CZ2013794A3 - Elektrolyzér pro výrobu vodíku - Google Patents
Elektrolyzér pro výrobu vodíku Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2013794A3 CZ2013794A3 CZ2013-794A CZ2013794A CZ2013794A3 CZ 2013794 A3 CZ2013794 A3 CZ 2013794A3 CZ 2013794 A CZ2013794 A CZ 2013794A CZ 2013794 A3 CZ2013794 A3 CZ 2013794A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- electrolyzer
- partition
- plate
- working electrodes
- hydrogen
- Prior art date
Links
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 13
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 13
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 6
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 6
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 claims abstract 4
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 10
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 7
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 239000002585 base Substances 0.000 description 3
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000008044 alkali metal hydroxides Chemical class 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 229910001854 alkali hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000003411 electrode reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical group 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- HBVFXTAPOLSOPB-UHFFFAOYSA-N nickel vanadium Chemical compound [V].[Ni] HBVFXTAPOLSOPB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Landscapes
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
Elektrolyzér pro výrobu vodíku, zahrnující pracovní elektrody oddělené přepážkou (10), které jsou uspořádány v plášti (1), jenž má pracovní elektrody, tvořené soustavou deskových anod (2) a soustavou deskových katod (3), které jsou uspořádány kolmo vůči přepážce (10), přičemž přepážka (10) je ve své spodní části opatřena kanály (8), ve kterých jsou uspořádány držáky (16) s membránami (4).
Description
Vynález se týká elektrolyzéru určeného pro výrobu vodíku, zahrnujícího anody a katody oddělané přepážkou, které jsou uspořádány v plášti.
Dosavadní stav techniky
Elektrolýza je proces, při kterém stejnosměrný proud při průchodu vodným roztokem štěpí chemickou vazbu mezi vodíkem a kyslíkem:
2H2O - 2H2 + O2
H+ poté reaguje na katodě za vzniku plynu, který je jímán a následné skladován. Proces elektrolýzy probíhá za pokojových teplot a pro jeho chod je nutná pouze elektrická energie. Tímto způsobem jsou vyrobena asi 4 % z celkové světové produkce vodíku. Elektrolyzér je chemický reaktor sestávající z nádoby, nejméně dvou elektrod a elektrolytu. Vlivem vnějšího napětí protéká elektrolytem elektrický proud a dochází k elektrochemickým reakcím na elektrodách. Elektrolyzér bývá většinou vybaven zařízením pro míchání elektrolytu, regulátorem teploty a tlaku, proudovými přívody apod. Elektrolyzér s přepážkou, která odděluje anodu od katody, se používá pro v širokém rozsahu pro výrobu plynů pomocí elektrolýzy. Jedna z důležitých součástí elektrolyzéru je membrána její úlohou je zamezit míchání produktů elektrolýzy a bránit tak nežádoucím reakcím mezi nimi. Pokud má membrána zabránit průchodu plynů, musí mít její póry menší průměr než je průměr nejmenších bublinek plynu. Membránou by mohly procházet i větší bublinky plynu za předpokladu, že by rozdíl tlaků na obou jejích stranách překonal kapilární síly v pórech. Pro dosažení co nejvyšších energetických výtěžků je podmínkou, aby celkové napětí na elektrolyzéru co nejméně převyšovalo rovnovážné rozkladné napětí elektrodové reakce, to jest, aby přepětí na elektrodách i při dostatečně vysokých proudových hustotách bylo co nejmenší. Obvykle je na elektrodu, jejímž základním materiálem je například nikl, železo nebo mosaz, v galvanické lázni, v níž byla dispergována slitina obsahující katalyticky účinný kov, například nikl a katalyticky neúčinný kov například hliník o velkosti zrna 1 až 100 pm, vyloučen kovový povlak, z něhož se katalyticky neúčinný kov vyloučí roztokem alkalického hydroxidu.
Podstata vynálezu
Cílem tohoto vynálezu je navrhnout elektrolyzér pro výrobu vodíku, jehož 'tj čistota by přibližovala čistotě plynu, kde by nečistoty tvořily maximálně 5^/o z celkových 100 % a jeho účinnost by dosahovala hodnot mezi 90 až 95 %.
Vynález řeší elektrolyzér pro výrobu vodíku, zahrnující pracovní elektrody oddělené přepážkou, které jsou uspořádány v plášti, jehož podstata spočívá v tom, že má pracovní elektrody, tvořené soustavou deskových anod a soustavou deskových katod, které jsou uspořádány kolmo vůči přepážce, přičemž přepážka je ve své spodní části opatřena kanály, ve kterých jsou uspořádány držáky s membránami.
Otočením pracovních elektrod, tvořených soustavou deskových katod a anod, které jsou uspořádány kolmo k přepážce, má za důsledek zvětšení aktivního povrchu pracovních elektrod. Takováto konstrukce má výhodu vtom, že se nemusí složitě propojovat jednotlivé katody a nody a dále oddělovat tyto prostory membránami.
Je výhodné jsou-li kanály uspořádány maximálně do 1/3 výšky přepážky.
Další výhody elektrolyzéru podle tohoto vynálezu jsou:
• Snížení ztrát celého systému až o 40 %;
• Zmenšení velikosti samotného elektrolyzéru, až o polovinu;
• Minimalizace přítomnosti vodních pár ve vyrobeném plynu;
• Na základě tvaru kanálu zvýšení čistoty vyrobeného plynu až 99 %;
• Snížení investičních nákladů o 70 % oproti stávajícím elektrolyzérům;
• Jednoduchá výroba;
• Rychlá instalace zařízení;
• Jednoduchá obsluha;
- Přehled obrázků na výkresech
- 3 ' ........... , ....
> i 9 9 ’ * t · » · *
Předkládaný vynález bude osvětlen pomocí výkresu, na kterém obr. 1 znázorňuje uspořádání anod a katod oddělených přepážkou, obr. 2 znázorňuje pohled na elektrolyzér v řezu A-A, obr. 3 znázorňuje plášť s naznačením vstupem a výstupem chladících okruhů anodového okruhu, obr. 4 znázorňuje pohled na přepážku opatřenou soustavou kanálů, obr. 5 pohled na přepážku v řezu B-B a obr. 6 znázorňuje detail kanálu s držákem membrány.
y ' Příkladné!provedení vynálezu
Podstata vynálezu bude osvětlena na příkladném provedení elektrolyzéru s přepážkou určeného pro výrobu vodíku.
Jak je patrné z obr. 1 a obr. 2 pracovní elektrody elektrolyzéru tvoří soustava deskových anod 2 a katod 3. Základní materiál elektrod tvoří difúzní uhlíkový materiál o čistotě 99,9 %. Uhlíkový materiál, z něhož jsou vytvořeny elektrody, je zhotoven postupnou karbonizací, aby došlo k vytvoření houbovitého povrchu (difúzního povrchu). Na takto zhotovené elektrody se pomocí vakuového nanášení kovů nanese vrstva niklu o síle 2 pm, která představuje na jednu elektrodu 0,01 % hmotnostních z celkové hmotnosti elektrody. Dále se na tuto vrstvu vakuově nanese další vrstva vanadu o čistotě přibližně 100 %. Tato vrstva má tloušťku 0,01 pm a představuje na jednu elektrodu 0,001 % hmotnostních z celkové hmotnosti elektrody. Takto dostaneme elektrody, kde základní materiál je uhlík s povrchem nikl-vanad. Tímto způsobem vzniknou elektrody, které jsou porézní a netečné vůči elektrolytu 9. Použitý elektrolyt 9 je tvořen roztokem hydroxidů alkalických kovů, například KOH a chemicky čisté vody, jejíž čistota se blíží 99,9 %.
Pracovní elektrody tvoří výše popsaná soustava deskových anod 2 a katod 3, jež jsou uspořádány vůči sobě v odstupu na svornících 5, přičemž vzdálenosti mezi nimi jsou vymezeny prostřednictvím distančních podložek 13 požadované tloušťky, s výhodou 5 mm. Následně jsou na svornících 5 staženy pomocí matic 12 způsobem, že tvoří jeden celek. Takto vytvořené pracovní elektrody jsou orientovány kolmo vůči kanálům 8. Kolmé uspořádání pracovních elektrod umožňuje urychlení vývinu plynu na svém povrchu. Dále jsou v kanálech 8 uspořádány držáky 16 membrány 4, přičemž jak kanály 8, tak držáky 16 mají v půdorysném řezu shodný tvar.
» * e » ♦ «
Držák 16 znázorněný na obr. 5 a 6 je tvořen dvěma bloky, které mají v půdorysném řezu tvar kruhu, přičemž jejich tvar také může mít v půdorysném řezu tvar čtyřúhelníku nebo trojúhelníku nebo víceúhelníku. V těchto blocích jsou vytvořeny trychtýřové otvory, přičemž membrána 4 je uchycena mezi tyto bloky v místě válcových částí otvorů, přičemž válcové části mají s výhodou v půdorysném řezu kruhovitý tvar. A oba bloky jsou vzájemně spojeny pomocí svorníků 5 a matic
12. Membrána 4 odděluje prostory anody 2 a katody 3 s cílem docílit vysoké čistoty vyrobených plynů, která se blíží hodnotě až 99,99999 % čistoty. Membránu 4 tvoří polymerní materiál, například fólie z polyvinylchloridu, která má maximální tloušťku 0,1 pm, přičemž na povrchu membrány 4 je nanesen elektrostaticky teflon ve formě prášku o zrnitostí 0,1 milimetrů.
Obr. 3 znázorňuje plášť 1, jejž tvoří nádoba zhotovená z libovolného nevodivého materiálu, který je netečný k elektrolytu 9 a produktům elektrolýzy. Plášť 1 je dále opatřen víkem 11. Jak je patrné z obr. 1 a obr. 4 jsou pracovní prostory anody 2 a katody 3 rozděleny přepážkou 10, v níž jsou kanály 8, ve kterých jsou upevněny držáky 16 s membránou 4. Tato přepážka 10 odděluje pracovní prostory anody 2 a katody 3. Víko 11 je dále opatřeno otvory (na obr. nejsou zakresleny) pro odebírání plynného vodíku a kyslíku, které jsou uspořádány jak prostoru anody 2, tak z prostoru katody 3.
Průmyslová využitelnost
Elektrolyzér lze využít pro výrobu vodíku.
- 5 Seznam vztahových značek plášť anoda katoda membrána svorník vstup chladícího okruhu do anodového prostoru výstup chladícího okruhu z anodového prostoru kanál elektrolyt přepážka víko matice disteční podložka držák membány trychtýřové otvory držák
Claims (3)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Elektrolyzér pro výrobu vodíku, zahrnující pracovní elektrody oddělené přepážkou (10), které jsou uspořádány v plášti (1), vyznačující se tím, že má pracovní elektrody, tvořené soustavou deskových anod (2) a soustavou deskových katod (3), které jsou uspořádány kolmo vůči přepážce (10), přičemž přepážka (10) je ve své spodní části opatřena kanály (8), ve kterých jsou uspořádány držáky (16) s membránami (4).
- 2. Elektrolyzér určený pro výrobu vodíku, podle nároku 1, vyznačující se tím, že kanály (8) jsou uspořádány maximálně do 1/3 výšky přepážky (10).
- 3. Elektrolyzér určený pro výrobu vodíku, podle nároků fhebo 2, vyznačující seA tím, že soustava deskových anod (2) a soustava deskových katod (3) jsou uspořádány v odstupu vůči sobě na svornících (12), přičemž vzdálenosti mezi nimi jsou vymezeny prostřednictvím distančních podložek (13) o tloušťce od 1 do 6 mm.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2013-794A CZ2013794A3 (cs) | 2013-10-15 | 2013-10-15 | Elektrolyzér pro výrobu vodíku |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2013-794A CZ2013794A3 (cs) | 2013-10-15 | 2013-10-15 | Elektrolyzér pro výrobu vodíku |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ304861B6 CZ304861B6 (cs) | 2014-12-10 |
| CZ2013794A3 true CZ2013794A3 (cs) | 2014-12-10 |
Family
ID=52017820
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2013-794A CZ2013794A3 (cs) | 2013-10-15 | 2013-10-15 | Elektrolyzér pro výrobu vodíku |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ2013794A3 (cs) |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004058006A (ja) * | 2002-07-31 | 2004-02-26 | First Ocean Kk | 電解水製造方法 |
| WO2005005981A2 (en) * | 2003-07-10 | 2005-01-20 | Stichting Wetsus Centre For Sustainable Water Technology | Bio-electrochemical process for producing hydrogen |
| US7491453B2 (en) * | 2004-07-14 | 2009-02-17 | The Penn State Research Foundation | Bio-electrochemically assisted microbial reactor that generates hydrogen gas and methods of generating hydrogen gas |
| JP5361325B2 (ja) * | 2008-10-17 | 2013-12-04 | 有限会社スプリング | 溶存水素飲料水の製造装置及びその製造方法 |
| US9534303B2 (en) * | 2009-04-30 | 2017-01-03 | GM Global Technology Operations LLC | High pressure electrolysis cell for hydrogen production from water |
| EP2804967B1 (en) * | 2012-01-16 | 2019-06-19 | Enlighten Innovations Inc. | Composite alkali ion conductive solid electrolyte |
-
2013
- 2013-10-15 CZ CZ2013-794A patent/CZ2013794A3/cs unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ304861B6 (cs) | 2014-12-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6483111B2 (ja) | アルカリ溶液の電解セル | |
| AU2013334007B2 (en) | Electrolysis cell of alkali solutions | |
| AU2014298623B2 (en) | Electrolytic enrichment method for heavy water | |
| US9873951B2 (en) | High pressure electrochemical cell and process for the electrochemical reduction of carbon dioxide | |
| EP3228731B1 (en) | Oxygen-generating anode | |
| US9175410B2 (en) | Oxygen gas diffusion cathode, electrolytic cell employing same, method of producing chlorine gas and method of producing sodium hydroxide | |
| JP2000104189A (ja) | 過酸化水素の製造方法及び製造用電解槽 | |
| CN104364425A (zh) | 双极式碱性水电解单元和电解槽 | |
| JP6954561B2 (ja) | 有機ハイドライド製造装置 | |
| CN107075700A (zh) | 有机氢化物制造装置及使用其的有机氢化物的制造方法 | |
| US9562294B2 (en) | Alternative installation of a gas diffusion electrode in an electrochemical cell having percolator technology | |
| GB2508795A (en) | Electrolysis electrocatalyst comprising palladium and iridium | |
| Hnát et al. | Hydrogen production by electrolysis | |
| TW201317398A (zh) | 利用框型骨架為界限的金屬電解冶金電解池之陽極室及其電化電解池 | |
| JP2018513276A (ja) | 電極アセンブリ、電極構造体及び電解槽 | |
| WO2020105369A1 (ja) | 水素製造方法 | |
| US5607562A (en) | Electrolytic ozone generator | |
| JPWO2018139597A1 (ja) | 電解槽、電解装置、電解方法 | |
| JP2016014176A (ja) | アンモニア電解合成装置 | |
| CZ2013794A3 (cs) | Elektrolyzér pro výrobu vodíku | |
| JP4115686B2 (ja) | 電極構造体及び該構造体を使用する電解方法 | |
| JPH11172484A (ja) | ガス拡散電極構造体とその製造方法 | |
| JP2019510885A (ja) | クロルアルカリ電気分解用の二機能性電極および電気分解デバイス | |
| EP4495293A1 (en) | Organic hydride manufacturing device | |
| JPH08323154A (ja) | 重水素の濃縮方法及び装置 |