[发明专利]一种电氧化及析氢装置及应用

说明书

本发明提供了一种电氧化及析氢装置，包括集流体、气体扩散电极及两个流场板，所述气体扩散电极位于两流场板之间，所述气体扩散电极包括阳极、阴极及聚合物电解质膜；所述阳极是将阳极电催化剂和粘结剂涂覆到碳纸表面而形成；所述阴极是将阴极电催化剂和粘结剂涂覆到碳纸表面而形成；所述气体扩散电极由所述阳极、所述聚合物电解质膜及所述阴极依次叠放再热压而成，所述流场板的阳极侧中通入低碳烷烃或低碳烯烃。该电氧化及析氢装置在氢气制备过程中能量效率高。

技术领域

本发明涉及一种电氧化及析氢装置及应用，属于电解技术领域。

背景技术

电氧化及析氢装置常用于电解水制备高纯氢气，在充满电解液的电解槽中通入直流电，水分子在电极上发生电化学反应，在酸性条件下，阳极产生氧气，阴极产生氢气。与天然气重整制氢相比，水电解制氢技术不会产生CO杂质，因而更适用于氢气的下一步燃料电池电化学转换，利用水电解技术大规模制备高纯氢气具有广阔的应用前景。但是由于氢析出反应缓慢，传统的水电解反应需要较大的槽压(1.5V)来加快氢析出反应，导致在氢气制备过程中能量效率较低，而且阳极侧产生的氧气产物商业价值不大。

发明内容

本发明提供了一种电氧化及析氢装置及应用，可以有效解决上述问题。

本发明是这样实现的：

一种电氧化及析氢装置，包括集流体、气体扩散电极及两个流场板，所述气体扩散电极位于两流场板之间，所述气体扩散电极包括阳极、阴极及聚合物电解质膜；所述阳极是将阳极电催化剂和粘结剂涂覆到碳纸表面而形成；所述阴极是将阴极电催化剂和粘结剂涂覆到碳纸表面而形成；所述气体扩散电极由所述阳极、所述聚合物电解质膜及所述阴极依次叠放再热压而成，所述流场板的阳极侧中通入低碳烷烃或低碳烯烃。

作为进一步改进的，所述阳极电催化剂为Pt基催化剂。

作为进一步改进的，所述Pt基催化剂的合金元素选自铂、钌、铑、钯、铱、金、镍、铁、锰、钴、铜、铬、锡、镧、铈、钐、铽、镝或铥。

作为进一步改进的，所述聚合物电解质膜选自Nafion膜、PBI膜或氧化物质子导体膜。

作为进一步改进的，所述粘结剂选自Nafion、PBI、离子液体、焦磷酸复合电解质、氧化物质子导或者碱性离子交换膜粘结剂。

作为进一步改进的，所述低碳烷烃或低碳烯烃选自甲烷、乙烷、丙烷或丙烯。

作为进一步改进的，所述阳极电催化剂和粘结剂的质量比为1：0.3～0.9。

作为进一步改进的，所述阴极电催化剂为碳载铂催化剂。

作为进一步改进的，所述Pt基催化剂在阳极上的载量为1～5mgPt/cm²。

一种应用上述的电氧化及析氢装置的电解方法，其特征在于，所述电解的温度为60～400℃，电解池工作槽压为0.3～1.4V，操作压力为0.1～10Mpa。

本发明的有益效果是：

本发明的电氧化及析氢装置实现了在槽压低于1.5V时，电解的电流密度可达333mA/cm²，在相较于传统水电解技术较低的槽压下进行电解，能量转化效率较高。

本发明的电氧化及析氢装置的阳极反应包括甲烷氧化制甲醇，乙烷氧化制乙酸，丙烷氧化制乳酸以及丙烯氧化制丙烯酸与乳酸，可以将低碳烃类转化为具有附加值的产物，具有极大的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。