CN216386866U - 一种电解制氢碱液的评价装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于电解水制氢技术领域，公开了一种电解制氢碱液的评价装置，包括模拟电解槽、阴极碱液储罐、阴极碱液循环泵、阳极碱液储罐、阳极碱液循环泵和直流电源；模拟电解槽包括依次相连接的阴极板、阴极网、隔膜、阳极网和阳极板，阴极碱液储罐的入口与阴极板的碱液出口相连，阴极碱液储罐的出口经阴极碱液循环泵与阴极板的碱液入口相连；阳极碱液储罐的入口与阳极板的碱液出口相连，阳极碱液储罐的出口经阳极碱液循环泵与阳极板的碱液入口相连；阴极板的顶部设有负极接线柱，阳极板的顶部设有正极接线柱；直流电源的正极与正极接线柱相连，负极与负极接线柱相连。弥补了现有工业电解制氢系统运行过程中无法对碱液性状进行定量评价的问题。
Description
技术领域
本实用新型属于电解水制氢技术领域，具体涉及一种电解制氢碱液的评价装置。
背景技术
氢气以其绿色低碳、高效、可储存和运输等优点，被视为最理想的能源载体。利用风电、光伏等可再生能源电解水制氢是未来氢气最重要的生产方式之一。目前，电解水制氢技术主要有碱性电解水制氢、固体聚合物电解水制氢和固体氧化物电解水制氢，由于碱性电解水制氢技术相对成熟、设备制造成本较低、单台设备规模较大，因此，是当前主要采用的电解水制氢技术。
碱性电解水制氢的电解液通常采用30％的氢氧化钾，运行时碱液的温度达到70-90℃，长时间运行会对极板、管路产生一定的腐蚀，一方面会影响设备本体，另一方面由于碱液中带入杂质，导致性状改变，影响碱液的电解反应过程。目前，尚无对电解制氢碱液的检测和评价方法，工业生产过程中，通常对碱液的密度进行监测，以适当补充损失的碱，但实际上，碱液性状的变化对电解过程的影响未得到关注。单独对碱液性状的检测和评价对于分析电解制氢系统的运行状态、有针对性的调节系统参数以及运行维护有重要帮助。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种电解制氢碱液的评价装置，解决了现有工业电解制氢系统运行过程中无法对碱液性状进行定量评价的问题。
本实用新型是通过以下技术方案来实现：
一种电解制氢碱液的评价装置，包括模拟电解槽、阴极碱液储罐、阴极碱液循环泵、阳极碱液储罐、阳极碱液循环泵和直流电源；
模拟电解槽包括依次相连接的阴极板、阴极网、隔膜、阳极网和阳极板，阴极板和阳极板上均开有碱液出口和碱液入口；
阴极碱液储罐的入口与阴极板的碱液出口相连，阴极碱液储罐的出口经阴极碱液循环泵与阴极板的碱液入口相连；
阳极碱液储罐的入口与阳极板的碱液出口相连，阳极碱液储罐的出口经阳极碱液循环泵与阳极板的碱液入口相连；
阴极板的顶部设有负极接线柱，阳极板的顶部设有正极接线柱；直流电源的正极与正极接线柱相连，负极与负极接线柱相连，且直流电源用于监测阴极板和阳极板间的工作电压。
进一步，阴极板的中部开有凹槽，凹槽内部设有若干个凸起，阴极网安装在凹槽内。
进一步，阳极板的中部开有凹槽，凹槽内部设有若干个凸起，阳极网安装在凹槽内。
进一步，凸起的高度低于凹槽边缘。
进一步，碱液入口设置在阳极板和阴极板的下侧，碱液出口设置在阳极板和阴极板的上侧。
进一步，阴极板和阳极板的四周开有螺栓孔，阴极板和阳极板通过螺栓固定连接。
进一步，阴极网和阳极网为矩形镍网。
进一步，隔膜的中部材质为聚苯硫醚编织布，四周材质为聚四氟乙烯。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：
本实用新型公开了一种电解制氢碱液的评价装置，包括模拟电解槽、碱液储罐、碱液循环泵和直流电源，分别将新配制的碱液与废碱液置于碱液储罐中进行循环，同时接通直流电源进行电解制氢，通过对比稳定后的电压值等，能够离线对碱性电解液的电化学性状进行检测，模拟了碱性电解制氢的真实过程，能够充分反映电解液的实际工作性状，同时，检测过程取样量小，周期短，操作简单。本实用新型的装置能够定量地评价电解液对实际电解过程的影响，并判断是否需要更换碱液，弥补了现有工业电解制氢系统运行过程中无法对碱液性状进行定量评价的问题，对工业应用具有实际指导意义；该装置结构简单，易推广应用。
附图说明
图1为本实用新型的一种电解制氢碱液的评价装置的结构示意图；
图2为本实用新型的模拟电解槽的结构示意图。
其中，1为模拟电解槽，2为阴极碱液储罐，3为阴极碱液循环泵，4为阳极碱液储罐，5为阳极碱液循环泵，6为直流电源；
11为阴极板，12为阴极网，13为隔膜，14为阳极网，15为阳极板，16为负极接线柱，17为正极接线柱。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1所示，本实用新型公开了一种电解制氢碱液的评价装置，包括模拟电解槽1、阴极碱液储罐2、阴极碱液循环泵3、阳极碱液储罐4、阳极碱液循环泵5和直流电源6，阴极碱液储罐2和阴极碱液循环泵3设置在模拟电解槽1的阴极侧，阳极碱液储罐4和阳极碱液循环泵5设置在模拟电解槽1的阳极侧。
如图2所示，模拟电解槽1包括依次相连接的阴极板11、阴极网12、隔膜13、阳极网14和阳极板15，阴极板11和阳极板15的上侧开有碱液出口，下侧开有碱液入口。
如图1所示，阴极碱液储罐2的入口与阴极板11的碱液出口相连，阴极碱液储罐2的出口与阴极碱液循环泵3的入口相连；阴极碱液循环泵3的出口与阴极板11的碱液入口相连；
阳极碱液储罐4的入口与阳极板15的碱液出口相连，阳极碱液储罐4的出口与阳极碱液循环泵5的入口相连，阳极碱液循环泵5的出口与阳极板15的碱液入口相连。
阴极板11的顶部设有负极接线柱16，阳极板15的顶部设有正极接线柱17；直流电源6的正极与正极接线柱17相连，负极与负极接线柱16相连，且直流电源6用于监测阴极板11和阳极板15间的工作电压。
具体地，阴极板11和阳极板15的中部为矩形凹槽，凹槽内部为圆柱形凸起，圆柱形凸起的高度低于凹槽边缘，高度差等于阴极网12和阳极网14的厚度。
碱液出口和碱液入口绕开凹槽布设。
阴极板11和阳极板15的四周开有螺栓孔，通过螺栓将阴极板11和阳极板15固定连接。
阴极网12和阳极网14为矩形镍网，镍网尺寸与阴极板11和阳极板15中部矩形凹槽的尺寸相同；
更优地，隔膜13由两部分组成，中部为聚苯硫醚编织布，四周为聚四氟乙烯塑料。
所述电解制氢碱液的评价装置的使用方法，该方法是利用所述系统实现的，所述方法包括如下步骤：
1)配制氢氧化钾溶液，分别置于阴极碱液储罐2和阳极碱液储罐4中；
2)开启阴极碱液循环泵3和阳极碱液循环泵5，阴极碱液储罐2中的碱液由阴极板11的碱液入口流入，在模拟电解槽1中电解后，由阴极板11的碱液出口流回至阴极碱液储罐2；同时，阳极碱液储罐4的碱液由阳极板15的碱液入口流入，在模拟电解槽1中电解后，由阳极板15的碱液出口流回至阳极碱液储罐4；
3)启动直流电源6，调节电流密度至设定值，开始制氢过程；
4)监测电压随时间的变化，电压稳定后，继续反应10min，记录10min内电压的平均值VF1；
5)关闭直流电源6和碱液循环泵，将阴极碱液储罐2和阳极碱液储罐4中的碱液排出，更换为纯水；
6)开启阴极碱液循环泵3和阳极碱液循环泵5，对电解槽及管路进行冲洗，并重复纯水清洗过程，重复清洗至水溶液的pH为7-8；
7)将阴极碱液储罐2和阳极碱液储罐4中的纯水排出，更换为从工业碱性电解槽中取得的废碱液；
8)开启阴极碱液循环泵3和阳极碱液循环泵5，开启直流电源6，调节电流密度至设定值，开始制氢过程；
9)直流电源6实时监测电压随时间的变化，电压稳定后，继续反应10min，记录10min内电压的平均值VF2；
10)计算VF2/VF1，当VF2/VF1≥1.1时，表明继续使用碱液进行制氢，能耗明显增加，需要对制氢系统的碱液进行更换；当VF2/VF1＜1.1时，表明制氢系统的碱液还可以正常使用。
步骤1)中，碱液的浓度与步骤7)中工业碱性电解槽中初始碱液的浓度相同，氢氧化钾的质量浓度为20％-30％。
步骤3)和步骤8)的电流密度相同，电流密度为50mA/cm2-200mA/cm2。
步骤4)和步骤9)中，电压稳定时，电压变化值≤5mV/min。
Claims (8)
1.一种电解制氢碱液的评价装置，其特征在于，包括模拟电解槽(1)、阴极碱液储罐(2)、阴极碱液循环泵(3)、阳极碱液储罐(4)、阳极碱液循环泵(5)和直流电源(6)；
模拟电解槽(1)包括依次相连接的阴极板(11)、阴极网(12)、隔膜(13)、阳极网(14)和阳极板(15)，阴极板(11)和阳极板(15)上均开有碱液出口和碱液入口；
阴极碱液储罐(2)的入口与阴极板(11)的碱液出口相连，阴极碱液储罐(2)的出口经阴极碱液循环泵(3)与阴极板(11)的碱液入口相连；
阳极碱液储罐(4)的入口与阳极板(15)的碱液出口相连，阳极碱液储罐(4)的出口经阳极碱液循环泵(5)与阳极板(15)的碱液入口相连；
阴极板(11)的顶部设有负极接线柱(16)，阳极板(15)的顶部设有正极接线柱(17)；直流电源(6)的正极与正极接线柱(17)相连，负极与负极接线柱(16)相连，且直流电源(6)用于监测阴极板(11)和阳极板(15)间的工作电压。
2.根据权利要求1所述的一种电解制氢碱液的评价装置，其特征在于，阴极板(11)的中部开有凹槽，凹槽内部设有若干个凸起，阴极网(12)安装在凹槽内。
3.根据权利要求1所述的一种电解制氢碱液的评价装置，其特征在于，阳极板(15)的中部开有凹槽，凹槽内部设有若干个凸起，阳极网(14)安装在凹槽内。
4.根据权利要求2或3所述的一种电解制氢碱液的评价装置，其特征在于，凸起的高度低于凹槽边缘。
5.根据权利要求1所述的一种电解制氢碱液的评价装置，其特征在于，碱液入口设置在阳极板(15)和阴极板(11)的下侧，碱液出口设置在阳极板(15)和阴极板(11)的上侧。
6.根据权利要求1所述的一种电解制氢碱液的评价装置，其特征在于，阴极板(11)和阳极板(15)的四周开有螺栓孔，阴极板(11)和阳极板(15)通过螺栓固定连接。
7.根据权利要求1所述的一种电解制氢碱液的评价装置，其特征在于，阴极网(12)和阳极网(14)为矩形镍网。
8.根据权利要求1所述的一种电解制氢碱液的评价装置，其特征在于，隔膜(13)的中部材质为聚苯硫醚编织布，四周材质为聚四氟乙烯。
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