氫氧電解裝置及其雙面表層改質(zhì)碳纖維紙電極制造方法及圖紙

一種氫氧電解裝置及其雙面表層改質(zhì)碳纖維紙電極，包括一第一容器及一電解結(jié)構(gòu)；第一容器的一容置槽容置電解水溶液及電解結(jié)構(gòu)的串元；串元包括復(fù)數(shù)電極；一第一導(dǎo)電件及一第二導(dǎo)電件分別電連接最外側(cè)的兩電極；電極的碳纖維紙基材的一第一表面結(jié)合一第一金屬層；利用碳纖維紙基材的優(yōu)良導(dǎo)電性、多孔性、透氣性，親水性及疏水性等本質(zhì)特性，進(jìn)而利用雙面表層改質(zhì)方法，以增加水分子與電極面的極大表面接觸性、觸媒及排氣性、并防止產(chǎn)出氫氧氣體的堆積以及使電極的電流均勻化，并提升水電解的效率。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)是有關(guān)氫氧電解裝置，尤其是有關(guān)氫氧電解裝置及其雙面表層改質(zhì)碳纖維紙電極。
技術(shù)介紹
美國能源部(District of Energy,DoE)針對以電解水產(chǎn)生氫氧的效能，由現(xiàn)階段 的45%，已訂定為75%，并于2010年實行。由于氫的制造方法相當(dāng)多樣，但以電解方式最 為環(huán)保與節(jié)能。配合連結(jié)于再生能源的資源，如風(fēng)力發(fā)電廠、太陽能發(fā)電廠等等電力來源， 以有效轉(zhuǎn)化水為氫與氧的儲能方式，是極為重要的目標(biāo)。 目前已知的氫氧產(chǎn)生機(jī)內(nèi)部的電解結(jié)構(gòu)，大都以多數(shù)個電極排列成串元(Serial Cells)方式，在最外層施加直流電壓，以平均分布方式在板間形成一電解的分壓。例如中國 臺灣專利第M302490號，名稱為混合燃料的動力裝置中的氫氧機(jī)所公開的。 電解過程中，水分子與電極的接觸性影響電解效率非常大；理想的電極具有廣大 的接觸面積及優(yōu)良的親水性與排氣性，其目的使水分子可輕易均勻地落接于電極上，導(dǎo)通 電流進(jìn)行電解；電解所產(chǎn)出的氫氧氣體可迅速脫離電極表面，以不造成氣膜堆積而阻礙了 水分子的再附著。若氣膜停滯聚集于電極的表面上，即造成電解阻抗上升，迫使所施加的外 部電壓亦須提高以強迫電流貫穿此阻抗層，因而導(dǎo)致電解效率下降。例如，在25t:的條件 下電解電壓的熱平衡電勢能Eideal的理想值為Eideal = 1. 48V ;若以氫氧化鈉/氫氧化鉀作 為電解水溶液的公知的不銹鋼片為電極的氫氧電解裝置為例，其實際所量測的電解分壓為 Ereal = 5. 3V，則該電解效率為27. 92%:1. 48/5. 3 = 27. 92 ;Ereal = 5. 3V高于理想電勢能值 Eideal = 1.48V的多余電壓則轉(zhuǎn)化為多余的熱能，使得電解水溶液受加熱而增溫。若此，適當(dāng) 的散熱是必備的，以防范氫氧混合氣因達(dá)燃點而引爆。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種氫氧電解裝置及其雙面表層改質(zhì)碳纖維紙電極，以提 升電解效率。 為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)的氫氧電解裝置，是用以使用電解水方式產(chǎn)生氫氣及氧 氣，包括 —第一容器，設(shè)有一容置槽，該容置槽用以容置電解水溶液； —電解結(jié)構(gòu)，包括 至少一串元，包括復(fù)數(shù)電極；相鄰的兩該電極之間有一間隙； —第一導(dǎo)電件，用以電連接一直流電源供應(yīng)器的正極； —第二導(dǎo)電件，用以電連該直流電源供應(yīng)器的負(fù)極； 其中該第一導(dǎo)電件及該第二導(dǎo)電件分別電連接該復(fù)數(shù)電極片中最外側(cè)的兩該電 極；其特征在于該電極包括 —碳纖維紙基材，具有相對的一第一表面、一第二表面；6 —第一金屬層，結(jié)合該第一表面； —第二金屬層，結(jié)合該第二表面； 其中該串元置于該容置槽內(nèi)。 本專利技術(shù)的氫氧電解裝置的雙面表層改質(zhì)碳纖維紙電極，是用以使用電解水方式產(chǎn) 生氫氣及氧氣，包括 —碳纖維紙基材，具有相對的一第一表面、一第二表面； —第一金屬層，結(jié)合該第一表面； —第二金屬層，結(jié)合該第二表面。 本專利技術(shù)的效果是 本專利技術(shù)以碳纖維紙基材作為電極，利用碳纖維紙基材的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、多孔性、 透氣性，親水性及疏水性等優(yōu)良特性，提供增加水分子與電極的極大表面接觸面積、防范產(chǎn) 出氣體的堆積以及使電極的電流均勻化，以提升電解效率。 本專利技術(shù)以脈沖式直流的電源供應(yīng)器(Pulse-Width-Module PowerSu卯lier)，利用 頻率調(diào)變(Demodulation)激發(fā)電解水溶液中的水分子，使水分子在水電解過程形成共振 電解(Resonant Electrolysis)，以提升電解效率。 本專利技術(shù)可自動補充電解水溶液，且使火焰不會沿著氫、氧混合氣體的流動路徑而 點燃容置電極的容置槽內(nèi)的氫、氧混合氣，且當(dāng)氫、氧混合氣的氣壓高過設(shè)定壓力時可自動 停止電解作業(yè)，避免再產(chǎn)生氫、氧混合氣。附圖說明圖1為本專利技術(shù)氫氧電解裝置的示意圖。圖2為本專利技術(shù)氫氧電解裝置的外觀示意圖。圖3為本專利技術(shù)電解結(jié)構(gòu)第一實施例的示意圖。圖4為本專利技術(shù)電極的示意圖。圖5為電極未組合時的示意圖。圖6為本專利技術(shù)電解結(jié)構(gòu)第一實施例未組合時的示意圖。 圖7為本專利技術(shù)電解結(jié)構(gòu)第二實施例的示意圖。 圖8為本專利技術(shù)電解結(jié)構(gòu)第三實施例的示意圖。 附圖中主要組件符號說明2、7、8電解結(jié)構(gòu) 201、311、321、331、341孔 22、75、85第二導(dǎo)電件 231第一表面 24第一金屬層 242第一外金屬層 251第二內(nèi)金屬層20電極21、74、84第一導(dǎo)電件 23碳纖維紙基材 232第二表面 241第一內(nèi)金屬層 25第二金屬層 252第二外金屬層 3、71、72、73、81、82、83串元 31、711、721、731、811、821、831第一框架7312、322、713、722、733、815、825凹槽32、712、722、732、812、822、832第二框架33、813、823金屬片34、814、824絕緣片35絕緣桿351帽部36絕緣墊37絕緣螺桿38絕緣螺帽39石英薄片41第一容器411第一本體412第一蓋體413第一容置槽414第一進(jìn)液口415第一出氣口416第二進(jìn)液口417第一密封件42第二容器421第二本體422第二蓋體423第二容置槽424第一出液口425進(jìn)氣口426第二出氣口427第三進(jìn)液口428第二密封件429管43控制器44第一水位傳感器441高水位感測單元442低水位感測單元45泵46氣壓傳感器47第二水位傳感器48逆火閥49直流電源供應(yīng)器51電解水溶液52補充液61第一管62第二管63第三管64第四管65第五管具體實施例方式本專利技術(shù)的其它目的、功效，請參閱附圖及實施例，詳細(xì)說明如下。 請參閱圖1、2所示，本專利技術(shù)氫氧電解裝置1，包括一電解結(jié)構(gòu)2、一第一容器41、一 第二容器42、一控制器43、一第一水位傳感器44、一泵45、一氣壓傳感器46、一第二水位傳 感器47、一逆火閥48及一直流電源供應(yīng)器49所組成。控制器43分別電連接第一水位傳感 器44、泵45、氣壓傳感器46、第二水位傳感器47及直流電源供應(yīng)器49，其電氣連接結(jié)構(gòu)為 公知技術(shù)，圖中未示出。泵45可為一薄膜泵。 請參閱圖3所示。電解結(jié)構(gòu)2的第一實施例，包括一串元3、一第一導(dǎo)電件21及一 第二導(dǎo)電件22所組成。串元3包括復(fù)數(shù)電極20、一第一框架31、一第二框架32、復(fù)數(shù)金屬 片33、復(fù)數(shù)絕緣片34、復(fù)數(shù)絕緣桿35、復(fù)數(shù)絕緣墊36、復(fù)數(shù)絕緣螺桿37及復(fù)數(shù)絕緣螺帽38 所組成。 請參閱圖4所示，本專利技術(shù)的電極20是雙面表層改質(zhì)碳纖維紙電極，包括一碳纖維 紙基材(Carbon P即er substrate) 23作為電極基材(Electrodesubstrate)，以無電解金 屬工藝(Electroless Metal Plating Art)對碳纖維紙基材23的表面作活化與敏化處理， 使碳纖維紙基材23的第一表面231、第二表面232分別結(jié)合對稱的第一金屬層24及第二金屬層25 ;其中第一金屬層24及第二金屬層25可進(jìn)一步分別包括相對稱的第一內(nèi)金屬層 241、第二內(nèi)金屬層251及第一外金屬層242、第二外金屬層252 ;第一內(nèi)金屬層241置于第 一表面231及第一外金屬層242之間；第二內(nèi)金屬層251置于第二表面232及第二外金屬 層252之間；電極20設(shè)有復(fù)數(shù)孔201。 請參閱圖5所示，復(fù)數(shù)個絕緣桿35分別貫本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種氫氧電解裝置，用以使用電解水方式產(chǎn)生氫氣及氧氣，包括：　　一第一容器，設(shè)有一容置槽，該容置槽用以容置電解水溶液；　　一電解結(jié)構(gòu)，包括：　　至少一串元，包括復(fù)數(shù)電極；相鄰的兩該電極之間有一間隙；　　一第一導(dǎo)電件，用以電連接一直流電源供應(yīng)器的正極；　　一第二導(dǎo)電件，用以電連該直流電源供應(yīng)器的負(fù)極；　　其中該第一導(dǎo)電件及該第二導(dǎo)電件分別電連接該復(fù)數(shù)電極片中最外側(cè)的兩該電極；其特征在于：該電極，為一雙面表層改質(zhì)碳纖維紙電極，包括：　　一碳纖維紙基材，具有相對的一第一表面、一第二表面；　　一第一金屬層，結(jié)合該第一表面；　　一第二金屬層，結(jié)合該第二表面；　　其中該串元置于該容置槽內(nèi)。

【技術(shù)特征摘要】
一種氫氧電解裝置，用以使用電解水方式產(chǎn)生氫氣及氧氣，包括一第一容器，設(shè)有一容置槽，該容置槽用以容置電解水溶液；一電解結(jié)構(gòu)，包括至少一串元，包括復(fù)數(shù)電極；相鄰的兩該電極之間有一間隙；一第一導(dǎo)電件，用以電連接一直流電源供應(yīng)器的正極；一第二導(dǎo)電件，用以電連該直流電源供應(yīng)器的負(fù)極；其中該第一導(dǎo)電件及該第二導(dǎo)電件分別電連接該復(fù)數(shù)電極片中最外側(cè)的兩該電極；其特征在于該電極，為一雙面表層改質(zhì)碳纖維紙電極，包括一碳纖維紙基材，具有相對的一第一表面、一第二表面；一第一金屬層，結(jié)合該第一表面；一第二金屬層，結(jié)合該第二表面；其中該串元置于該容置槽內(nèi)。2. 如權(quán)利要求1所述的氫氧電解裝置，其中，該第一金屬層、該第二金屬層分別由多數(shù) 微粒徑金屬球所構(gòu)成。3. 如權(quán)利要求2所述的氫氧電解裝置，其中，包括一壓電材料薄片；該壓電材料薄片置 于兩該電極之間，均勻擾動電解水溶液增強產(chǎn)生氫氣及氧氣的流動性以增加電解效能。4. 如權(quán)利要求3所述的氫氧電解裝置，其中，該微粒徑金屬球的成分選自鎳、鎳化合 物、鉬、鉑化合物、銠、銠化合物、鈷、鈷化合物、鐵、鐵化合物、鈀及鈀化合物其中的單一物或 混合物。5. 如權(quán)利要求4所述的氫氧電解裝置，其中，該第一金屬層及該第二金屬層分別具有 第一內(nèi)金屬層、第二內(nèi)金屬層及第一外金屬層、第二外金屬層；該第一內(nèi)金屬層置于該第一 表面及該第一外金屬層之間；該第二內(nèi)金屬層置于第二表面及該第二外金屬層之間。6. 如權(quán)利要求5所述的氫氧電解裝置，其中，該第一金屬層的該微粒徑金屬的密度較 該第二金屬層的該微粒徑金屬球的密度致密。7. 如權(quán)利要求6所述的氫氧電解裝置，其中，該微粒徑金屬球的粒徑為15 30微米。8. 如權(quán)利要求7所述的氫氧電解裝置，其中，該微粒徑金屬球是以選自無電解法、濺鍍 法、物理氣相蒸鍍法、化學(xué)氣相蒸鍍法及微納米粉末燒結(jié)法其中之一的方法披覆于該碳纖 維紙基材的該第一表面及該第二表面。9. 如權(quán)利要求1至8中任一項所述的氫氧電解裝置，其中，包括一脈沖式的直流電源 供應(yīng)器；該第一導(dǎo)電件及該第二導(dǎo)電件分別電連接該直流電源供應(yīng)器的一正極、一負(fù)極，使 該直流電源供應(yīng)器將脈沖式直流電供給該些電極，利用頻率調(diào)變激發(fā)該些電極之間的水分 子，使水分子在電解過程形成共振電解，以提升電解的效率。10. 如權(quán)利要求1至8中任一項所述的氫氧電解裝置，其中，該串元包括復(fù)數(shù)絕緣桿及 復(fù)數(shù)絕緣墊；該電極設(shè)有復(fù)數(shù)孔；該復(fù)數(shù)個絕緣桿分別貫穿該復(fù)數(shù)電極的該復(fù)數(shù)孔；該絕 緣桿的一帽部抵靠一最外側(cè)的該電極，該絕緣桿在另一最外側(cè)的該電極的外側(cè)端結(jié)合一該 絕緣墊，且在相鄰的兩該電極該之間均結(jié)合一該絕緣墊，以固定相鄰兩該電極之間的間距。11. 如權(quán)利要求io所述的氫氧電解裝置，其中，該第一容器包括一第一本體及一第一蓋體；該第一本體設(shè)有該第一容置槽；第一蓋體氣密結(jié)合該第一本體，使該第一容置槽成 一氣密的空間；該第一蓋體設(shè)有一第一出氣口 ；該串元被置于該第一容置槽內(nèi)；該第一導(dǎo)電件、該第二導(dǎo)電件的上端分別穿過該第一蓋體伸至該第一蓋體的上方。12. 如權(quán)利要求ll所述的氫氧電解裝置，其中，該第一本體的底端設(shè)有一第一進(jìn)液口 ； 該第一進(jìn)液口連通該第一容置槽；該第一蓋體設(shè)有一第二進(jìn)液口，該第二進(jìn)液口平時被一 第一密封件封閉，供使用者打開該第一密封件，將補充液經(jīng)由該第二進(jìn)液口輸入該第一容 置槽內(nèi)。13. 如權(quán)利要求12所述的氫氧電解裝置，其中，該第一本體結(jié)合第一水位傳感器；該第 一水位傳感器包括一高水位感測單元及一低水位感測單元，以感測該第一容置槽內(nèi)的電解 水溶液的高度。14. 如權(quán)利要求13所述的氫氧電解裝置，其中，包括一第二容器及一泵；該第二容器包 括一第二本體及一第二蓋體；該第二本體設(shè)有一第二容置槽、一第一出液口 ；該第一出液 口連通該第二容置槽；該第二蓋體氣密結(jié)合該第二本體使該第二容置槽成一氣密空間；該 第二蓋體設(shè)有一進(jìn)氣口、一第二出氣口及至少一第三進(jìn)液口 ；該第三進(jìn)液口平時被一第二 密封件封閉，供使用者打開該第二密封件，將補充液經(jīng)由該第三進(jìn)液口輸入該第二容置槽 內(nèi)；該第二蓋體另結(jié)合一管；該管置于第二容置槽內(nèi)連通該進(jìn)氣口 ；一第一管的兩端分別 結(jié)合該第一本體及該泵，連通該第一進(jìn)液口及該泵；一第二管的兩端分別連接該泵及該第 二本體，連通該泵及該第一出液口 ；一第三管的兩端分別連接該第一蓋體及該第二蓋體，連 通該第一出氣口及該進(jìn)氣口。15. 如權(quán)利要求14所述的氫氧電解裝置，其中，包括一控制器；該控制器分別電連接該 第一水位傳感器及該泵；當(dāng)該控制器偵測到該第一水位傳感器發(fā)出的高、低水位訊號時，即 分別發(fā)出訊號控制該泵停止或啟動，使該泵停止帶動補充液進(jìn)入該第一容置槽或帶動補充 液進(jìn)入該第一容置槽，使電解水溶液的高度維持在設(shè)定的范圍。16. 如權(quán)利要求15所述的氫氧電解裝置，其中，包括一脈沖式的直流電源供應(yīng)器；該第 一導(dǎo)電件及該第二導(dǎo)電件分別電連接該直流電源供應(yīng)器的一正極、一負(fù)極，使該直流電源 供應(yīng)器將脈沖式直流電供給該些電極，利用頻率調(diào)變激發(fā)該些電極之間的水...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張釗，
申請(專利權(quán))人：三京股份有限公司，張釗，
類型：發(fā)明
國別省市：71[中國|臺灣]