一种电解水制氢方法以及PEM电解槽与流程

一种电解水制氢方法以及pem电解槽
技术领域
1.本发明涉及电解水制氢技术领域，特别是涉及一种电解水制氢方法以及pem电解槽。


背景技术：

2.如图1所示，为现有技术中的pem电解槽以及电解水制氢的方式，在电解时，在阳极电解小室12通入水，部分水被分解为氧气和质子，氧气和剩余的水一起排出阳极电解小室12，质子通过质子交换膜2到达阴极电解小室11被还原成氢气，氢气从阴极电解小室11排出。上述的以向阳极电解小室12供水，阴极电解小室11高压排出氢气的方式中，需要解决阴极电解小室11的高压氢气向阳极电解小室12渗透，而导致阳极电解小室12的氧气中氢气的含量过高产生的安全隐患，需要采用很厚的质子交换膜2，以进行阻隔，较厚的质子交换膜2导致内部阻抗升高，电解槽能量转化效率下降。


技术实现要素：

3.针对上述存在的技术问题，本发明的第一个目的是：提出了一种电解水制氢的方法，能够有效阻止氢气向阳极室渗透，且能够通过稀释的方式降低阳极室的气体中的氢气含量，电解水制氢过程安装可靠，且可以采用较薄的质子交换膜，以有效提高电解效率。
4.为实现上述目的，本发明的技术解决方案是这样实现的：一种电解水制氢方法，其使用pem电解槽对水进行电解；所述pem电解槽包括容纳阳极的阳极室、容纳阴极的阴极室、划分阳极室和阴极室的质子交换膜；所述方法包括如下工序：
5.向阴极室供应水的供水工序，以及向阳极室供应稀释气体的气体稀释工序。
6.进一步的，在气体稀释工序中，在单位时间内，向阳极室供应的稀释气体的质量与阳极室生成的氧气的质量具有设定比例。
7.进一步的，在气体稀释工序中，氧气和稀释气体混合排出。
8.进一步的，所述稀释气体为空气、氮气或二氧化碳。
9.本发明的第二个目的是：提出了一种pem电解槽，以能够使用上述的电解水制氢方法进行制氢作业。
10.为实现上述目的，本发明的技术解决方案是这样实现的：一种pem电解槽，包括容纳阳极的阳极室、容纳阴极的阴极室、划分阳极室和阴极室的质子交换膜；所述pem电解槽还包括用于向阴极室供应水的进水通道、用于向阳极室供应稀释气体的稀释气体进入通道。
11.进一步的，所述pem电解槽还包括用于输出在阴极室生成的氢气的氢气排出通道。
12.进一步的，所述pem电解槽还包括用于输出氧气和稀释气体的混合气体的混合气体排出通道。
13.进一步的，所述稀释气体为空气、氮气或二氧化碳。
14.进一步的，所述pem电解槽还包括与阴极室连通的排水通道。
15.由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
16.本发明的电解水制氢的方法中，通过向阴极室进行供水以及向阳极室中供应空气等稀释气体的方式，一方面阴极室氢气的排出不用很高的压力，以能够有效阻止氢气向阳极室渗透。另一方面，即使存在部分氢气渗透至阳极室，因为阳极室不用供应水，所以可以向阳极室供应气体进行稀释，以通过稀释的方式降低阳极室的气体中的氢气含量，确保电解水制氢过程安装可靠，同时可以采用较薄的质子交换膜，以有效提高电解效率。在上述的基础上，本发明的pem电解槽亦具有上述效果。
附图说明
17.下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
18.图1为背景技术中的电解槽的结构示意图；
19.图2为本发明的pem电解槽的结构示意图；
20.其中：1、阴极电解小室；12、阳极电解小室；2、质子交换膜；31、阴极室；32、阳极室；4、进水通道；5、稀释气体进入通道；6、氢气排出通道；7、混合气体排出通道。
具体实施方式
21.下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
22.如图2所示为本实施例所述的一种电解水制氢方法，其使用pem电解槽对水进行电解。该pem电解槽包括若干个电解小室。该电解小室为能够将水电解生成氢气和氧气的最小单元。电解小室的主体结构为现有技术的常规结构，具体的，该电解小室包括容纳阳极的阳极室32、容纳阴极的阴极室31、划分阳极室32和阴极室31的质子交换膜2。上述的各部件或结构均为现有技术，且能够进行电解水制氢的原理亦为现有技术，不作赘述。上述的阳极室32、阴极室31与背景技术中的阳极电解小室12、阴极电解小室1的功能、作用均相同，采用不同的名称只是为便于区分。
23.本实施例的方法包括如下工序：向阴极室31供应水的供水工序，以及向阳极室32供应稀释气体的气体稀释工序。通过上述方式，在整个电解水作业中，在阳极室32生成氧气以及在阴极室31形成氢气，阴极室31的氢气和剩余的水一起排出。
24.在气体稀释工序中，稀释气体进入阳极室32，以与氧气进行混合，氧气和稀释气体形成混合气体后，混合排出阳极室32。若存在部分氢气渗透至阳极室32的情况时，氢气、氧气以及稀释气体形成混合气体，混合排出阳极室32。
25.其中，在气体稀释工序中，在单位时间内，向阳极室32供应的稀释气体的质量与阳极室32生成的氧气的质量具有设定比例。通过对阳极室32中的氧气含量进行实时检测，以控制稀释气体进入阳极室32的速率，进而控制氧气和稀释气体的比例，以进一步控制进入阳极室32中的氢气的稀释效果，而不造成资源浪费。
26.本实施例中，上述的稀释气体为空气、氮气或二氧化碳，优选为空气。
27.上述的电解水制氢的方法中，通过向阴极室31进行供水以及向阳极室32中供应空气等稀释气体的方式，一方面阴极室31氢气的排出不用很高的压力，以能够有效阻止氢气向阳极室32渗透。另一方面，即使存在部分氢气渗透至阳极室32，因为阳极室32不用供应
水，所以可以向阳极室32供应气体进行稀释，以通过稀释的方式降低阳极室32的气体中的氢气含量，确保电解水制氢过程安装可靠，同时可以采用较薄的质子交换膜2，以有效提高电解效率。
28.对应上述的电解水制氢方法，前述的pem电解槽还包括用于向阴极室31供应水的进水通道4、用于向阳极室32供应稀释气体的稀释气体进入通道5、用于输出在阴极室31生成的氢气的氢气排出通道6、用于输出氧气和稀释气体的混合气体的混合气体排出通道7、与阴极室31连通的排水通道。阴极室31电解后剩余的水通过排水通道排出。本实施例中，可以将排水通道和氢气排出通道6合并形成一个通道。
29.在使用pem电解槽制氢中，通过进水通道4向阴极室31供应水，电解形成的氢气经由氢气排出通道6排出。电解过程中通过稀释气体进入通道5向阳极室32通入稀释气体，稀释气体、氧气、氢气等混合形成混合气体，再从混合气体排出通道7排出。
30.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。


技术特征：
1.一种电解水制氢方法，其使用pem电解槽对水进行电解；所述pem电解槽包括容纳阳极的阳极室、容纳阴极的阴极室、划分阳极室和阴极室的质子交换膜；其特征在于：所述方法包括如下工序：向阴极室供应水的供水工序，以及向阳极室供应稀释气体的气体稀释工序。2.根据权利要求1所述的一种电解水制氢方法，其特征在于：在气体稀释工序中，在单位时间内，向阳极室供应的稀释气体的质量与阳极室生成的氧气的质量具有设定比例。3.根据权利要求1所述的一种pem电解槽，其特征在于：在气体稀释工序中，氧气和稀释气体混合排出。4.根据权利要求1所述的一种pem电解槽，其特征在于：所述稀释气体为空气、氮气或二氧化碳。5.一种pem电解槽，包括容纳阳极的阳极室、容纳阴极的阴极室、划分阳极室和阴极室的质子交换膜；其特征在于：所述pem电解槽还包括用于向阴极室供应水的进水通道、用于向阳极室供应稀释气体的稀释气体进入通道。6.根据权利要求5所述的一种pem电解槽，其特征在于：所述pem电解槽还包括用于输出在阴极室生成的氢气的氢气排出通道。7.根据权利要求5所述的一种pem电解槽，其特征在于：所述pem电解槽还包括用于输出氧气和稀释气体的混合气体的混合气体排出通道。8.根据权利要求5所述的一种pem电解槽，其特征在于：所述稀释气体为空气、氮气或二氧化碳。9.根据权利要求5所述的一种pem电解槽，其特征在于：所述pem电解槽还包括与阴极室连通的排水通道。

技术总结
本发明公开了一种电解水制氢方法，其使用PEM电解槽对水进行电解；所述PEM电解槽包括容纳阳极的阳极室、容纳阴极的阴极室、划分阳极室和阴极室的质子交换膜；其特征在于：所述方法包括如下工序：向阴极室供应水的供水工序，以及向阳极室供应稀释气体的气体稀释工序。本发明能够有效阻止氢气向阳极室渗透，且能够通过稀释的方式降低阳极室的气体中的氢气含量，电解水制氢过程安装可靠，且可以采用较薄的质子交换膜，以有效提高电解效率。对应的，本发明还公开了一种使用电解水制氢方法进行制氢的PEM电解槽。PEM电解槽。PEM电解槽。


技术研发人员：曹朋飞 侯倩 山伯晋 杨大伟
受保护的技术使用者：苏州科润新材料股份有限公司
技术研发日：2023.07.28
技术公布日：2023/10/25