。直接水电解是获取高纯度氢气和氧气的最简单有效的方法。水电解装置与风力发电或太阳能等分布式能源发电技术的结合可以很好的解决一次清洁能源的有效利用和就地转化问题；在高空探测中，水电解制氢是必不可少的获得氢气的方式；在浮法玻璃加工和半导体集成电路生产中，获得高纯度氢也是通过电解水制氢装置实现。电解水制氧技术是目前公认的最合理的空间站氧气补给技术，是物化再生环境控制和生命保障系统的核心技术之一，也是实现中长期载人航天飞行的关键技术(李俊荣,尹永利,等.空间站电解制氧技术研究进展[J].航天医学与医学工程,2013,26(3):216-220.)。

水电解过程中在阴极和阳极之间存在电势差，在恒定电解电流条件下，电极间电势差越小，获得单位体积气相产物所消耗的电能越少。反之，电解能耗越高。电极间电势差由三部分构成：电解液欧姆压降、离子交换膜电压降、电极过电势。当在电极表面和附近有气相产物附着或聚集时，由于导电性弱的气泡存在，会同时引起电极过电势和电解液欧姆压降的升高，进而加大电极间电势差，增加电解能耗(Mingyong Wang,Zhi Wang,Xuzhong Gong,Zhancheng Guo.The intensification technologies to water electrolysis for hydrogen production–A review[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews,2014,29:573–588.)。

现有直接水电解制氧/制氢中，一般通过重力作用或依靠循环泵强制电解液流动驱除气相产物。但在如空间站微重力环境下，由于重力作用消失，氧气泡在液体中浮力几乎为零，气泡在电极表面成核后难以脱附，造成气相产物在电极表面的大量聚集，从而增加了电解能耗。而依靠电能输入的泵驱动电解液循环，无疑又需要额外的电能消耗，不利于电解综合能耗的降低。

发明内容

本发明的目的在于借助特定的外部磁场，配合特殊的电解槽结构设计，在电解槽中形成不同方向的洛伦兹力驱动氢气、氧气分别从两个方向进入氢气收集器、氧气收集器,在不采用离子交换膜分隔电解槽腔室和不采用泵驱动强制电解液流动的情况下，仅依靠洛伦兹力驱动电解液流动，实现气相产物的有效驱散和不同气相产物的高效分离。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种微重力磁场驱动强化电解水制氧/制氢的装置，包括电解槽主体、氧气收集器、氢气收集器、外部磁体和电源。

所述电解槽主体上设置有阳极侧电解液排出口、阴极侧电解液排出口和电解液进口。所述电解槽主体为圆盘状的槽体。所述电解液进口设置在电解槽主体的竖直中心线上。所述阳极侧电解液排出口和阴极侧电解液排出口分别设置在电解槽主体的圆周侧面，且关于其中心对称。

所述阳极侧电解液排出口安装有氧气收集器。所述阴极侧电解液排出口安装有氢气收集器。

所述电源的阴、阳电极对称布置在电解槽主体的内壁两侧。其中阳极靠近阳极侧电解液排出口，阴极靠近阴极侧电解液排出口。

所述外部磁体包括四块相同的永磁体，每两块永磁体为一组，分成A组和B组。A组的两块永磁体对称安装在电解槽主体靠近阳极一侧的上、下表面，且N、S极相对；B组的两块永磁体对称安装在电解槽主体靠近阴极一侧的上、下表面，同时S、N极相对；其中A、B两组永磁体的磁极颠倒布置，在电极间电流接通后，使得靠近阳极一侧与靠近阴极一侧形成的洛伦兹力方向相反。

进一步，所述外部磁体的磁场强度范围在0～3T内。

进一步，所述阳极位于A组的两块永磁体之间。所述阴极位于B组的两块永磁体之间。

进一步，所述外部磁体之间还可叠放多个电解槽主体。或者每一个电解槽主体与外部磁体组成一个单元，多个单元进行叠加使用。

进一步，所述电解槽主体的内部还设置有两块导流板；这两块导流板分别靠近阳极侧电解液排出口和阴极侧电解液排出口。