RU2211885C1 - Electrochemical facility - Google Patents

Electrochemical facility Download PDF

Info

Publication number
RU2211885C1
RU2211885C1 RU2002116105/12A RU2002116105A RU2211885C1 RU 2211885 C1 RU2211885 C1 RU 2211885C1 RU 2002116105/12 A RU2002116105/12 A RU 2002116105/12A RU 2002116105 A RU2002116105 A RU 2002116105A RU 2211885 C1 RU2211885 C1 RU 2211885C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
polymer electrolyte
solid polymer
end plates
electrochemical
sealing frames
Prior art date
Application number
RU2002116105/12A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002116105A (en
Inventor
А.А. Акимов
С.В. Алексеев
Ю.Н. Рогов
В.В. Школяренко
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "Луч"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "Луч" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "Луч"
Priority to RU2002116105/12A priority Critical patent/RU2211885C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2211885C1 publication Critical patent/RU2211885C1/en
Publication of RU2002116105A publication Critical patent/RU2002116105A/en

Links

Images

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)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

FIELD: production of oxygen and hydrogen by method of water electrolysis. SUBSTANCE: given electrochemical facility is of filter- press type. Electrochemical cells separated by plate 7 are located between end plates 1. Damping current taps 3, electrodes 4, 5 and solid polymer electrolyte 6 separating them are installed in sealing frames 2. Holes 12, 14, 16, 18 forming conduits 17, 19 to feed reagents and 13, 15 to discharge reaction products are made in end plates 1, sealing frames 2 and solid polymer electrolyte 6. Slit grooves 8, 9, 10, 11 reinforced with inserts 20 join electrode working zones with conduits 17, 19 to feed reagents and with conduits 13, 15 to discharge reaction products. Slit groove 8, 9, 10, 11 are made in sealing frames 2 and have width less than width of frame. EFFECT: decreased usage of materials and technological expenses. 3 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к электрохимическим устройствам фильтр-прессного типа и может быть использовано, например, для получения водорода и кислорода высокой чистоты методом электролиза воды. The invention relates to electrochemical devices of a filter-press type and can be used, for example, to produce hydrogen and oxygen of high purity by water electrolysis.

Известен электролизер фильтр-прессного типа, включающий концевые плиты, между которыми размещена, по крайней мере, пара электрохимических электрически последовательно соединенных ячеек, включающих токоотводы, электроды и разделяющий электроды твердополимерный электролит, образующие в сборе электродные рабочие зоны (Патент на изобретение 2041291, РФ, oпубл. 09.08.1995, МПК6 С 25 В 9/00. Электролизер). Электролизер содержит распределительное устройство для подачи реагентов и отвода продуктов реакции, размещенное между соседними электрохимическими ячейками.A filter-press type electrolyzer is known, including end plates, between which at least a pair of electrochemical electrically connected cells are located, including down conductors, electrodes and solid-polymer electrolyte separating electrodes, which form electrode work areas assembled (Patent for invention 2041291, RF, published 09.08.1995, IPC 6 25 V 9/00. Electrolyzer). The electrolyzer contains a distribution device for supplying reagents and removal of reaction products, placed between adjacent electrochemical cells.

Недостатком указанного электролизера являются сложность конструкции в целом и высокая металлоемкость элементов конструкции: токоотводов и распределительного устройства. The disadvantage of this cell is the complexity of the design as a whole and the high metal consumption of the structural elements: down conductors and switchgear.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому устройству является электрохимическое устройство фильтр-прессного типа, включающее концевые плиты, между которыми размещены, по крайней мере, пара уплотнительных рамок с установленными в них демпфирующими токоотводами и электродами и разделяющий электроды твердополимерный электролит, образующие в сборе электродные рабочие зоны. В концевых плитах, уплотнительных рамках и в твердополимерном электролите выполнены отверстия, образующие в сборе каналы для подачи реагентов и отвода продуктов реакции (Свидетельство на полезную модель 22308, РФ, oпубл. 20.03.2002, МПК7 С 22 В 9/00. Электрохимическое устройство).The closest technical solution to the claimed device is an electrochemical filter-press type device, including end plates, between which at least a pair of sealing frames with damping current collectors and electrodes installed in them and a solid polymer electrolyte separating the electrodes forming the electrode working zones . Openings are made in the end plates, sealing frames and in the solid polymer electrolyte, which form complete channels for supplying reagents and removing reaction products (Utility Model Certificate 22308, Russian Federation, publ. March 20, 2002, IPC 7 C 22 V 9/00. Electrochemical device )

Электродные рабочие зоны, анодная и катодная, соединены с соответствующими каналами для отвода продукта реакции и подачи реагента при помощи распределительных устройств, расположенных между концевыми плитами и соседними ячейками. Распределительные устройства включают разделительные пластины с соосными отверстиями и отверстиями для сообщения с анодом и катодом и эластичные прокладки из изоляционного материала, каждая с четырьмя окнами со щелевыми каналами, зажатые между разделительными пластинами или разделительными пластинами и концевыми плитами. The electrode working zones, the anode and cathode, are connected to the corresponding channels for the removal of the reaction product and the supply of the reagent by means of distribution devices located between the end plates and adjacent cells. Distribution devices include separation plates with coaxial holes and openings for communication with the anode and cathode and elastic gaskets of insulating material, each with four windows with slotted channels, sandwiched between the separation plates or separation plates and end plates.

Существенным недостатком описанной конструкции является ее недостаточная технологичность вследствие большого количества деталей и операций, применяемых при изготовлении и сборке элементов конструкции распределительных устройств и электрохимического устройства в целом. A significant drawback of the described design is its lack of manufacturability due to the large number of parts and operations used in the manufacture and assembly of structural elements of switchgears and the electrochemical device as a whole.

Перед авторами изобретения стояла задача упрощения конструкции электрохимического устройства, снижения материалоемкости и технологических затрат при сохранении эксплуатационных и технических характеристик устройства. The inventors had the task of simplifying the design of the electrochemical device, reducing material consumption and technological costs while maintaining the operational and technical characteristics of the device.

Поставленная задача достигается тем, что в электрохимическом устройстве фильтр-прессного типа, включающем концевые плиты, между которыми размещены, по крайней мере, пара уплотнительных рамок с установленными в них демпфирующими токоотводами и электродами и разделяющий электроды твердополимерный электролит, образующие в сборе электродные рабочие зоны, с выполненными в концевых плитах, уплотнительных рамках и в твердополимерном электролите отверстиями, образующими в сборе каналы для подачи реагентов и отвода продуктов реакции, в уплотнительных рамках с противоположной от электролита стороны выполнены щелевые пазы, соединяющие каждую электродную рабочую зону с соответствующими каналами для отвода продукта реакции и подачи реагента, при этом щелевые пазы выполнены не на всю толщину рамки и армированы вставками. This object is achieved in that in an electrochemical device of a filter-press type, including end plates, between which at least a pair of sealing frames are installed with damping current leads and electrodes installed in them and a solid polymer electrolyte separating the electrodes, which form the electrode working zones, with holes made in the end plates, sealing frames and in the solid polymer electrolyte, forming complete channels for supplying reagents and removal of reaction products to the seal On the opposite side from the electrolyte side, slotted grooves are made connecting each electrode working area with corresponding channels for withdrawing the reaction product and supplying the reagent, while slotted grooves are not made over the entire thickness of the frame and are reinforced with inserts.

Таким образом, в заявляемом техническом решении распределительное устройство сформировано внутри электрохимической ячейки. Уплотнительная рамка в данном техническом решении сочетает в себе одновременно несколько функций: уплотнения электродных рабочих зон и конструкции устройства в целом, формирования объема электродной рабочей зоны, в которой протекает электрохимическая реакция, а также создания транспортного потока между каналами для подачи реагентов в электродные рабочие зоны и отвода из них продуктов реакции. Thus, in the claimed technical solution, the switchgear is formed inside the electrochemical cell. The sealing frame in this technical solution combines several functions at the same time: sealing the electrode working areas and the design of the device as a whole, forming the volume of the electrode working area in which the electrochemical reaction proceeds, and creating a transport stream between the channels for supplying reagents to the electrode working areas and removal of reaction products from them.

Выполнение в уплотнительных рамках с противоположной от электролита стороны щелевых пазов, соединяющих каждую электродную рабочую зону с соответствующими каналами для отвода продукта реакции и подачи реагента, позволяет сформировать распределительное устройство внутри ячейки и вследствие этого отказаться от большого количества деталей и операций, применяемых при изготовлении и сборке элементов известной конструкции распределительного устройства и электрохимического устройства в целом. The execution in the sealing frames on the opposite side of the electrolyte of the slit grooves connecting each electrode working area with the corresponding channels for the removal of the reaction product and the supply of the reagent, allows you to form a switchgear inside the cell and as a result to abandon a large number of parts and operations used in the manufacture and assembly elements of the known design of the switchgear and the electrochemical device as a whole.

Выполнение щелевых пазов не на всю толщину рамки и их армирование вставками позволяет одновременно с повышением технологичности изготовления электрохимического устройства обеспечить надежный отвод продуктов реакции и подачу реагента в рабочие электродные зоны и сохранить эксплуатационные и технические характеристики электрохимического устройства фильтр-прессного типа за счет обеспечения жесткости структуры, сохранения плоскостности электродов в процессе эксплуатации устройства, равномерного токораспределения по твердополимерному электролиту. Performing slotted grooves not across the entire thickness of the frame and reinforcing them with inserts allows simultaneously with an increase in the manufacturability of the electrochemical device to ensure reliable removal of reaction products and reagent supply to the working electrode zones and to maintain the operational and technical characteristics of the filter-press type electrochemical device due to the rigidity of the structure, preservation of the flatness of the electrodes during operation of the device, uniform current distribution over the solid polymer electrolyte.

Сохранение целостности уплотнительных рамок со стороны твердополимерного электролита за счет выполнения щелевых пазов не на всю толщину рамки и их армирование вставками позволяет сохранить плоскостность твердополимерного электролита и герметичность конструкции при перепадах давления между анодной и катодной рабочими зонами, не допуская перетекания продуктов реакции из одной зоны в другую. Preserving the integrity of the sealing frames on the side of the solid polymer electrolyte due to the implementation of slotted grooves not across the entire thickness of the frame and their reinforcement with inserts allows preserving the flatness of the solid polymer electrolyte and tightness of the structure under pressure drops between the anode and cathode working zones, preventing the reaction products from flowing from one zone to another .

Предложенное щелевое соединение электродных рабочих зон с соответствующими каналами для отвода продукта реакции и подачи реагента уменьшает переходные сопротивления за счет уменьшения элементов конструкции распределительного устройства и улучшения электрического контакта между токоотводами и электродами. The proposed gap connection of the electrode working areas with the corresponding channels for the removal of the reaction product and the supply of the reagent reduces the transient resistance by reducing the structural elements of the switchgear and improving the electrical contact between the collectors and electrodes.

В заявляемом устройстве обеспечивается целостность твердополимерного электролита за счет выравнивания механических воздействий на электролит и устранения электрических пробоев в электродных рабочих зонах. In the inventive device, the integrity of the solid polymer electrolyte is ensured by equalizing the mechanical effects on the electrolyte and eliminating electrical breakdowns in the electrode working areas.

Указанная совокупность отличительных признаков свидетельствует о соответствии заявляемого электрохимического устройства критерию "новизна". The specified set of distinctive features indicates the conformity of the claimed electrochemical device to the criterion of "novelty."

Положительный эффект заявляемой конструкции, выраженный в снижении материалоемкости и технологических затрат на изготовление устройства при сохранении его эксплуатационных и технических характеристик, не вытекает явным образом из указанной совокупности существенных признаков, что свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень". The positive effect of the claimed design, expressed in reducing material consumption and technological costs for the manufacture of the device while maintaining its operational and technical characteristics, does not follow explicitly from the specified set of essential features, which indicates the compliance of the claimed technical solution with the criterion of "inventive step".

В заявляемом устройстве решаются все основные технологические проблемы создания электрохимических устройств фильтр-прессного типа: герметичность, сохранение объемов электродных рабочих зон, надежные электрические контакты, организация подачи реагентов и отвода продуктов реакции, сохранение целостности твердополимерного электролита в процессе эксплуатации. The claimed device solves all the main technological problems of creating electrochemical devices of a filter-press type: tightness, preservation of the volume of electrode working zones, reliable electrical contacts, organization of the supply of reagents and removal of reaction products, maintaining the integrity of the solid polymer electrolyte during operation.

Предельная простота конструкции и ее эксплуатационная надежность позволяют считать вопрос оптимизации конструкции данного типа устройств практически решенным и перенести внимание по совершенствованию электрохимических устройств на вопросы электрохимии. The extreme simplicity of the design and its operational reliability make it possible to consider the question of optimizing the design of this type of device practically resolved and shift the attention on improving electrochemical devices to the problems of electrochemistry.

Сущность изобретения поясняется чертежами и описанием конструкции заявленного электрохимического устройства фильтр-прессного типа. The invention is illustrated by drawings and a description of the design of the claimed electrochemical device of a filter-press type.

На фиг. 1 представлен общий вид в изометрии электрохимического устройства, состоящего из двух электрохимических ячеек, соединенных электрически последовательно и гидравлически параллельно. На фиг.2 показана в изометрии уплотнительная рамка со щелевыми пазами. На фиг.3 показана армирующая вставка щелевого паза. In FIG. 1 is a perspective view of an electrochemical device consisting of two electrochemical cells connected electrically in series and hydraulically in parallel. Figure 2 shows in isometric sealing frame with slotted grooves. Figure 3 shows the reinforcing insert of the slotted groove.

Электрохимическое устройство фильтр-прессного типа состоит из концевых плит 1, между которыми размещены уплотнительные рамки 2. В рамках 2 установлены демпфирующие токоотводы 3 и электроды, одни из которых служат анодами 4, а другие - катодами 5. Анод 4 и катод 5 разделены твердополимерным электролитом 6. Уплотнительная рамка 2, токоотвод 3 и анод 4, ограниченные с одной стороны концевой плитой 1, а с другой - твердополимерным электролитом 6, образуют электродную (анодную) рабочую зону. Уплотнительная рамка 2, токоотвод 3 и катод 5, ограниченные с одной стороны тем же твердополимерным электролитом 6, а с другой стороны - разделительной пластиной 7, образуют электродную (катодную) рабочую зону. Разделительная пластина 7 выполняет функцию концевой плиты для отдельной электрохимической ячейки и функцию разделительной пластины в устройстве, состоящем из двух электрохимических ячеек, соединенных электрически последовательно и гидравлически параллельно. Увеличение числа электрохимических ячеек между концевыми плитами повышает производительность электрохимического процесса за счет увеличения суммарной площади электродных рабочих зон, а их число является результатом компромисса между производительностью электрохимического устройства (количеством продуктов реакции в единицу времени) и ресурсом работы устройства в целом. The electrochemical device of the filter-press type consists of end plates 1, between which sealing frames are placed 2. Within 2, damping down conductors 3 and electrodes are installed, some of which serve as anodes 4 and others as cathodes 5. Anode 4 and cathode 5 are separated by a solid polymer electrolyte 6. The sealing frame 2, the collector 3 and the anode 4, limited on one side by the end plate 1, and on the other by the solid polymer electrolyte 6, form an electrode (anode) working area. The sealing frame 2, the collector 3 and the cathode 5, limited on the one hand by the same solid polymer electrolyte 6, and on the other hand by the dividing plate 7, form an electrode (cathode) working area. The separation plate 7 performs the function of the end plate for a separate electrochemical cell and the function of the separation plate in a device consisting of two electrochemical cells connected electrically in series and hydraulically in parallel. An increase in the number of electrochemical cells between the end plates increases the productivity of the electrochemical process by increasing the total area of the electrode working zones, and their number is the result of a compromise between the productivity of the electrochemical device (the number of reaction products per unit time) and the life of the device as a whole.

В уплотнительных рамках 2 с противоположной от электролита 6 стороны выполнены щелевые пазы 8, 9, 10 и 11. In the sealing framework 2, slotted grooves 8, 9, 10 and 11 are made on the opposite side from the electrolyte 6.

В концевых плитах 1, в уплотнительных рамках 2 и в твердополимерном электролите 6 выполнены соосные отверстия 12, которые образуют канал 13 для отвода продукта реакции через щелевой паз 10 из катодной рабочей зоны, например водорода при электролизе воды. In the end plates 1, in the sealing frame 2 and in the solid polymer electrolyte 6, coaxial openings 12 are formed, which form a channel 13 for removing the reaction product through the slot groove 10 from the cathode working zone, for example, hydrogen during electrolysis of water.

В концевых плитах 1, в уплотнительных рамках 2 и в твердополимерном электролите 6 выполнены соосные отверстия 14, которые образуют канал 15 для отвода продукта реакции через щелевой паз 9 из анодной рабочей зоны, например кислорода. In the end plates 1, in the sealing frame 2 and in the solid polymer electrolyte 6, coaxial holes 14 are made which form a channel 15 for removing the reaction product through the slot groove 9 from the anode working zone, for example, oxygen.

В концевых плитах 1, в уплотнительных рамках 2 и в твердополимерном электролите 6 выполнены соосные отверстия 16, которые образуют канал 17, и отверстия 18, образующие канал 19, и служат для подачи реагентов через щелевые пазы 8 и 11 в обе электродные рабочие зоны, например для подачи воды. In the end plates 1, in the sealing frame 2 and in the solid polymer electrolyte 6, coaxial holes 16 are formed that form the channel 17, and holes 18 that form the channel 19 are used to supply reagents through slotted grooves 8 and 11 to both electrode working areas, for example for water supply.

Щелевые пазы 8, 9, 10, 11 (см. фиг.2) выполнены не на всю толщину рамки 2 и армированы вставками 20 (см. фиг.3). The slotted grooves 8, 9, 10, 11 (see FIG. 2) are not made to the entire thickness of the frame 2 and are reinforced with inserts 20 (see FIG. 3).

В концевых плитах 1, в уплотнительных рамках 2, в твердополимерном электролите 6 и в разделительной пластине 7 выполнены соосные отверстия 21 (см. фиг.2) для сборки элементов устройства в единую конструкцию фильтр-прессного типа. In the end plates 1, in the sealing frame 2, in the solid polymer electrolyte 6 and in the separation plate 7, coaxial holes 21 are made (see FIG. 2) for assembling the device elements into a single filter-press type structure.

Концевые плиты 1 имеют габаритные размеры, например по высоте, ширине и длине соответственно 90, 70 и 10 мм, и изготовлены из титана ВТ 1-0 ГОСТ 23755-79. End plates 1 have overall dimensions, for example, in height, width and length, respectively 90, 70 and 10 mm, and are made of titanium VT 1-0 GOST 23755-79.

Уплотнительные рамки 2 изготовлены из смеси резиновой 51-1742НТА ТУ 38405584-85 с габаритными размерами 90, 70 и 3 мм (см. фиг.2). The sealing frame 2 is made of a mixture of rubber 51-1742NTA TU 38405584-85 with overall dimensions of 90, 70 and 3 mm (see figure 2).

Демпфирующие токоотводы 3 изготовлены из профилированной объемной сетки, сформированной из титанового листа ВТ 1-0-0,2 ОСТ 196027-71 толщиной 0,2 мм. Сетка представляет собой объемную рельефную поверхность высотой 2-2,2 мм с образующимися внутри прерывистыми каналами, причем все каналы в местах разрыва смещены относительно друг друга на 1/3 длины профиля канала, образуя проемы, обеспечивающие прочную связь между каналами. The damping down conductors 3 are made of a profiled volumetric mesh formed of titanium sheet VT 1-0-0.2 OST 196027-71 with a thickness of 0.2 mm. The grid is a volume relief surface with a height of 2-2.2 mm with intermittent channels formed inside, and all the channels in the gap are offset relative to each other by 1/3 of the channel profile length, forming openings that provide a strong connection between the channels.

Вершины профиля сетки обеспечивают надежный токопроводящий контакт с электродами 4 и 5, с одной стороны, а с другой стороны - с концевыми плитами 1 и разделительной пластиной 7. The vertices of the mesh profile provide reliable conductive contact with the electrodes 4 and 5, on the one hand, and on the other hand, with end plates 1 and dividing plate 7.

Прерывистые каналы сетки формируют проток реагентов, например воды, и выход продуктов реакции, например кислорода и водорода. Продольные промежуточные канавки между профилями способствуют выравниванию давления реагентов и продуктов реакции во всех каналах, перераспределяя давление через прорези между профилями, что исключает возможные локальные пересыхания или образование стоячих пузырьков, обеспечивая водогазообмен. The discontinuous channels of the network form a flow of reagents, such as water, and the output of reaction products, such as oxygen and hydrogen. Longitudinal intermediate grooves between the profiles help to equalize the pressure of the reactants and reaction products in all channels, redistributing the pressure through the slots between the profiles, which eliminates possible local drying out or the formation of standing bubbles, providing water and gas exchange.

Демпфирующие токоотводы 3 расположены в электрохимическом устройстве, например, таким образом, что направляющие прерывистых каналов сетки перпендикулярны потоку реагента в электродных рабочих зонах. The damping down conductors 3 are located in an electrochemical device, for example, in such a way that the guides of the discontinuous channels of the grid are perpendicular to the reagent flow in the electrode working zones.

Электроды, одни из которых служат анодами 4, а другие - катодами 5, изготавливаются из пористого титана ППТ-ЭМ-МП-0,8 ТУ 14-1-1895-76 и имеют геометрические размеры 50, 50 и 0,8-1,0 мм. Со стороны твердополимерного электролита электроды имеют покрытия: анод 4 - покрытие из платины и иридия, катод 5 - покрытие из платиновой черни. Материалы покрытий являются катализаторами для эффективного протекания электрохимической реакции, например, при электролизе воды. The electrodes, some of which serve as anodes 4, and others as cathodes 5, are made of porous titanium PPT-EM-MP-0.8 TU 14-1-1895-76 and have geometric sizes 50, 50 and 0.8-1, 0 mm From the side of the solid polymer electrolyte, the electrodes have coatings: anode 4 - a coating of platinum and iridium, cathode 5 - a coating of platinum black. Coating materials are catalysts for the effective conduct of an electrochemical reaction, for example, in the electrolysis of water.

Твердополимерный электролит 6 представляет собой мембрану типа МФ-4ск-4 ТУ 6-05-041-944-87 толщиной 0,2 мм и габаритными размерами 90 и 70 мм. Solid polymer electrolyte 6 is a membrane of the type MF-4sk-4 TU 6-05-041-944-87 with a thickness of 0.2 mm and overall dimensions of 90 and 70 mm.

Разделительная пластина 7 изготовлена из титанового листа ВТ 1-0-0,8 ГОСТ 22178-76 и имеет размеры 90, 70 и 0,8 мм. The separation plate 7 is made of titanium sheet VT 1-0-0.8 GOST 22178-76 and has dimensions of 90, 70 and 0.8 mm.

В уплотнительных рамках 2 с противоположной от электролита 6 стороны выполнены щелевые пазы 8, 9, 10 и 11 глубиной 2 мм и шириной 6 мм. Щелевые пазы армированы вставками из титанового листа ВТ 1-0-0,5 ГОСТ 22178-76 толщиной 0,5 мм по всей образующей щелевого паза. In the sealing frames 2, slotted grooves 8, 9, 10 and 11 are made with a depth of 2 mm and a width of 6 mm on the opposite side from the electrolyte 6. The slotted grooves are reinforced with inserts from titanium sheet VT 1-0-0.5 GOST 22178-76 with a thickness of 0.5 mm over the entire generatrix of the slotted groove.

В концевых плитах 1, в уплотнительных рамках 2, в твердополимерном электролите 6 и в разделительной пластине 7 выполнены соосные отверстия 12, 14, 16 и 18 диаметром 8 мм, которые в сборе образуют каналы 13, 15, 17 и 19 для отвода продуктов реакции, например водорода (канал 13) и кислорода (канал 15), из электродных рабочих зон и для подачи в них реагента (каналы 17 и 19), например воды. In the end plates 1, in the sealing frame 2, in the solid polymer electrolyte 6 and in the separation plate 7, coaxial holes 12, 14, 16 and 18 are made with a diameter of 8 mm, which assembled to form channels 13, 15, 17 and 19 for the removal of reaction products, for example hydrogen (channel 13) and oxygen (channel 15), from the electrode working areas and for supplying reagent (channels 17 and 19), for example, water.

Соосные отверстия 21 в концевых плитах 1, в уплотнительных рамках 2, в твердополимерном электролите 6 и в разделительной пластине 7 имеют диаметр 11 мм и служат для сборки устройства в единую конструкцию фильтр-прессного типа с помощью болтов и гаек. The coaxial holes 21 in the end plates 1, in the sealing frames 2, in the solid polymer electrolyte 6 and in the separation plate 7 have a diameter of 11 mm and are used to assemble the device into a single filter press type design using bolts and nuts.

Заявляемое электрохимическое устройство фильтр-прессного типа работает следующим образом, например, при электролизе воды. В анодной рабочей зоне под действием электрического поля в присутствии катализаторов вода, поступающая из канала 19 через щелевой паз 11, подвергается диссоциации H2O<---->2H++O-2. Гидратированные катионы (Н++n•Н2О) проникают через твердополимерный электролит 6 в катодную рабочую зону, где в присутствии катализатора образуется водород 2H++2e--->H2, который протоком воды, поступающей в катодную рабочую зону из канала 17 через щелевой паз 8, отводится через щелевой паз 10 в канал 13. Анионы О-2 (результат диссоциации воды) в анодной рабочей зоне образуют кислород 2О-2-4e--->O2, отводимый протоком воды через щелевой паз 9 в канал 15.The inventive electrochemical device of the filter-press type operates as follows, for example, in the electrolysis of water. In the anode working zone, under the influence of an electric field in the presence of catalysts, the water coming from the channel 19 through the slot groove 11 undergoes dissociation of H 2 O <----> 2H + + O -2 . Hydrated cations (H + + n • H 2 O) penetrate through the solid polymer electrolyte into the cathode 6, a working area where a catalyst formed hydrogen 2H + + 2e - -> H 2, which water flow entering the cathode working area of the channel 17 through the slot groove 8, is discharged through the slot groove 10 into the channel 13. Anions O -2 (the result of dissociation of water) in the anode working zone form oxygen 2O -2 -4e -> O 2 , which is diverted by the water flow through the slot groove 9 into channel 15.

ФГУП "НИИ НПО "Луч" изготовил опытные партии модульного ряда заявляемых электрохимических устройств для осуществления электролиза воды с получением водорода и кислорода. Модификации отличаются количеством электрохимических ячеек от 1 до 18 при рабочем размере электродных зон 50х50 мм, потребляемой мощностью от 0,020 до 0,688 кВт и производительностью по водороду от 5 до 124 л/ч и кислороду от 2,5 до 62 л/ч. FSUE NII NPO Luch manufactured pilot batches of a modular series of the claimed electrochemical devices for electrolysis of water to produce hydrogen and oxygen. The modifications differ in the number of electrochemical cells from 1 to 18 with a working size of electrode zones of 50x50 mm, power consumption from 0.020 to 0.688 kW and with a productivity of hydrogen from 5 to 124 l / h and oxygen from 2.5 to 62 l / h.

Сравнительные данные эксплуатационных и технических характеристик известного устройства, принятого за прототип, и заявляемого устройства при получении водорода и кислорода методом электролиза дистиллированной воды (удельное сопротивление - более 106 Ом•см) приведены в таблице.Comparative data on the operational and technical characteristics of the known device adopted for the prototype, and the inventive device for the production of hydrogen and oxygen by electrolysis of distilled water (specific resistance is more than 10 6 Ohm • cm) are given in the table.

По сравнению с известной конструкцией электрохимического устройства, принятого за прототип и выпускаемого ФГУП "НИИ НПО "Луч" серийно, заявляемое электрохимическое устройство фильтр-прессного типа характеризуется значительным упрощением конструкции, снижением материалоемкости в среднем по устройству в целом до 30%, снижением технологических затрат до 40% при сохранении эксплуатационных и технических характеристик устройства. Compared with the well-known design of an electrochemical device adopted as a prototype and manufactured by FSUE "Research Institute of NPO" Luch "in series, the inventive filter-type electrochemical device is characterized by a significant simplification of the design, a reduction in the average material consumption of the device as a whole to 30%, and reduction of technological costs to 40% while maintaining the operational and technical characteristics of the device.

Проводимые ФГУП "НИИ НПО "Луч" в течение 1 года и продолжающиеся в настоящее время сравнительные испытания серийно изготавливаемых электрохимических устройств, принятых за прототип, и заявляемого устройства показывают устойчивую тенденцию в превосходстве эксплуатационных и технических характеристик заявляемого устройства при значительном упрощении конструкции заявляемого электрохимического устройства, снижении материалоемкости и технологических затрат при его изготовлении. Conducted by FSUE "Scientific Research Institute of NPO" Luch "for 1 year and ongoing comparative tests of commercially available electrochemical devices adopted as a prototype, and the claimed device show a steady trend in superior operational and technical characteristics of the claimed device with a significant simplification of the design of the claimed electrochemical device, reducing material consumption and technological costs in its manufacture.

Claims (1)

Электрохимическое устройство фильтр-прессного типа, включающее концевые плиты, между которыми размещены, по крайней мере, пара уплотнительных рамок с установленными в них демпфирующими токоотводами и электродами и разделяющий электроды твердополимерный электролит, образующие в сборе электродные рабочие зоны, при этом в концевых плитах, уплотнительных рамках и в твердополимерном электролите выполнены отверстия, образующие в сборе каналы для подачи реагентов и отвода продуктов реакции, отличающееся тем, что в уплотнительных рамках с противоположной от электролита стороны выполнены щелевые пазы, соединяющие каждую электродную рабочую зону с соответствующими каналами для отвода продукта реакции и подачи реагента, при этом щелевые пазы выполнены не на всю толщину рамки и армированы вставками. An electrochemical device of a filter-press type, including end plates, between which at least a pair of sealing frames with damping current conductors and electrodes installed in them and a solid polymer electrolyte separating the electrodes, forming electrode working zones in assembly, are installed in the end plates, sealing Within the framework and in the solid polymer electrolyte, holes are made that form complete channels for supplying reagents and for removing reaction products, characterized in that in the sealing frames with otivopolozhnoy formed on the electrolyte side of the slit grooves connecting each electrode working zone with respective ducts for discharging the reaction product and reactant feed, wherein the slotted recesses are not formed on the entire thickness of the reinforced frame and inserts.
RU2002116105/12A 2002-06-20 2002-06-20 Electrochemical facility RU2211885C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002116105/12A RU2211885C1 (en) 2002-06-20 2002-06-20 Electrochemical facility

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002116105/12A RU2211885C1 (en) 2002-06-20 2002-06-20 Electrochemical facility

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2211885C1 true RU2211885C1 (en) 2003-09-10
RU2002116105A RU2002116105A (en) 2004-02-27

Family

ID=29777777

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002116105/12A RU2211885C1 (en) 2002-06-20 2002-06-20 Electrochemical facility

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2211885C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014014632A1 (en) * 2012-07-16 2014-01-23 Wood Stone Corporation Modular electrolysis unit
WO2015126746A1 (en) * 2014-02-20 2015-08-27 Proton Energy Systems, Inc. Electrochemical cell

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014014632A1 (en) * 2012-07-16 2014-01-23 Wood Stone Corporation Modular electrolysis unit
US9051657B2 (en) 2012-07-16 2015-06-09 Wood Stone Corporation Modular electrolysis unit
CN104704146A (en) * 2012-07-16 2015-06-10 伍德斯托恩公司 Modular electrolysis unit
WO2015126746A1 (en) * 2014-02-20 2015-08-27 Proton Energy Systems, Inc. Electrochemical cell
US10273586B2 (en) 2014-02-20 2019-04-30 Proton Energy Systems, Inc. Electrochemical cell

Also Published As

Publication number Publication date
RU2002116105A (en) 2004-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6395154B1 (en) Electrochemical cell using a folded double electrode plate
EP0080288B1 (en) Electrolytic cell of the filter press type
US4339324A (en) Polycell gas generator
CA1140891A (en) Electrolytic cell with membrane and electrodes bonded to it having outward projections
MXPA04004279A (en) Fuel cell fluid flow field plates.
WO1987005951A1 (en) Method and apparatus for electrolysing water
CN216891249U (en) Proton exchange membrane water electrolyzer and system
CA2655437C (en) Device for the electrochemical purification of water
EP3108530B1 (en) Electrochemical cell
SU1687033A3 (en) Electrolytic cell of filter-press type
CN114262909A (en) Proton exchange membrane water electrolyzer, system and method
FI70054B (en) I EN ELEKTROLYTISK CELL ANVAENDBAR ELEKTROD
CZ225695A3 (en) Electrode for electrochemical processes being characterized by generation of gases, particularly processes in diaphragm cells and the use of the electrode
CN114318386A (en) Proton exchange membrane water electrolyzer, system and method
US3119760A (en) Electrolytic cell for the oxidation and reduction of organic compounds
RU2211885C1 (en) Electrochemical facility
US6187155B1 (en) Electrolytic cell separator assembly
SU1662353A3 (en) Filter-press electrolytic cell for producing sodium hydroxide
CN219136946U (en) Electrolytic tank polar plate and hydrogen generator
RU29307U1 (en) Electrochemical device
CN216838211U (en) Multi-stage PEM (proton exchange membrane) electrolytic tank structure for electrolyzing water
RU32498U1 (en) Electrochemical device
JP2018188710A (en) Water electrolysis apparatus
CA2276444A1 (en) Electrochemical cells and electrochemical systems
CN117737761B (en) Electrode frame, electrolysis cell and electrolysis cell