CN1685084A - 电解池 - Google Patents

Abstract

一种电解单元包括内室，内室包含其间具有隔板的多孔阳极和阴极板的堆。电解质通过内室中的多孔阳极和阴极而循环以产生氢气和氧气。多个电解单元可以安装在一起以形成电解池装置。

Description

电解池

技术领域

本发明涉及一种电解池，更特别地涉及一种用于从水中生产氢气的电解池。

背景技术

从一般地电解质溶液形式的水中生产氢气的电解池是已知的。这种电解池对于在车辆中生产氢气和氧气特别地有用，这些气体用来补充和增强车辆发动机的燃料供给。

先前的供船上车辆使用的电解池具有许多缺点。这种电解池古老、体大且沉重，利用已经原样许多年的技术，例如不锈钢板和敞口容器。另外，电解质经常被离开板极的金属离子污染从而经常减少。这些问题具有安全后果并导致装置中缺少效率和可靠性。

许多先前的单元同时产生氢气和氧气，而不分隔这些气体。这样，因为这些气体在一起是非常易爆炸的，许多安全部件必须包含进任一个电解池系统中。这增加了许多先前系统的复杂性从而它们的成本和故障的几率。

发明内容

一种电解单元已被发明，其允许胜过先前电解池单元的功率密度的增加，以及尺寸及重量的减小。氢气和氧气，虽然都在单元中产生，但保持分隔，使得对爆炸的担忧减小或消除。一种电解池装置可以包括一个或多个电解单元。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于从浓缩液态电解质中生产氢气和氧气的电解单元，该单元包括：外壳，多个多孔阴极板，放置于阴极板之间的多个多孔阳极板，在阴极板与外壳上的氢气出口端口之间以流体流连系的氢气导管；在阳极板与外壳上的氧气出口端口之间以流体流连系的氧气导管，电解质入口和电解质出口，电解质入口和电解质出口被布置，使得电解质流过阳极板和阴极板以及放置在每个相邻阳极板和阴极板之间的隔板，与电解质入口和电解质出口的每个相邻放置的隔板，隔板被选择使得能透过电解质但不能透过氢气和氧气。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于从浓缩液态电解质中生产氢和氧的电解池装置，该装置包括：外壳；外壳内的两个电解单元，每个电解单元包括内室并且其中放置多个多孔阴极板、多个多孔阳极板，多孔阴极板在阳极板之间交替，以及放置于每个相邻阳极板和阴极板之间的隔板，隔板被选择使得能透过电解质但不能透过氢气和氧气泡；与阴极板和在外壳上的氢气出口端口以流体流连系的氢气导管；与阳极板和在外壳上的氧气出口端口以流体流连系的氧气导管，次电解质入口和次电解质出口，次电解质入口和次电解质出口被布置使得电解质流过阳极板及阴极板，与次电解质入口和次电解质出口的每个相邻放置的隔板；向单元供给电解质并在两个电解单元的次电解质入口之间延伸的主电解质入口导管；以及电解质通过它从单元中排出的主电解质出口导管，主电解质出口导管在两个单元的次电解质出口之间延伸；主电解质入口导管和次电解质入口一起形成以保持两个单元之间至少95％的电流隔离；并且主电解质出口导管和次电解质出口一起形成以保持两个单元之间至少95％的电流隔离。

根据本发明的另一个广泛方面，提供了一种用于从浓缩液态电解质中生产氢气和氧气的电解池装置，该装置包括：外壳；外壳内的第一电解单元和外壳内的第二电解单元，每个电解单元包括多个多孔阴极板，放置在阴极板之间的多个多孔阳极板，与阴极板和外壳上的氢气出口端口以流体流连系的氢气导管；与阳极板和外壳上的氧气出口端口以流体流连系的氧气导管，第一及第二电解质入口和第一及第二电解质出口，电解质入口和电解质出口被布置使得电解质流过阳极板和阴极板以及放置在每个相邻阳极板和阴极板之间的隔板，与电解质入口和电解质出口的每个相邻放置的隔板，隔板被选择使得能透过电解质但不能透过氢气和氧气泡；向单元供给电解质并在第一和第二电解单元的电解质入口之间延伸的电解质入口导管；电解质通过它从单元中排出的电解质出口导管，电解质出口导管在第一和第二电解质单元的电解质出口之间延伸；以及放置在第一和第二单元之间并在两者之间形成隔壁的电解质扩散组件，电解质扩散组件定义第一电解单元的第一电解质入口和第一电解质出口，以及第二电解单元的第二电解质入口和第二电解质出口。

根据本发明的另一个广泛方面，提供了一种供电解单元中使用的电极，该电极包括：具有外表面的多孔导体，在多孔导体的外表面上的活性层材料，散布在活性层材料内的催化剂，以及用于电源的电连接的触点，该触点浇铸成与多孔导体接触。

附图说明

图1是根据本发明的电解单元的端视图。

图2是沿着图1的线II-II的示意剖面。

图3是沿着图1的线III-III的示意剖面。

图4是通过根据本发明的电解池装置的示意剖面，该剖面沿着电解质入口导管。

图5a是根据本发明的阳极的平面图。

图5b是沿着图5的线VI-VI的截面图。

图6a是用于本发明的折叠电极的透视图。

图6b是用于本发明的折叠电极的侧视图。

图7是显示电解质流的通过单元的示意截面图。

图8是通过电解池的剖面图，其中单元内的部件被移走。

图9是用于本发明的电解质分布组件的分解图。

图10是显示电连接的电解池装置的示意图。

图11是车辆中的电解装置的示意图。

具体实施方式

参考图1～3，根据本发明的电解单元被显示。单元包含多个阳极4和阴极6，并且使用浓缩液态电解质例如3～7摩尔的氢氧化钾来工作。高浓缩电解质的使用使单元可以在低温下工作而不冻结。每个相邻阳极和阴极之间具有能透过电解质但不能透过气体的隔板8。电极和隔板形成为薄板并排列成堆。隔板8也放置在堆的每端。电解单元在图2和3中示意地说明，因为每个电极和每个隔板的厚度是过分强调的从而不成比例。一般地，电极和隔板每个都小于1mm厚，虽然在平面上大得多(即例如10～20cm宽和20～40cm长)。因此，单元实际上比图中所示更薄和更紧密。

外壳10放置在阳极4、阴极6和隔板8的堆的周围。外壳定义其中放置阳极、阴极和隔板的内室11。外壳紧密地布置在电极和隔板周围。特别地，在所示例的实施方案中，单元被形成使得电极和隔板嵌入外壳的材料中。这通过将电极和隔板布置在模子中，在所布置部分的周围注入液态形式的外壳材料，并且使外壳固定来实现，这将在下文更全面地描述。

外壳10具有贯穿它的多个入口和出口端口。特别地，外壳包括电解质的入口端口12、电解质的出口端口14、所产生氢气的出口端口16，以及所产生氧气的出口端口18。端口12～18可以带分接头，或者制备成接受连接器19以连接到流体线。

端口12、14、16和18与贯穿单元的导管以液体流连系。特别地，端口16和18分别与氢气导管20和氧气导管22以液体流连系，并且端口12和14分别与电解质入口和出口导管24，26连系。电解质导管24，26的每个具有对着放置有电极和隔板的内室11的开口24a，26a。电解质分布组件27放置在导管开口24a，26a与端隔板8之间的堆的每端。电解质分布装置27包括板片27a，其形成导管24，26的末端并定义开口24a，26和扩散元件70。

电触点28，30分别连接到每个阳极和阴极。它们通过外壳伸出，以易于连接到电源。优选地，所有阳极触点28在外壳上排列成直线，并且所有阴极触点30在外壳上排列成直线但与阳极触点28不成直线。这使容易连接到电源。为了进一步使容易连接到电源，所有相同类型的触点可以一起浇铸，以形成单元的所有阴极的一个整体触点31和所有阳极的另一个整体触点。这样，每个单元将仅具有两个接线端子把电源电流连接到八个板片。

在单元的工作过程中，电解质流过导管24，直到内室11、出口导管26然后流出单元。电解质流参数，特别地入口流体的压力和出口流体的压力以及单元的入口和出口的相对定位被选择，使得至少一些电解质在流进出口导管26之前流过电极和隔板的平面。虽然在单元中显示每个电解质导管24，26的两个电解质入口和出口，但任何个数的电解质入口和出口可以使用。如果每个入口和出口导管的一个电解质入口和出口被使用，它们应当放置在单元的相对端，使得当从入口流到出口时电解质必须流过电极。

电源施加到触点28，而触点30接地。经过单元的电能传递在阳极4制造氧气并在阴极6制造氢气。因为在每个相邻阳极和阴极之间的不能透过气体的隔板8的存在，所产生气体不会混合。导管20仅与阴极6以流体流连系，并且导管22仅与阳极4以流体流连系。这样，在电极上析出的任何气体流过导管20，22的一个而不混合。

单元可以用各种方法制造。但是，在一种优选制造方法中，电极和隔板以通常相似的宽度和长度形成，并且电极和隔板以它们的平面基本平行的选中的对准排列来堆叠。然后堆放置在模子中，并且当在模子中保持该堆叠结构时，液体形式的外壳材料注入到堆的周围，使得当液体凝固时，堆被浇铸于外壳材料中。特别地，任何多孔元件，例如电极和扩散器的边缘用外壳材料浸渍，但是这些元件的中央保持开敞而没有被外壳材料接触。

外壳材料包围堆并浸渍任何多孔元件例如阳极和阴极的边缘。这样，内室实际上将在各个板元件的边缘向内部形成，如所示。为了防止外壳材料浸渍超过所希望的界限，密封剂可以涂敷在多孔元件的边缘的周围，或者边缘可以被形成以阻止在其上的浸渍。这将参考图5a和5b进一步讨论。另外，电解池的元件被一起压制并提供使液体可以进入并仅填充所希望体积的相容材料的机械阻挡。

导管20～26可以用各种方法形成。在一种实施方案中，导管20和22通过在电极、隔板和电极分布板上形成孔径并当布置堆时使这些孔径对准来制造。然后，液态外壳材料注入堆的周围并被选择以浸渍所形成孔径的周围。当外壳材料凝固时，其形成固体阻挡来隔离选定孔径与单元的内室。这将在下文更详细地描述。

为了安全，不使气体在气体不会流到气体导管的区域中产生是有益的。当然，如果气体在一对隔板之间产生，气体将被强迫流进气体导管中，因为气泡不能透过隔板。为了避免使气体在隔板的外面例如在电解质导管中产生，在隔板外面的电解质通路中的任何暴露的导电部分例如泵部件、电极或配件之间的电势差应当不大于1.2伏特，优选地不大于1.4伏特。大于1.2伏特的电势差一般地当阳极或阳极和阴极两者暴露于导管中时出现。因此，导管24，26应当没有暴露于其中的反应性电极表面。因此，优选地制造方法保证反应性电极表面从在隔板外面的导管24，26的暴露表面处凹进。

模子被选择，使得触点28，30的一部分从外壳伸出从而易于连接到电源。

外壳材料被选择，以在-45～+100℃的条件下热稳定并能忍耐单元中存在的化学和电条件。外壳材料也必须可用于以液体形式浇铸。一种有益的外壳材料是环氧树脂。

图1～3中所示的电解单元为单独使用而构建。但是，参考图4，具有少许修改的单元2可以与其他单元2a，2b串联组装，以构成为特定应用提供足够的产生气体的电解池装置32。在多个单元安装在一个装置中的情况下，电解质入口导管24、电解质出口导管(在该截面图中未能看到)以及气体导管20，22可以与整个装置中的每个单元连系。外壳10在整个装置周围延伸并包括使每个单元与其相邻单元隔离的内壁10b。电解池装置可以通过将每个单元的电极、阴极、隔板以及电解质分布组件的堆排列成其间具有内壁10b的首尾连接结构然后在堆的周围浇铸外壳而用与单独单元相同的方法形成。为了使整个装置稳定，优选地在每端具有端板34。

参考图5a和5b，根据本发明的阳极被显示。所示例的阳极已准备好装配形成单元。有用的阳极可以从Gaskatel GmbH，Germany获得，商标NiH33^TM。如先前所提到的，在本单元中氧气在阳极处生产。阳极是包括多孔导体40的气体扩散电极，多孔导体40其上粘附有活性层42，活性层42包括含有催化剂的支撑物。催化剂未能在图中看到，因为它被细微地划分并分布在整个活性层42中。导体40电连接到触点28。

活性层42包括由聚四氟乙烯(PTFE)混合物制成的包含憎水和亲水区的支撑物。支撑物为活性层提供贯穿它的憎水区和亲水孔。因此，活性层42允许气体通过憎水区而与流过亲水孔的电解质分隔地流通。活性层42压制成与导体紧密接合。

催化剂是电子转移在电解反应中发生的表面。催化剂例如镍、钙钛矿结构(LaO.6CaO.4CoO₃)、碳或氧化钛适合于用于氧气的生成。在一种实施方案中，基于成本优选地催化剂是Raney镍。在另一种实施方案中，基于成本和性能优选地使用钙钛矿结构。

导体40传导来自电触点28的电子，并且是多孔的以允许液体从中流过。与电解质接触时不会分解的任何导电材料可以使用。镍或不锈钢是优选的，其中镍是最优选的材料，因为它的耐腐蚀性。为了提供多孔性，导体40优选地形成丝网、筛网或海绵体。

活性层42仅需要涂敷到导体40的一侧。在电极的两侧都加上活性层不会增进任何好处。活性层可以用各种方法固定到导体上。在所示例的实施方案中，活性层通过压制成与导体接合来固定，如由交叉线所示的。

触点28可以由任何导电材料例如锡、镍或铜来制成。电连接可以通过焊接或优选地将触点浇铸到多孔导体的边缘上而形成。浇铸通过将导体浸渍到熔化的触点材料中来完成。浇铸优于焊接，因为它减小导体40与触点28之间的电荷集中效应。锡是在触点浇铸到导体上的情况下使用的优选触点材料。

应当认识到，当阳极浇铸到外壳中时，将有一个对气体生成开敞的中央反应区53，并且边缘53a将嵌入到外壳的材料中而不对气体生成开敞。活性层42可以仅涂敷到区域53上，或者它可以涂敷到整个导体表面上，即使其表面的一部分将嵌入外壳的材料中而因此不起作用。

因为阳极是多孔的，在使用优选方法构建单元时，液态外壳材料，例如环氧树脂，能够迁移到阳极的中央，例如进入区域53。但是，浇铸参数温度、时间以及压力考虑活性层42而选择，以阻止液态外壳材料迁移到超过区域53的周界进入到不希望材料迁移的其他电极区域。

阳极4使孔径46穿过它而形成，当与其他电极、隔板等上的类似孔径对准时，其定义氧气导管22。类似地，孔径48定义氢气导管22，并且孔径52定义电解质出口导管26的一个。虽然在最终的单元中，孔径46将对阳极的中央反应区53开敞，但不能透过气体及液体的阻塞，例如外壳材料，将提供在阳极上的孔径48，52周围，使得导管20，26将与在阳极上析出的气体隔离。为了使在反应区53与孔径48，52之间的外壳材料的迁移容易，活性层42从导体上移走以形成通道55，使得外壳材料可以容易地注入到那里。密封剂，例如活性层材料可以应用，以控制在孔径周围的外壳材料的注入。虽然不需要为电解质导管的正确形成提供孔径52，但是对于通过导管的有效电流转移，导体具有与触点28的最大接触是必要的。因此，使导体向上贯穿导管26之一的位置并为电解质导管切割出孔径52是希望的。如果希望的话，导体可以延伸得更宽以减小电荷集中。但是，如先前所提到的，优选地没有电极反应表面暴露于最终的电解质导管中，使得将没有气体在其中形成。因此，虽然导体需要在孔径周围提供，但是优选地在孔径52周围没有活性层42。优选地，也没有导体在导管中开敞。因此，孔径具有比所希望的导管的最终直径大的直径，并且孔径沿着外壳材料排列，例如通过在浇铸过程中允许外壳材料迁移到孔径中，然后沿着孔径的中轴钻出而不穿过导体。

在阳极的区域53上析出的氧气将穿过由PTFE活性层42的憎水区创建的网络并将通过所产生气体的压力迁移到氧气孔径46。为了使析出气体的排出容易，一个或多个气体通路56通过活性层42在阳极上形成以创建到孔径46的开路。气体通路是活性层中孔道并通过从该区域的导体上移走包含催化剂的活性层或通过在涂敷活性层过程中避开该区域而形成。

气体通路56减小氧气到孔径46的流动阻力，因此应当被定位，以减小从气体生成表面上的任一点到通路56的流通路的长度。在一种实施方案中，气体通路沿着区域53的边缘延伸，并且在另一种实施方案中，它们更靠近中央地贯穿气体生成区，例如从孔径46向内部对角地延伸。

氢气在阴极6处析出。优选的阴极一般地类似于如参考图5a和5b而描述的阳极。虽然相似的导体、催化剂和支撑物可以使用；但是材料可以被选择，而不用过多地担忧氧化问题。因此，优选地更好的导体，例如铜丝网可以使用。另外，应当容易认识到，阴极反应区与氢气孔径48和导管20以流体连系，并且到氧气孔径46的通路被封堵，例如通过在周围注入外壳材料。

参考图6a和6b，为了使电极的制造和装配容易，相同类型的两个相邻电极的触点可以形成为一个整体元件。该整体触点连接在两个电极之间并被折叠以允许电极放置成触点在每个电极的边缘的并排关系。在一种实施方案中，相邻电极从一片导体40形成，该导体40已被折叠以形成折叠边43和在其两侧的两个电极板。活性层42涂敷到每个电极板的反应面上。触点28a沿着折叠边43形成。触点28a可以通过将导体材料的折叠边浸渍到熔化的触点材料中而形成。

隔板8在每个相邻阳极和阴极之间以及在每个电极堆的端部提供。隔板是非导电性的，并保持所产生的氢气和氧气分隔同时允许电解质从其中流过。隔板使通路形成并调整大小，以使电解质离子和水分子可以通过但拒绝氧气或氢气泡的通过。一般地，通路倾向于具有小于1微米优选地大约0.03～0.05微米的直径。隔板必须足够厚以避免在电解之间的捷径的产生。但是，增加隔板的厚度增加电极之间的有效距离，从而导致较低效率。优选地，隔板大约是0.4mm厚。

隔板8优选地由多微孔的亲水塑料例如聚丙稀或聚乙烯制成，它们在电解质中化学稳定并在-45～100℃的温度下热稳定。石棉也可以使用，但不是优选的，因为关于其工艺的健康和环境考虑。

所先前所提到的，使电解质流过单元，并且至少一些流过电极4，6和隔板8的平面。这种电解质流通过增强气泡向气体出口的移动而减小气体堵塞、刷新电极周围的电解质，以及增强冷却。

电解质从入口孔口24a流到出口孔口26a。为了正确工作，至少一些电解质必须流过整个单元。虽然单元能够以一个或多个入口以及一个或多个出口工作，但优选地有两个分隔的入口和两个分隔的出口。因为可能有相当大的热量在系统中产生，优选地出口被定位以疏散受热的电解质而不在整个单元传递热量。因此，优选地出口端口关于重力与单元的上端相邻地放置。另外，为了使容易用电解质填充单元，使得不存在气囊，出口优选地与内室的上界尽可能接近地放置。入口和出口在内室的侧面敞开，使得流体直通电极的平面而不是与平面平行。

为了实现通过单元的电解质流，压力差可以在入口和出口之间建立。另外，为了使单元内的流动达到最优，可以有在两个入口24a之间建立的压力差，使得有横过单元的电解质流。虽然小于入口处压力差，压力差也将在出口处发生。这参考图7来说明，其中单元2的两个入口标识为24a’和24a”并且两个出口标识为26a’和26a”。通过入口24a’进入的每个电解质流由实线箭头指示，而通过入口24a”进入的流由轮廓箭头指示。

因为由电极和隔板产生的对电解质流的阻力，通过入口24a”进入的电解质的主要部分将靠近第一隔板流动并通过出口26a”流出，并且通过入口24a’进入的电解质的主要部分将通过出口26a’流出。在电极堆两侧上的这种电解质流将提供冷却。但是，通过扩散以及通过以比经过入口24a’更大的压力提供经过入口24a”的电解质流，相当的电解质从入口24a”流到出口26a’。因此，电解质有效地流过单元内室的所有区域，以对抗气体堵塞并刷新在电极周围的电解质。入口处的压力差可以用任何希望的方法建立，例如通过压力调节器或通过沿着电解质入口导管隔开入口以及入口和出口导管的差别调整。优选地，最高压力入口(图7中的24a”)和最低压力出口(图7中的26a”)之间的差应当保持在大约200～300mBar。

为了使容易提供多个单元2、2a等的入口之间的压力差和出口之间的压力差，优选地，有用于供给电解质的两个导管24L，24H，以及电解质通过它们从单元中排出的两个导管26L，26H。通过导管24L供给的电解质的压力处于比通过导管24H供给的电解质低的压力，类似地在导管26L的开口处产生的压力低于在导管26H的开口处的电解质中产生的压力。

电解质导管的开口24a，26a优选地以这样一种方式形成，使得从其中经过的流在大的表面区域上扩散和散布。特别地，优选地，开口24a，26a拉长延伸至少内室11的2/3宽度，并且分别与内室的底部和顶部相邻地放置。

电解质分布组件27放置在每个单元2的端部。每个组件27可以取决于所希望的单元结构以及共同安装在一个电解池装置中的单元的数量而以各种方法和用各种部件形成。在任何一种情况下，每个电解质分布组件包括与开口24a’相邻地放置的扩散元件70，用于使进入单元的电解质有效地扩散并均匀化。

在一种实施方案中，扩散元件包括多个曲折的流通路。扩散元件由在单元的环境中抗退化的材料例如不锈钢、镍或聚合材料制成。在优选实施方案中，扩散元件是不锈钢的压制海绵体。海绵体在轧制之前大约2.5mm厚，并且在轧制之后大约0.8mm。合适的扩散元件例如可从Gaskatel GmbH，Germany获得。

扩散元件可以固定在框架中或单独使用。在一种实施方案中，扩散元件通过在注入外壳材料之前排列在电极和隔板的堆的端部而直接浇铸到外壳中。当扩散元件通过浇铸到外壳中而固定在单元中时，密封材料例如聚丙烯线必须涂敷到扩散元件的周边周围，以防止环氧树脂渗透。聚丙烯线密封通过扩散元件的通路，并且作用就像o型环，其中它压紧相邻的固体表面以在其间形成密封。

在图8中所说明的实施方案中，两个单元以首尾连接的结构排列在电解池装置中。在所示例的装置中，电极、隔板以及扩散元件已经移走以容易理解。

在该实施方案中，电解质分布组件包容电解质入口导管24’和电解质出口导管26’。这些导管24’，26’分别连接到贯穿单元的主导管24，26。在多于一个单元安装在电解池装置中的情况下，电解质导管可以如所示地形成，以提供单元之间所需的例如大约95％的电流隔离。应当认识到，为了在一个电解池装置中的相邻单元的正确工作，一个单元中的阳极和阴极之间的欧姆损耗必须小于电解池装置中的任何两个单元之间的欧姆损耗。单元之间的足够的电流隔离可以通过在相邻单元之间形成整个导管来提供，包括例如其间的导管24’、导管24”和导管24的长度比一个单元中的相邻电极之间的距离大至少20倍并且优选地100倍。在本优选单元中，电极之间的距离达到大约1mm，因此单元之间导管的流程长度是20mm或更长。在一种实施方案中，该所希望长度通过将出口和/或入口导管24’和26’形成为迷宫(在剖视图中显示)，其中具有至少一个弯曲以产生延长的流通路。导管应当被形成，以提供电流隔离而不会过度地限制流动或导致液压损失。特别地，它们的横截面积、急转弯的个数以及表面平滑度应当被选择，以减小循环电解质所需的泵的大小并保持电解质的压强处于最小值同时保持电流隔离。

为了制造的容易，两个相邻单元2，2a的电解质入口和出口可以在一个组件中形成，同时保持单元隔离。参考图9，电解质分布组件27a可以通过以迭片排列将多个层粘连在一起而形成。电解质分布组件27a包括构成相邻单元之间的挡板的中央板10b，以及用于支撑扩散元件70的框架72。三个板74，76，78放置在中央板10b和框架72之间。板10b，74，76，78每个都具有穿过它们的开槽，例如80a，80b，80c，24a，81a，81b，81c和26a，并且被构建使得开槽对准以形成迷宫导管24’和26’。板74，76，78和框架72粘连在一起并粘连着中央板10b的第一侧面84以形成一个组件。指示为组85的类似于74，76，78的另一组板片以及类似于框架72的框架粘连到中央板的对面侧86，以形成相邻单元的导管。

每个板片10a～78和框架72包括孔径46，48，50和52，当板片与框架粘连在一起时，它们对准以分别形成氧气导管、氢气导管、两个电解质入口导管(即参考图7，一个提供高压入口24a”，而一个提供低压入口24a’)以及两个电解质出口导管(即一个通过高压出口26a”排出流，而一个从低压出口26a’排出流)的一部分。取决于开槽形成电解质入口还是电解质出口，孔径50，52对板10b上的开槽80a，81a的选定一些开敞。

整体上，在图9的电解质分布组件27a上有四个分开的导管。这些导管是一个单元的一个入口和一个出口以及相邻单元的一个入口和一个出口。板上的开槽被排列，使得在组件上的任何导管24’和26’之间没有流，并且使得通过每个导管的所有流通过迷宫而不是直接从电解质孔径流到入口24a，26a。通过两组开槽的示范性电解质流由箭头指示。

凹口87，88在板和框架中形成，以在电解池装置的制造过程中有助于外壳材料注入，使得在气体通道周围形成阻挡。

板和框架72由非导电材料制成，该材料在单元环境中是热和化学稳定的。特别有用的聚合材料是聚砜。

参考图10，当多个单元2，2a，2b，2c连接在一起，以形成电解池装置32时，优选地单元串联地连接到电源89。当单元或电解池装置在车辆中使用时，电源89是车辆电池或交流发动机，并且由电源调节器(没有显示)来调节。

串联连接允许使用方便的电源。例如，具有串联连接的两个至五个单元的电解池装置可以方便地以汽车电池或交流发动机来工作。为了使串联连接简化，优选地电极被排列，使得一个单元的所有阳极触点28在外壳上排成一列或整体形成，并且这些触点与装置中下一个相邻单元的阴极触点30对准。

在某个单元中可以有任意数量阳极和阴极。但是，为了使用9伏特电源的车辆系统中的最佳运行，优选地，每个单元包含串连排列的8个电极，如下：一个端阴极，一对阳极，一对阴极，一对阳极以及一个端阴极。

参考图11，由电解单元或电解池装置32产生的气体通过气体输送系统90流动到车辆发动机(没有显示)以注入到发动机油管、进气口中或者作为排气装置中的后处理。优选地，所产生的氢气和氧气在分开的线路91，92中输送并保持分开直到注入发动机。气体输送系统包括氢气和氧气线路的每个的压力调节器94。压力调节器94保证装置32中的气体压力保持在选定的压力之上，该压力大于装置中电解质的压力。这防止电解质通过气体端口流出。

气体输送系统也包括每个线路91，92的湿气移去器96。湿气移去器96可以是基于化学的使用例如硅胶、机械的使用Gore-Tex^TM隔膜，或者电气的使用珀尔帖效应冷凝器。线路98从每个湿气移去器延伸到电解质储存器100。

电解质流过装置32和电解质储存器100之间的线路101。储存器100包括控制102以保证电解质的温度低于大约80℃的选定值，以及液位检测器以保证合适体积的电解质可用于供给装置。混合器106也被提供以保证电解质均匀性被保持。

应当认识到，可以对说明性实施方案做出许多其他改变，同时这些改变落入本发明的范围内，并且打算所有这些改变被这里所附加的权利要求书所覆盖。

Claims (40)

1.一种用于从浓缩液态电解质中产生氢和氧的电解单元，该单元包括：外壳，多个多孔阴极板，放置在阴极板之间的多个多孔阳极板，在阴极板和外壳上的氢气出口端口之间以流体流连系的氢气导管；在阳极板和外壳上的氧气出口端口之间以流体流连系的氧气导管，电解质入口和电解质出口，电解质入口和电解质出口被布置成使得电解质流过阳极板和阴极板以及放置在每个相邻阳极板和阴极板之间的隔板，与电解质入口和电解质出口的每个相邻放置的端隔板，端隔板被选择成能透过电解质但不能透过氢气和氧气。

2.根据权利要求1的电解单元，其中有四个阳极板和四个阴极板并且它们从端部到端部排列为阴极，阳极，阳极，阴极，阴极，阳极，阳极，阴极。

3.根据权利要求1的电解单元，其中在电解质入口和电解质出口之间有压差，使得在其间产生流。

4.根据权利要求3的电解单元还包括第二电解质入口，并且其中在入口之间有压差。

5.根据权利要求3的电解单元还包括第二电解质出口，并且其中在出口之间有压差。

6.根据权利要求1的电解单元，其中电解质入口和电解质出口构成电解质流通路的一部分，并且任意电极与端隔板外的电解质流通路中的任意暴露导电表面之间的势差保持低于1.2V。

7.根据权利要求1的电解单元，其中入口或出口的至少一个形成为其中具有至少一个弯曲以有效地增加其长度的迷宫。

8.根据权利要求1的电解单元，其中有高压电解质入口、低压电解质入口、高压电解质出口以及低压电解质出口。

9.根据权利要求1的电解单元，还包括与电解质入口相邻地放置以扩散流过入口的电解质流的电解质扩散元件。

10.根据权利要求9的电解单元，其中电解质入口被定位成在通过扩散元件的平面的流通路中供给电解质。

11.根据权利要求1的电解单元，其中隔板包括通过它的通路，该通路被调整大小以允许电解质的通行但拒绝氢气和氧气泡的通行。

12.根据权利要求11的电解单元，其中隔板是多微孔的亲水塑料。

13.根据权利要求1的电解单元，其中阳极板和阴极板是气体扩散电极，包括气体从其中输送的憎水通路和电解质从其中输送的亲水通路。

14.根据权利要求1的电解单元，其中阳极板包括至少一些相邻的阳极，它们通过折叠阳极来形成折叠边以准备装配它们以及在折叠边处形成阳极触点表面而作为一个单位整体形成。

15.根据权利要求14的电解单元，其中阳极触点通过将折叠边浸渍到熔化的触点材料中而形成。

16.一种用于从浓缩液态电解质中产生氢和氧的电解池装置，该装置包括：

外壳；

外壳中的两个电解单元，每个电解单元包括内室并且其中放置多个多孔阴极板，放置于其中的多个多孔阳极板，多孔阴极板在阳极板之间交替，以及放置在每个相邻阳极板和阴极板之间的隔板，隔板被选择以能透过电解质但不能透过氢气和氧气泡；与阴极板和在外壳上的氢气出口端口以流体流连系的氢气导管；与阳极板和在外壳上的氧气出口端口以流体流连系的氧气导管，次电解质入口和次电解质出口，次电解质入口和次电解质出口被布置使得电解质流过阳极板及阴极板，与次电解质入口和次电解质出口的每个相邻放置的隔板；

向所述各单元供给电解质并在两个电解单元的次电解质入口之间延伸的主电解质入口导管；以及

主电解质出口导管，电解质通过它从单元中排出，主电解质出口导管在两个单元的次电解质出口之间延伸；

主电解质入口导管和次电解质入口一起形成为保持两个单元之间至少95％的电流隔离；并且

主电解质出口导管和次电解质出口一起形成为保持两个单元之间至少95％的电流隔离。

17.根据权利要求16的电解池装置，其中该至少95％的电流隔离通过形成主电解质入口导管和次电解质入口以具有比单元中相邻阳极板和阴极板之间的有效距离大至少20倍的组合长度来实现。

18.根据权利要求16的电解池装置，其中次电解质入口的至少一个形成为其中具有至少一个弯曲以有效地增加它们的长度的迷宫。

19.根据权利要求16的电解池装置，其中次电解质出口形成为其中具有至少一个弯曲以有效地增加它们的长度的迷宫。

20.根据权利要求16的电解池装置，其中次电解质入口包括通向电解单元内室的端口，并且端口的至少一个延伸电解单元内室的宽度的至少2/3。

21.根据权利要求20的电解池装置，其中次电解质出口包括通向电解单元内室的端口，并且端口的至少一个延伸电解单元内室的宽度的至少2/3。

22.根据权利要求21的电解池装置，其中次电解质出口端口由重力决定而定位在次电解质入口端口之上。

23.根据权利要求16的电解池装置，其中在每个单元中在次电解质入口和次电解质出口之间有压差，使得在其间产生流。

24.根据权利要求16的电解池装置，其中在每个单元中的次电解质出口之间有压差，使得有低压出口和高压出口，并且与高压出口相比更多的流通过低压出口。

25.根据权利要求24的电解池装置，其中有第一和第二主电解质出口导管，该第一主电解质出口导管在两个单元的高压出口之间延伸，并且该第二主电解质出口导管在两个单元的低压出口之间延伸。

26.根据权利要求16的电解池装置还包括在该至少两个单元中的第二次电解质入口，并且其中在每个单元中的两个次入口之间有压差。

27.根据权利要求26的电解池装置，其中有第一和第二主电解质入口导管，该第一主电解质入口导管在两个单元的第一次电解质入口之间延伸，并且该第二主电解质入口导管在两个单元的第二次电解质入口之间延伸。

28.根据权利要求16的电解池装置，任意电极与端隔板外的电解质流通路中的任意暴露导电表面之间的势差保持低于1.2V。

29.根据权利要求16的电解池装置，其中任何阳极板或阴极板的反应面都不暴露于电解质导管、入口或出口中。

30.根据权利要求16的电解池装置，其中各单元通过将阳极板、阴极板以及隔板排列成堆并在其周围注入外壳材料来形成，并且贯穿单元的主电解质入口导管和主电解质出口导管被选择，使得没有阳极或阴极气体生成表面暴露于主导管中。

31.一种用于从浓缩液态电解质中产生氢和氧的电解池装置，该装置包括：

外壳；

外壳内的第一电解单元和外壳内的第二电解单元，每个电解单元包括多个多孔阴极板，放置在阴极板之间的多个多孔阳极板，与阴极板和外壳上的氢气出口端口以流体流连系的氢气导管；与阳极板和外壳上的氧气出口端口以流体流连系的氧气导管，第一及第二电解质入口和第一及第二电解质出口，电解质入口和电解质出口被布置使得电解质流过阳极板和阴极板以及放置在每个相邻阳极板和阴极板之间的隔板，与电解质入口和电解质出口的每个相邻放置的隔板，隔板被选择使得能透过电解质但不能透过氢气和氧气泡；

向各单元供给电解质并在第一和第二电解单元的电解质入口之间延伸的电解质入口导管；以及

电解质出口导管，电解质通过它从单元中排出，电解质出口导管在第一和第二电解质单元的电解质出口之间延伸；

放置在第一和第二单元之间并在两者之间形成隔壁的电解质扩散组件，电解质扩散组件限定第一电解单元的第一电解质入口和第一电解质出口，以及第二电解单元的第二电解质入口和第二电解质出口。

32.根据权利要求31的电解池装置，其中电解质入口导管和电解质出口导管每个被形成为保持各单元之间的至少95％的电流隔离。

33.根据权利要求32的电解池装置，其中该至少95％的电流隔离通过形成电解质入口导管和电解质出口导管，使得在第一单元中的电极与第二单元中的电极之间的最短电解质通路长度比一个单元中相邻阳极板和阴极板之间的有效距离大至少20倍来实现。

34.根据权利要求31的电解池装置，其中电解质入口导管包括这样的一部分，其通过电解质扩散组件并形成为其中具有至少一个弯曲以有效地增加其长度的迷宫。

35.根据权利要求31的电解池装置，其中电解质入口导管包括这样的一部分，其通过电解质扩散组件并形成为每个都其中具有至少一个弯曲以有效地增加它们的长度的迷宫。

36.一种供在电解单元中使用的电极，该电极包括：具有外表面的多孔导体，在多孔导体的外表面上的活性层材料，散布于活性层材料中的催化剂，以及用于电连接到电源的触点，该触点被模制成与多孔导体接触。

37.根据权利要求36的电极，其中触点由锡制成。

38.根据权利要求36的电极，其中触点通过模制连接到电解单元中相同类型的其它电极的触点。

39.根据权利要求36的电极，其中导体与第二电极集成，该第二电极被折叠以与该电极处于并排关系。

40.根据权利要求39的电极，其中导体在该电极与第二电极之间形成折叠边，并且触点连接在折叠边处。

Images