[发明专利]一种胶体电解质膜以及电解水装置

说明书

本发明提供一种胶体电解质膜以及电解水装置，所述胶体电解质膜以普通的吸水性物质，辅以普通的碱性物质制成，使用该胶体电解质膜的电解水装置设计成易于拼装的板框式压滤机结构。该电解水装置从左到右包括阴极盖、阴极气体扩散层、阴极、胶体电解质以及其中的开孔毛细水管、阳极、阳极气体扩散层和阳极盖。使用时，这些部件都紧装配密封防止漏液。阴极盖和阳极盖上分别留有气体出口，分别接氢气和氧气储气罐。本发明解决了电解水的生产成本和规模化问题，通过使用胶体电解质膜，使电极间距离大幅度减小，降低了电解水的槽电压，因而降低了过程的能耗。

技术领域

本发明属于能源化工技术与装置领域，具体涉及一种胶体电解质膜以及电解水装置。

背景技术

电解水产生氢气和氧气是间歇式可持续自然能源，如太阳能发电技术的有力支持者。太阳能发电因时因地而异，具有致命的间歇性特点。使用电解水技术产生氢气，然后在氢燃料电池中发电或者直接燃烧获得热能，可以在太阳能发电时储存能量，然后在没有太阳能时继续供电或供热，因此是一种可以补足太阳能间歇性的能量削峰填谷技术。

到目前为止，已有很多的研究关注如何方便便宜地电解水。工业化生产装置已经可以做到5kWh/Nm³H₂，能量转换效率可达到60％以上。和所有的电化学装置一样，电解水需要两个电极——阳极和阴极，同时还需要一种电解液；所有这些被包装于一个盒子里以阻止外界的损害。使用时，只需添加纯净水(去离子水)并通电即可。根据电解液的pH值，可分为酸性和碱性水电解器。

一般地，酸性电解液使得电极难以制备，因为许多金属电极溶于酸。因此，电解水装置大多使用碱性电解液。电解液通常呈液态，而且两个电极被浸入液体中；为了保证电解产生的氢气和氧气不致混合，电极之间还用隔膜分离开来。这种结构带来的问题有：(1)电极必须竖置，否则电解液不能使电极没入其中，造成气体产量下降；(2)电极浸入电解液使得电解过程产生的气泡在液体中形成，导致电极上附着大量的气泡，造成电极可利用面积下降，也会降低电解装置的产能，甚至损坏电解装置。因此，需要一种技术避免这些问题。

近几十年来，发展了一种新的电解水技术，即固体聚合物电解质(SPE)技术。该技术使用聚合物电解质膜(通常是全氟磺酸质子交换膜)，阴阳极被装配于膜的两边，使电极距离大大缩短，电流密度因此也得到了较大的提升。这类装置已得到了应用，但因为全氟磺酸质子交换膜价格过高，应用并不普遍。

发明内容

本发明提供一种胶体电解质膜以及电解水装置，以吸水性物质制备的胶体电解质替代全氟磺酸质子交换膜，其价格低有望能得到广泛的应用，并使电解水装置小型化。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种胶体电解质膜，由吸水性物质制备。

优选的，所述胶体电解质膜的具体制作步骤为：在电解质溶液中加入吸水性树脂，搅拌使之成为粘稠不流动的浆料。

优选的，所述吸水性树脂为任意对强碱稳定的吸水性树脂，或具有一定聚合度的硅酸盐。

优选的，所述电解质为碱性电解质。

一种使用上述胶体电解质膜的电解水装置，其特征在于，该装置具有板框式压滤机结构，从左至右依次为阴极盖、阴极气体扩散层、阴极、胶体电解质膜、阳极、阳极气体扩散层和阳极盖；所述阴极盖和阳极盖上分别设有氢气出口和氧气出口；所述胶体电解质膜内设置若干开微细孔的毛细水管。

进一步的，所述胶体电解质膜的厚度不超过10mm。

进一步的，所述阴极气体扩散层、阳极气体扩散层均由疏水性聚合物制成。

进一步的，所述阴极、阳极的集流体为对碱稳定的具有通透孔的多孔导电体。

进一步的，所述毛细水管通过管路连接补水器。