權(quán)利要求

1.一種固態(tài)電解質(zhì)模塊的制備方法，其特征在于，包含下列步驟：

將磺化后的電解質(zhì)基體和造孔劑混合，順次進(jìn)行壓制、干燥、水浴和燒結(jié)，得到所述的固態(tài)電解質(zhì)模塊。

2.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)電解質(zhì)模塊的制備方法，其特征在于，所述磺化后的電解質(zhì)基體包括磺化后的苯乙烯-二乙烯基苯或磺化后的苯乙烯，所述造孔劑為氯化鈉;所述磺化后的電解質(zhì)基體和造孔劑的質(zhì)量比為0.5~1.5：2.5~3.5;

所述壓制的壓力為15~20MPa，壓制的時(shí)間為2~6min。

3.如權(quán)利要求1或2所述的固態(tài)電解質(zhì)模塊的制備方法，其特征在于，所述干燥的溫度為100~150℃，干燥的時(shí)間為1.5~2.5h;

所述水浴的溫度為35~45℃，水浴的次數(shù)為7~9次;單次水浴的時(shí)間為0.4~0.6h;

所述燒結(jié)的溫度為150~250℃，燒結(jié)的時(shí)間為2~4h。

4.權(quán)利要求1~3任意一項(xiàng)所述的固態(tài)電解質(zhì)模塊的制備方法制備得到的固態(tài)電解質(zhì)模塊。

5.一種固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆，其特征在于，所述固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆包括n個(gè)電解單元，n≥1;

單個(gè)電解單元包含依次層疊設(shè)置的陽(yáng)極端板、陽(yáng)極導(dǎo)流板、陽(yáng)極腔框架、陽(yáng)極泡沫雙極板、第一墊圈、陽(yáng)極、陽(yáng)離子交換膜、固態(tài)電解質(zhì)腔、陰極、第二墊圈、陰極泡沫雙極板、陰極腔框架、陰極導(dǎo)流板和陰極端板;相鄰兩個(gè)電解單元的陽(yáng)極端板和陰極端板相接觸;

單個(gè)電解單元的固態(tài)電解質(zhì)腔填充有權(quán)利要求4所述的固態(tài)電解質(zhì)模塊。

6.如權(quán)利要求5所述的固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆，其特征在于，所述陽(yáng)極為陽(yáng)極氣體擴(kuò)散電極;

所述陽(yáng)極氣體擴(kuò)散電極的制備方法包含下列步驟：

將氧化銥、異丙醇、水和Nafion溶液混合，進(jìn)行球磨得到陽(yáng)極漿料;

將陽(yáng)極漿料噴涂至陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層表面，得到陽(yáng)極氣體擴(kuò)散電極。

7.如權(quán)利要求6所述的固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆，其特征在于，所述Nafion溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3~7%，所述氧化銥、異丙醇、水和Nafion溶液的質(zhì)量體積比為0.5~1.5g：30~40mL：20~30mL：0.5~1.5mL;

所述球磨的溫度為5~15℃，球磨的時(shí)間為20~40min;

所述噴涂的漿料壓力為0.1~0.35bar，噴涂的霧化壓力為2.5~4.5bar，噴涂的噴輻壓力為0.5~1.5bar。

8.如權(quán)利要求5所述的固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆，其特征在于，所述陰極為陰極氣體擴(kuò)散電極;

所述陰極氣體擴(kuò)散電極的制備方法包含下列步驟：

將炭黑、異丙醇、水和聚四氟乙烯乳液混合，進(jìn)行球磨得到陰極漿料;

將陰極漿料噴涂至陰極氣體擴(kuò)散層表面，得到陰極氣體擴(kuò)散電極。

9.如權(quán)利要求8所述的固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆，其特征在于，所述聚四氟乙烯乳液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55~65%，所述炭黑、異丙醇、水和聚四氟乙烯乳液的質(zhì)量體積比為0.5~1.5g：30~40mL：20~30mL：0.5~1.5mL;

所述球磨的溫度為5~15℃，球磨的時(shí)間為20~40min;

所述噴涂的漿料壓力為0.1~0.35bar，噴涂的霧化壓力為2.5~4.5bar，噴涂的噴輻壓力為0.5~1.5bar。

10.權(quán)利要求5~9任意一項(xiàng)所述固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆在電合成過(guò)氧化氫中的應(yīng)用。

說(shuō)明書(shū)

技術(shù)領(lǐng)域

[0001]本發(fā)明涉及過(guò)氧化氫合成技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種固態(tài)電解質(zhì)模塊及其制備方法以及固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

[0002]過(guò)氧化氫(H2O2)是一種極為重要的無(wú)機(jī)化合物，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、化工、造紙和冶金等領(lǐng)域。近年來(lái)，電合成H2O2技術(shù)因其低成本、操作簡(jiǎn)單和及時(shí)性獲得了廣泛關(guān)注，其反應(yīng)裝置的可移植性和模塊化屬性為大規(guī)模電合成過(guò)氧化氫提供了潛在可能。然而，電化學(xué)反應(yīng)依賴(lài)具有高導(dǎo)電性的電解質(zhì)，傳統(tǒng)的電合成過(guò)氧化氫方法需要向反應(yīng)器中加入大量的支持電解質(zhì)，這就導(dǎo)致了獲得的過(guò)氧化氫含有Na+、K+、SO42-等雜質(zhì)離子，需要利用提純技術(shù)進(jìn)一步凈化，這增加了處理成本。膜電極組件通過(guò)將產(chǎn)出的過(guò)氧化氫從氣體擴(kuò)散層向空氣面排出，可以合成純過(guò)氧化氫，但這種方式會(huì)導(dǎo)致過(guò)氧化氫在排出過(guò)程中淹沒(méi)氣體擴(kuò)散層的孔隙通道，必然存在法拉第效率降低的問(wèn)題。

[0003]以不溶于水的固態(tài)電解質(zhì)替代液態(tài)電解質(zhì)，為電合成純過(guò)氧化氫開(kāi)辟了一個(gè)新的途徑。申請(qǐng)?zhí)枮?02111345121.6、名稱(chēng)為一種氣體擴(kuò)散陰極及原位產(chǎn)過(guò)氧化氫的電化學(xué)反應(yīng)器的專(zhuān)利采用該方法合成了過(guò)氧化氫。然而該專(zhuān)利是以固態(tài)電解質(zhì)和液態(tài)電解質(zhì)(Na2SO4)混合的方法進(jìn)行的電合成實(shí)驗(yàn)，并未得到高濃度的純過(guò)氧化氫。同時(shí)，鑒于大部分固態(tài)電解質(zhì)的小顆粒屬性(粒徑在6微米至500微米之間)，導(dǎo)致在使用過(guò)程中不易裝配，且具有一定的流動(dòng)性，容易隨通入的純水流出，導(dǎo)致使用場(chǎng)景受限。

[0004]基于此，提出一種電合成純H2O2的固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆，提升固態(tài)電解質(zhì)的使用便利性，實(shí)現(xiàn)純過(guò)氧化氫的高效合成，具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種固態(tài)電解質(zhì)模塊及其制備方法以及固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆及其應(yīng)用。一方面，通過(guò)制作多孔固態(tài)電解質(zhì)模塊替代傳統(tǒng)的液態(tài)電解質(zhì)，得到不含有任何雜質(zhì)離子的純過(guò)氧化氫;另一方面，設(shè)計(jì)可多槽串聯(lián)的電堆結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)大流量、高濃度純過(guò)氧化氫的在線合成。

[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種固態(tài)電解質(zhì)模塊的制備方法，包含下列步驟：

將磺化后的電解質(zhì)基體和造孔劑混合，順次進(jìn)行壓制、干燥、水浴和燒結(jié)，得到所述的固態(tài)電解質(zhì)模塊。

[0007]作為優(yōu)選，所述磺化后的電解質(zhì)基體包括磺化后的苯乙烯-二乙烯基苯或磺化后的苯乙烯，所述造孔劑為氯化鈉;所述磺化后的電解質(zhì)基體和造孔劑的質(zhì)量比為0.5~1.5：2.5~3.5;

所述壓制的壓力為15~20MPa，壓制的時(shí)間為2~6min。

[0008]作為優(yōu)選，所述干燥的溫度為100~150℃，干燥的時(shí)間為1.5~2.5h;

所述水浴的溫度為35~45℃，水浴的次數(shù)為7~9次;單次水浴的時(shí)間為0.4~0.6h;

所述燒結(jié)的溫度為150~250℃，燒結(jié)的時(shí)間為2~4h。

[0009]本發(fā)明還提供了所述的固態(tài)電解質(zhì)模塊的制備方法制備得到的固態(tài)電解質(zhì)模塊。

[0010]本發(fā)明還提供了一種固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆，所述固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆包括n個(gè)電解單元，n≥1;

單個(gè)電解單元包含依次層疊設(shè)置的陽(yáng)極端板、陽(yáng)極導(dǎo)流板、陽(yáng)極腔框架、陽(yáng)極泡沫雙極板、第一墊圈、陽(yáng)極、陽(yáng)離子交換膜、固態(tài)電解質(zhì)腔、陰極、第二墊圈、陰極泡沫雙極板、陰極腔框架、陰極導(dǎo)流板和陰極端板;相鄰兩個(gè)電解單元的陽(yáng)極端板和陰極端板相接觸;

單個(gè)電解單元的固態(tài)電解質(zhì)腔填充有所述的固態(tài)電解質(zhì)模塊。

[0011]作為優(yōu)選，所述陽(yáng)極為陽(yáng)極氣體擴(kuò)散電極;

所述陽(yáng)極氣體擴(kuò)散電極的制備方法包含下列步驟：

將氧化銥、異丙醇、水和Nafion溶液混合，進(jìn)行球磨得到陽(yáng)極漿料;

將陽(yáng)極漿料噴涂至陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層表面，得到陽(yáng)極氣體擴(kuò)散電極。

[0012]作為優(yōu)選，所述Nafion溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3~7%，所述氧化銥、異丙醇、水和Nafion溶液的質(zhì)量體積比為0.5~1.5g：30~40mL：20~30mL：0.5~1.5mL;

所述球磨的溫度為5~15℃，球磨的時(shí)間為20~40min;

所述噴涂的漿料壓力為0.1~0.35bar，噴涂的霧化壓力為2.5~4.5bar，噴涂的噴輻壓力為0.5~1.5bar。

[0013]作為優(yōu)選，所述陰極為陰極氣體擴(kuò)散電極;

所述陰極氣體擴(kuò)散電極的制備方法包含下列步驟：

將炭黑、異丙醇、水和聚四氟乙烯乳液混合，進(jìn)行球磨得到陰極漿料;

將陰極漿料噴涂至陰極氣體擴(kuò)散層表面，得到陰極氣體擴(kuò)散電極。

[0014]作為優(yōu)選，所述聚四氟乙烯乳液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55~65%，所述炭黑、異丙醇、水和聚四氟乙烯乳液的質(zhì)量體積比為0.5~1.5g：30~40mL：20~30mL：0.5~1.5mL;

所述球磨的溫度為5~15℃，球磨的時(shí)間為20~40min;

所述噴涂的漿料壓力為0.1~0.35bar，噴涂的霧化壓力為2.5~4.5bar，噴涂的噴輻壓力為0.5~1.5bar。

[0015]本發(fā)明還提供了所述固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆在電合成過(guò)氧化氫中的應(yīng)用。

[0016]本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明提供了一種固態(tài)電解質(zhì)模塊的制備方法，包含下列步驟：將磺化后的電解質(zhì)基體和造孔劑混合，順次進(jìn)行壓制、干燥、水浴和燒結(jié)，得到固態(tài)電解質(zhì)模塊;本發(fā)明創(chuàng)造性的將微米級(jí)的固態(tài)電解質(zhì)顆粒制備成任意形狀的多孔塊狀固體，極大的提升了其使用的便利性，所得固態(tài)電解質(zhì)模塊具有優(yōu)異的離子傳導(dǎo)性和透水性。固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆使用固態(tài)電解質(zhì)模塊作為離子導(dǎo)體，可高效合成不含任何雜質(zhì)的純過(guò)氧化氫。

[0017]本發(fā)明提供了一種固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆，電堆由兩個(gè)端板及層疊設(shè)置于兩個(gè)端板之間的多個(gè)電解槽單元組成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，電合成反應(yīng)過(guò)程中槽壓低、能耗小，具備大規(guī)模移植裝配、生產(chǎn)的潛力。同時(shí)，電堆電合成反應(yīng)僅需要水和氧氣，產(chǎn)物為純過(guò)氧化氫，反應(yīng)物廉價(jià)、易制取，產(chǎn)物不含雜質(zhì)，無(wú)需進(jìn)一步提純。整體電合成過(guò)氧化氫工藝綠色、環(huán)保、可控，能夠?qū)崿F(xiàn)能源的綠色、高效利用。本發(fā)明提供的固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆，通過(guò)控制不同的進(jìn)水流速，能產(chǎn)出近10wt.%的純過(guò)氧化氫，法拉第效率可達(dá)90%。

附圖說(shuō)明

[0018]圖1為實(shí)施例1中固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆的具體結(jié)構(gòu)示意圖(圖1中，1為第一陽(yáng)極端板，2為第一陽(yáng)極導(dǎo)流板，3為第一陽(yáng)極腔框架，4為第一陽(yáng)極泡沫雙極板，5為第一墊圈，6為第一陽(yáng)極，7為第一陽(yáng)離子交換膜，8為第一固態(tài)電解質(zhì)腔，9為第一陰離子膜，10為第一陰極，11為第二墊圈，12為第一陰極泡沫雙極板，13為第一陰極腔框架，14為第一陰極導(dǎo)流板，15為第一陰極端板，16為第二陽(yáng)極端板，17為第二陽(yáng)極導(dǎo)流板，18為第二陽(yáng)極腔框架，19為第二陽(yáng)極泡沫雙極板，20為第三墊圈，21為第二陽(yáng)極，22為第二陽(yáng)離子交換膜，23為第二固態(tài)電解質(zhì)腔，24為第二陰離子膜，25為第二陰極，26為第四墊圈，27為第二陰極泡沫雙極板，28為第二陰極腔框架，29為第二陰極導(dǎo)流板，30為第二陰極端板，31為第三陽(yáng)極端板，32為第三陽(yáng)極導(dǎo)流板，33為第三陽(yáng)極腔框架，34為第三陽(yáng)極泡沫雙極板，35為第五墊圈，36為第三陽(yáng)極，37為第三陽(yáng)離子交換膜，38為第三固態(tài)電解質(zhì)腔，39為第三陰離子膜，40為第三陰極，41為第六墊圈，42為第三陰極泡沫雙極板，43為第三陰極腔框架，44為第三陰極導(dǎo)流板，45為第三陰極端板，46為塑料螺栓套);

圖2為應(yīng)用例1中固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆的陰極進(jìn)出料示意圖;

圖3為應(yīng)用例1中固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆的固態(tài)電解質(zhì)腔進(jìn)出料示意圖;

圖4為應(yīng)用例1中固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆的陽(yáng)極進(jìn)出料示意圖;

圖5為應(yīng)用例1~2中固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆在過(guò)流狀態(tài)時(shí)的過(guò)氧化氫產(chǎn)量及法拉第效率變化示意圖;

圖6為應(yīng)用例1和應(yīng)用例3~4中固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆在過(guò)流狀態(tài)時(shí)的過(guò)氧化氫產(chǎn)量及法拉第效率變化示意圖;

圖7為應(yīng)用例1和應(yīng)用例5中固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆在過(guò)流狀態(tài)時(shí)的過(guò)氧化氫產(chǎn)量及法拉第效率變化示意圖;

圖8為應(yīng)用例3中固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆合成過(guò)氧化氫的產(chǎn)量隨時(shí)間變化的示意圖;

圖9為應(yīng)用例3中固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆合成過(guò)氧化氫的pH隨時(shí)間變化的示意圖;

圖10為應(yīng)用例3中固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆合成過(guò)氧化氫的槽壓隨時(shí)間變化的示意圖。

具體實(shí)施方式

[0019]本發(fā)明提供了一種固態(tài)電解質(zhì)模塊的制備方法，包含下列步驟：

將磺化后的電解質(zhì)基體和造孔劑混合，順次進(jìn)行壓制、干燥、水浴和燒結(jié)，得到所述的固態(tài)電解質(zhì)模塊。

[0020]在本發(fā)明中，所述磺化后的電解質(zhì)基體包括磺化后的苯乙烯-二乙烯基苯或磺化后的苯乙烯，所述造孔劑為氯化鈉;磺化后的苯乙烯-二乙烯基苯的制備方法包含下列步驟：

將苯乙烯-二乙烯基苯(CAS號(hào)為9052-95-3)和1,2-二氯乙烷混合進(jìn)行溶脹，得到溶脹后的苯乙烯-二乙烯基苯;將溶脹后的苯乙烯-二乙烯基苯與硫酸溶液混合，進(jìn)行磺化反應(yīng)，磺化反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行洗滌，得到磺化后的苯乙烯-二乙烯基苯。

[0021]在本發(fā)明中，所述1,2-二氯乙烷的用量根據(jù)本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)手段確定，能夠浸沒(méi)苯乙烯-二乙烯基苯即可;所述溶脹的時(shí)間優(yōu)選為11~13h，進(jìn)一步優(yōu)選為11.5~12.5h，更優(yōu)選為12h;所述硫酸溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選為97~98%，更優(yōu)選為97.5%;所述硫酸溶液的用量根據(jù)本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)手段確定，能夠浸沒(méi)溶脹后的苯乙烯-二乙烯基苯即可;所述磺化反應(yīng)的溫度優(yōu)選為60~130℃，進(jìn)一步優(yōu)選為80~110℃，更優(yōu)選為90~100℃，磺化反應(yīng)的時(shí)間優(yōu)選為2~4h，進(jìn)一步優(yōu)選為2.5~3.5h，更優(yōu)選為3~3.2h;洗滌包含順次進(jìn)行的丙酮洗滌和水洗，丙酮洗滌的目的為除去1,2-二氯乙烷，水洗直至濾液為中性。

[0022]在本發(fā)明中，磺化后的苯乙烯的制備方法與磺化后的苯乙烯-二乙烯基苯的制備方法相同，僅需要將原料中的苯乙烯-二乙烯基苯替換為苯乙烯即可。

[0023]在本發(fā)明中，所述磺化后的電解質(zhì)基體和造孔劑的質(zhì)量比優(yōu)選為0.5~1.5：2.5~3.5，進(jìn)一步優(yōu)選為0.7~1.3：2.7~3.3，更優(yōu)選為1~1.1：3~3.1。

[0024]在本發(fā)明中，混合的方式為研磨，研磨的時(shí)間優(yōu)選為25~35min，進(jìn)一步優(yōu)選為27~33min，更優(yōu)選為30~31min;研磨結(jié)束后進(jìn)行干燥，除去水分，然后再進(jìn)行后續(xù)的壓制;所述干燥的溫度優(yōu)選為60~80℃，進(jìn)一步優(yōu)選為65~75℃，更優(yōu)選為70~72℃;干燥的時(shí)間優(yōu)選為22~26h，進(jìn)一步優(yōu)選為23~25h，更優(yōu)選為23.5~24h。

[0025]在本發(fā)明中，所述壓制的壓力優(yōu)選為15~20MPa，進(jìn)一步優(yōu)選為16~19MPa，更優(yōu)選為17~18MPa;壓制的時(shí)間優(yōu)選為2~6min，進(jìn)一步優(yōu)選為3~5min，更優(yōu)選為4min。

[0026]在本發(fā)明中，壓制后干燥的目的為去除附著的空氣和水分，并提高壓制所得電解質(zhì)片的機(jī)械強(qiáng)度，所述干燥的溫度優(yōu)選為100~150℃，進(jìn)一步優(yōu)選為110~140℃，更優(yōu)選為120~130℃;干燥的時(shí)間優(yōu)選為1.5~2.5h，進(jìn)一步優(yōu)選為1.7~2.3h，更優(yōu)選為1.9~2.0h。

[0027]在本發(fā)明中，所述水浴的溫度優(yōu)選為35~45℃，進(jìn)一步優(yōu)選為37~43℃，更優(yōu)選為40~41℃;水浴的次數(shù)優(yōu)選為7~9次，更優(yōu)選為8次;單次水浴的時(shí)間優(yōu)選為0.4~0.6h，進(jìn)一步優(yōu)選為0.45~0.55h，更優(yōu)選為0.5h;單次水浴結(jié)束后，需要更換水，再進(jìn)行下一次水浴;單次水浴用水量根據(jù)本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)手段確定，能夠浸沒(méi)干燥所得樣品即可;水浴的目的為去除NaCl模板，形成多孔骨架。

[0028]在本發(fā)明中，所述燒結(jié)的溫度優(yōu)選為150~250℃，進(jìn)一步優(yōu)選為170~230℃，更優(yōu)選為200~210℃;燒結(jié)的時(shí)間優(yōu)選為2~4h，進(jìn)一步優(yōu)選為2.5~3.5h，更優(yōu)選為2.8~3h。

[0029]本發(fā)明還提供了所述的固態(tài)電解質(zhì)模塊的制備方法制備得到的固態(tài)電解質(zhì)模塊。

[0030]本發(fā)明還提供了一種固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆，所述固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆包括n個(gè)電解單元，n≥1;

單個(gè)電解單元包含依次層疊設(shè)置的陽(yáng)極端板、陽(yáng)極導(dǎo)流板、陽(yáng)極腔框架、陽(yáng)極泡沫雙極板、第一墊圈、陽(yáng)極、陽(yáng)離子交換膜、固態(tài)電解質(zhì)腔、陰極、第二墊圈、陰極泡沫雙極板、陰極腔框架、陰極導(dǎo)流板和陰極端板;相鄰兩個(gè)電解單元的陽(yáng)極端板和陰極端板相接觸;

單個(gè)電解單元的固態(tài)電解質(zhì)腔填充有所述的固態(tài)電解質(zhì)模塊。

[0031]在本發(fā)明中，固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆整體通過(guò)塑料螺栓套固定連接;固定連接時(shí)，單個(gè)電解單元中，陽(yáng)極泡沫雙極板安裝在陽(yáng)極腔框架內(nèi)，陰極泡沫雙極板安裝在陰極腔框架內(nèi)，分別起到分配陽(yáng)極流場(chǎng)、陰極流場(chǎng)和導(dǎo)電的作用;陽(yáng)極泡沫雙極板和陰極泡沫雙極板的材料根據(jù)本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)手段選擇，本發(fā)明中陽(yáng)極泡沫雙極板和陰極泡沫雙極板獨(dú)立地優(yōu)選為泡沫鎳、泡沫鈦或多孔石墨板。

[0032]在本發(fā)明中，單個(gè)電解單元中，陽(yáng)極端板、陽(yáng)極導(dǎo)流板、陽(yáng)極腔框架、固態(tài)電解質(zhì)腔、陰極腔框架、陰極導(dǎo)流板、陰極端板上均設(shè)置有導(dǎo)流孔;所述導(dǎo)流孔包含陽(yáng)極進(jìn)料導(dǎo)流孔、陽(yáng)極出料導(dǎo)流孔、陰極進(jìn)料導(dǎo)流孔、陰極出料導(dǎo)流孔、固態(tài)電解質(zhì)腔進(jìn)料導(dǎo)流孔和固態(tài)電解質(zhì)腔出料導(dǎo)流孔。

[0033]在本發(fā)明中，固態(tài)電解質(zhì)腔和陰極之間還可以包含陰離子膜;當(dāng)包含陰離子膜時(shí)，陰離子膜上也設(shè)置有導(dǎo)流孔;所述導(dǎo)流孔包含陽(yáng)極進(jìn)料導(dǎo)流孔、陽(yáng)極出料導(dǎo)流孔、陰極進(jìn)料導(dǎo)流孔、陰極出料導(dǎo)流孔、固態(tài)電解質(zhì)腔進(jìn)料導(dǎo)流孔和固態(tài)電解質(zhì)腔出料導(dǎo)流孔。

[0034]在本發(fā)明中，電堆的陰極進(jìn)料口、陰極出料口、固態(tài)電解質(zhì)腔的進(jìn)料口、固態(tài)電解質(zhì)腔的出料口均設(shè)置在第n個(gè)電解單元中陰極端板的側(cè)面，電堆的陽(yáng)極進(jìn)料口、陽(yáng)極出料口均設(shè)置在第n個(gè)電解單元中陽(yáng)極端板的側(cè)面。

[0035]在本發(fā)明中，n≥1，優(yōu)選地，n≥2，進(jìn)一步優(yōu)選地，n≥3，更優(yōu)選地，n≥4。

[0036]在本發(fā)明中，陽(yáng)極進(jìn)料優(yōu)選為水，陰極進(jìn)料優(yōu)選為氧氣或潮濕氧氣，固態(tài)電解質(zhì)腔進(jìn)料優(yōu)選為水。

[0037]在本發(fā)明中，所述陽(yáng)極為陽(yáng)極氣體擴(kuò)散電極。

[0038]在本發(fā)明中，所述陽(yáng)極氣體擴(kuò)散電極的制備方法包含下列步驟：

將氧化銥、異丙醇、水和Nafion溶液混合，進(jìn)行球磨得到陽(yáng)極漿料;

將陽(yáng)極漿料噴涂至陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層表面，得到陽(yáng)極氣體擴(kuò)散電極。

[0039]在本發(fā)明中，所述陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層優(yōu)選為碳紙和/或碳布。

[0040]在本發(fā)明中，所述Nafion溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選為3~7%，進(jìn)一步優(yōu)選為4~6%，更優(yōu)選為5%;所述氧化銥、異丙醇、水和Nafion溶液的質(zhì)量體積比優(yōu)選為0.5~1.5g：30~40mL：20~30mL：0.5~1.5mL，進(jìn)一步優(yōu)選為0.7~1.3g：32~38mL：22~28mL：0.7~1.3mL，更優(yōu)選為1~1.1g：35~36mL：25~26mL：1~1.1mL。

[0041]在本發(fā)明中，所述混合優(yōu)選包含下列步驟：將氧化銥和異丙醇混合，得到溶液a;將水和Nafion溶液混合，得到溶液b;將溶液b逐滴滴加到溶液a中，完成混合。

[0042]在本發(fā)明中，所述球磨的溫度優(yōu)選為5~15℃，進(jìn)一步優(yōu)選為7~13℃，更優(yōu)選為9~10℃;球磨的時(shí)間優(yōu)選為20~40min，進(jìn)一步優(yōu)選為25~35min，更優(yōu)選為30~32min。

[0043]在本發(fā)明中，噴涂時(shí)，優(yōu)選將陽(yáng)極漿料置入催化劑涂層質(zhì)子膜(CCM)平面噴涂設(shè)備的漿料桶，所述噴涂的漿料壓力優(yōu)選為0.1~0.35bar，進(jìn)一步優(yōu)選為0.15~0.3bar，更優(yōu)選為0.2~0.25bar;噴涂的霧化壓力優(yōu)選為2.5~4.5bar，進(jìn)一步優(yōu)選為3~4bar，更優(yōu)選為3.5~3.8bar;噴涂的噴輻壓力優(yōu)選為0.5~1.5bar，進(jìn)一步優(yōu)選為0.7~1.3bar，更優(yōu)選為0.9~1bar。

[0044]在本發(fā)明中，噴涂結(jié)束后，進(jìn)行干燥，陽(yáng)極漿料在陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層表面形成陽(yáng)極催化層，得到陽(yáng)極氣體擴(kuò)散電極;所述干燥的溫度優(yōu)選為50~70℃，進(jìn)一步優(yōu)選為55~65℃，更優(yōu)選為60~62℃;干燥的時(shí)間優(yōu)選為22~26h，進(jìn)一步優(yōu)選為23~25h，更優(yōu)選為23.5~24h。

[0045]在本發(fā)明中，單個(gè)電解單元中，陽(yáng)極氣體擴(kuò)散電極中的陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層側(cè)緊貼陽(yáng)極泡沫雙極板，并通過(guò)第一墊圈防水密封，陽(yáng)極催化層側(cè)緊貼陽(yáng)離子交換膜，陽(yáng)離子交換膜起到防水和向固態(tài)電解質(zhì)腔傳導(dǎo)質(zhì)子的作用，陽(yáng)極發(fā)生反應(yīng)如下：

H2O-2e-→O2+H+。

[0046]在本發(fā)明中，所述陰極為陰極氣體擴(kuò)散電極。

[0047]在本發(fā)明中，所述陰極氣體擴(kuò)散電極的制備方法包含下列步驟：

將炭黑、異丙醇、水和聚四氟乙烯乳液混合，進(jìn)行球磨得到陰極漿料;

將陰極漿料噴涂至陰極氣體擴(kuò)散層表面，得到陰極氣體擴(kuò)散電極。

[0048]在本發(fā)明中，所述陰極氣體擴(kuò)散層優(yōu)選為碳紙、碳布、碳?xì)帧⒉讳P鋼網(wǎng)和ePTFE膜中的一種或幾種。

[0049]在本發(fā)明中，所述聚四氟乙烯乳液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選為55~65%，進(jìn)一步優(yōu)選為57~63%，更優(yōu)選為60~61%;所述炭黑、異丙醇、水和聚四氟乙烯乳液的質(zhì)量體積比優(yōu)選為0.5~1.5g：30~40mL：20~30mL：0.5~1.5mL，進(jìn)一步優(yōu)選為0.7~1.3g：32~38mL：22~28mL：0.7~1.3mL，更優(yōu)選為1~1.1g：35~36mL：25~26mL：1~1.1mL。

[0050]在本發(fā)明中，所述混合優(yōu)選包含下列步驟：將炭黑和異丙醇混合，得到溶液a;將水和聚四氟乙烯乳液混合，得到溶液b;將溶液b逐滴滴加到溶液a中，完成混合。

[0051]在本發(fā)明中，所述球磨的溫度優(yōu)選為5~15℃，進(jìn)一步優(yōu)選為7~13℃，更優(yōu)選為9~10℃;球磨的時(shí)間優(yōu)選為20~40min，進(jìn)一步優(yōu)選為25~35min，更優(yōu)選為30~32min。

[0052]在本發(fā)明中，噴涂時(shí)，優(yōu)選將陰極漿料置入催化劑涂層質(zhì)子膜(CCM)平面噴涂設(shè)備的漿料桶，所述噴涂的漿料壓力優(yōu)選為0.1~0.35bar，進(jìn)一步優(yōu)選為0.15~0.3bar，更優(yōu)選為0.2~0.25bar;噴涂的霧化壓力優(yōu)選為2.5~4.5bar，進(jìn)一步優(yōu)選為3~4bar，更優(yōu)選為3.5~3.8bar;噴涂的噴輻壓力優(yōu)選為0.5~1.5bar，進(jìn)一步優(yōu)選為0.7~1.3bar，更優(yōu)選為0.9~1bar。

[0053]在本發(fā)明中，噴涂結(jié)束后，陰極漿料在陰極氣體擴(kuò)散層表面形成陰極催化層，得到陰極氣體擴(kuò)散電極;所述干燥的溫度優(yōu)選為50~70℃，進(jìn)一步優(yōu)選為55~65℃，更優(yōu)選為60~62℃;干燥的時(shí)間優(yōu)選為22~26h，進(jìn)一步優(yōu)選為23~25h，更優(yōu)選為23.5~24h。

[0054]在本發(fā)明中，單個(gè)電解單元中，陰極氣體擴(kuò)散電極中的陰極氣體擴(kuò)散層側(cè)緊貼陰極泡沫雙極板，并通過(guò)第二墊圈防水密封，陰極催化層側(cè)緊貼固態(tài)電解質(zhì)腔，與固態(tài)電解質(zhì)模塊直接接觸，陰極發(fā)生反應(yīng)如下：

O2+H++2e-→H2O2。

[0055]在本發(fā)明中，當(dāng)固態(tài)電解質(zhì)腔和陰極之間包含陰離子膜時(shí)，陰極進(jìn)料優(yōu)選為潮濕氧氣，此時(shí)陰極反應(yīng)為：

O2+H2O+2e-→HO2-。

[0056]在本發(fā)明中，固態(tài)電解質(zhì)腔的反應(yīng)為：

H++HO2-→H2O2。

[0057]在本發(fā)明中，氣體擴(kuò)散電極較傳統(tǒng)的“三明治”氣體擴(kuò)散電極結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，氣體擴(kuò)散層還兼具集流體的作用;利用噴涂來(lái)制備氣體擴(kuò)散電極，可實(shí)現(xiàn)催化層均勻負(fù)載在氣體擴(kuò)散層上，同時(shí)噴涂設(shè)備可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化，使得電極制作工藝簡(jiǎn)單、可靠，具有大規(guī)模生產(chǎn)的可能性。

[0058]在本發(fā)明中，單個(gè)電解單元的固態(tài)電解質(zhì)腔填充有所述的固態(tài)電解質(zhì)模塊，在固態(tài)電解質(zhì)腔中組成多孔介質(zhì)區(qū)域，水從固態(tài)電解質(zhì)腔一端進(jìn)入，經(jīng)過(guò)多孔介質(zhì)區(qū)域，將其中反應(yīng)合成的過(guò)氧化氫帶出，中間不產(chǎn)生任何雜質(zhì)離子和化合物，通過(guò)調(diào)整進(jìn)水流速，可靈活地調(diào)節(jié)過(guò)氧化氫的出口濃度。

[0059]在本發(fā)明中，固態(tài)電解質(zhì)腔設(shè)置有多路并行的蛇形流道，多個(gè)固態(tài)電解質(zhì)腔蛇形流道的進(jìn)出口并聯(lián)形成電堆反應(yīng)主流道，以排出過(guò)氧化氫;陰陽(yáng)極的泡沫雙極板起到集流體的作用，同時(shí)作為一種多孔流道，分別連接陰陽(yáng)極進(jìn)、出料口，互相并聯(lián)成為電堆進(jìn)、出料的次流道。

[0060]本發(fā)明還提供了所述固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆在電合成過(guò)氧化氫中的應(yīng)用。

[0061]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明，但是不能把它們理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。

[0062]實(shí)施例1

將苯乙烯-二乙烯基苯和1,2-二氯乙烷混合，溶脹12h，得到溶脹后的苯乙烯-二乙烯基苯;將溶脹后的苯乙烯-二乙烯基苯和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的硫酸溶液混合，在100℃下進(jìn)行磺化反應(yīng)，設(shè)置磺化反應(yīng)的時(shí)間為3h，反應(yīng)結(jié)束后順次進(jìn)行丙酮洗滌和水洗，水洗直至濾液為中性，得到磺化后的苯乙烯-二乙烯基苯;將1g磺化后的苯乙烯-二乙烯基苯和3g氯化鈉研磨30min使其充分混合，然后在80℃下干燥24h，將干燥后的混合粉末倒入金屬模具中使其均勻攤開(kāi)，施加18MPa的壓力，壓制4min，得到電解質(zhì)片;將電解質(zhì)片在150℃下干燥2h;然后，將干燥后的樣品放入40℃的水中進(jìn)行水浴(水浴的次數(shù)為8次，單次水浴的時(shí)間為0.5h，單次水浴結(jié)束后，需要更換水，再進(jìn)行下一次水浴)，最后在200℃下燒結(jié)3h，得到固態(tài)電解質(zhì)模塊;

陰、陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層均選用碳紙，碳紙的厚度為0.19mm，密度為0.44g/cm3，孔隙率為78%;

將0.15g氧化銥和5mL異丙醇混合，得到溶液a;將4mL水和0.15mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的Nafion溶液混合，得到溶液b;將溶液b逐滴滴加到溶液a中，完成混合，然后將得到的體系在10℃下球磨20min，得到陽(yáng)極漿料;將陽(yáng)極漿料置入催化劑涂層質(zhì)子膜(CCM)平面噴涂設(shè)備的漿料桶，設(shè)置漿料壓力為0.25bar，霧化壓力為3.5bar，噴輻壓力為1bar，將陽(yáng)極漿料噴涂至碳紙表面，在60℃下干燥24h，得到陽(yáng)極氣體擴(kuò)散電極;

將0.15g炭黑和5mL異丙醇混合，得到溶液a;將4mL水和0.15mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%的聚四氟乙烯乳液混合，得到溶液b;將溶液b逐滴滴加到溶液a中，完成混合，然后將得到的體系在10℃下球磨20min，得到陰極漿料;將陰極漿料置入催化劑涂層質(zhì)子膜(CCM)平面噴涂設(shè)備的漿料桶，設(shè)置漿料壓力為0.25bar，霧化壓力為3.5bar，噴輻壓力為1bar，將陰極漿料噴涂至碳紙表面，在60℃下干燥24h，得到陰極氣體擴(kuò)散電極;

本實(shí)施例中固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆的具體結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示;固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆包括3個(gè)電解單元，固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆包括依次層疊設(shè)置的第一陽(yáng)極端板1、第一陽(yáng)極導(dǎo)流板2、第一陽(yáng)極腔框架3、第一陽(yáng)極泡沫雙極板4、第一墊圈5、第一陽(yáng)極6、第一陽(yáng)離子交換膜7、第一固態(tài)電解質(zhì)腔8、第一陰離子膜9、第一陰極10、第二墊圈11、第一陰極泡沫雙極板12、第一陰極腔框架13、第一陰極導(dǎo)流板14、第一陰極端板15、第二陽(yáng)極端板16、第二陽(yáng)極導(dǎo)流板17、第二陽(yáng)極腔框架18、第二陽(yáng)極泡沫雙極板19、第三墊圈20、第二陽(yáng)極21、第二陽(yáng)離子交換膜22、第二固態(tài)電解質(zhì)腔23、第二陰離子膜24、第二陰極25、第四墊圈26、第二陰極泡沫雙極板27、第二陰極腔框架28、第二陰極導(dǎo)流板29、第二陰極端板30、第三陽(yáng)極端板31、第三陽(yáng)極導(dǎo)流板32、第三陽(yáng)極腔框架33、第三陽(yáng)極泡沫雙極板34、第五墊圈35、第三陽(yáng)極36、第三陽(yáng)離子交換膜37、第三固態(tài)電解質(zhì)腔38、第三陰離子膜39、第三陰極40、第六墊圈41、第三陰極泡沫雙極板42、第三陰極腔框架43、第三陰極導(dǎo)流板44和第三陰極端板45;固態(tài)電解質(zhì)模塊填充在第一固態(tài)電解質(zhì)腔、第二固態(tài)電解質(zhì)腔和第三固態(tài)電解質(zhì)腔中;固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆整體通過(guò)塑料螺栓套46固定連接，固定連接時(shí)，任一陽(yáng)極泡沫雙極板安裝在相應(yīng)陽(yáng)極腔框架內(nèi)，任一陰極泡沫雙極板安裝在相應(yīng)陰極腔框架內(nèi)，陽(yáng)極泡沫雙極板和陰極泡沫雙極板均為泡沫鎳，泡沫鎳的孔隙率為95%，厚度為4mm;任一陽(yáng)極中的陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層側(cè)緊貼陽(yáng)極泡沫雙極板，并通過(guò)墊圈防水密封，陽(yáng)極催化層側(cè)緊貼陽(yáng)離子交換膜;任一陰極中的陰極氣體擴(kuò)散層側(cè)緊貼陰極泡沫雙極板，并通過(guò)墊圈防水密封，陰極催化層側(cè)緊貼陰離子膜;第一陽(yáng)極端板、第一陽(yáng)極導(dǎo)流板、第一陽(yáng)極腔框架、第一固態(tài)電解質(zhì)腔、第一陰離子膜、第一陰極腔框架、第一陰極導(dǎo)流板、第一陰極端板、第二陽(yáng)極端板、第二陽(yáng)極導(dǎo)流板、第二陽(yáng)極腔框架、第二固態(tài)電解質(zhì)腔、第二陰離子膜、第二陰極腔框架、第二陰極導(dǎo)流板、第二陰極端板、第三陽(yáng)極端板、第三陽(yáng)極導(dǎo)流板、第三陽(yáng)極腔框架、第三固態(tài)電解質(zhì)腔、第三陰離子膜、第三陰極腔框架、第三陰極導(dǎo)流板和第三陰極端板均設(shè)置有陽(yáng)極進(jìn)料導(dǎo)流孔、陽(yáng)極出料導(dǎo)流孔、陰極進(jìn)料導(dǎo)流孔、陰極出料導(dǎo)流孔、固態(tài)電解質(zhì)腔進(jìn)料導(dǎo)流孔和固態(tài)電解質(zhì)腔出料導(dǎo)流孔;電堆的陰極進(jìn)料口、陰極出料口、固態(tài)電解質(zhì)腔的進(jìn)料口、固態(tài)電解質(zhì)腔的出料口均設(shè)置在第3個(gè)電解單元中陰極端板的側(cè)面，電堆的陽(yáng)極進(jìn)料口、陽(yáng)極出料口均設(shè)置在第3個(gè)電解單元中陽(yáng)極端板的側(cè)面。

[0063]應(yīng)用例1

使用實(shí)施例1中的固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)，設(shè)置固定恒流2A，反應(yīng)器的電流密度經(jīng)計(jì)算結(jié)果為80mA/cm2，反應(yīng)采用先靜態(tài)再過(guò)流的方式進(jìn)行，先關(guān)閉蠕動(dòng)泵，在靜態(tài)條件下反應(yīng)60min，前30min每隔15min取2mL樣，通過(guò)草酸鈦鉀法測(cè)試過(guò)氧化氫濃度及pH，記錄槽壓;靜態(tài)條件反應(yīng)之后，打開(kāi)蠕動(dòng)泵，在過(guò)流狀態(tài)下進(jìn)行電解反應(yīng)，每隔30min取樣，測(cè)試過(guò)氧化氫濃度及pH，記錄槽壓。

[0064]其中，反應(yīng)時(shí)，潮濕氧氣以100mL/min的流量進(jìn)入固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆，通過(guò)陰極進(jìn)料流道，平均分配至每個(gè)陰極氣體擴(kuò)散層，在陰極發(fā)生還原反應(yīng);本應(yīng)用例中固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆的陰極進(jìn)出料示意圖，如圖2所示。水以1.5mL/min的流量進(jìn)入固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆，通過(guò)固態(tài)電解質(zhì)腔進(jìn)料流道，平均分配至每個(gè)固態(tài)電解質(zhì)腔，用以將產(chǎn)生的過(guò)氧化氫帶出;本應(yīng)用例中固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆的固態(tài)電解質(zhì)腔進(jìn)出料示意圖，如圖3所示。水以10mL/min的流量進(jìn)入固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆，通過(guò)陽(yáng)極進(jìn)料流道，平均分配至每個(gè)陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層，在陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng);本應(yīng)用例中固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆的陽(yáng)極進(jìn)出料示意圖，如圖4所示。從圖2中可以看出，水從第三陰極端板陰極進(jìn)料入口流入，經(jīng)過(guò)電堆中各個(gè)板上的導(dǎo)流孔堆疊形成的流道，分別在第一、第二和第三陰極導(dǎo)流板的內(nèi)孔中流入陰極泡沫雙極板，反應(yīng)后在電堆中各個(gè)板上的導(dǎo)流孔堆疊形成的流道中交匯，從第三陰極端板上的陰極出料口處流出。從圖3中可以看出，水從第三陰極端板上的固態(tài)電解質(zhì)腔進(jìn)料入口流入，經(jīng)過(guò)電堆中各個(gè)板上的導(dǎo)流孔堆疊形成的流道，分別在第一、第二和第三固態(tài)電解質(zhì)腔的內(nèi)孔中流入固態(tài)電解質(zhì)腔，與固態(tài)電解質(zhì)模塊中合成的純過(guò)氧化氫混合，之后在電堆中各個(gè)板上的導(dǎo)流孔堆疊形成的流道中交匯，從第三陰極端板上的固態(tài)電解質(zhì)腔出料口處流出。從圖4中可以看出，水從第三陽(yáng)極端板陽(yáng)極進(jìn)料入口流入，經(jīng)過(guò)電堆中各個(gè)板上的導(dǎo)流孔堆疊形成的流道，分別在第一、第二和第三陽(yáng)極導(dǎo)流板的內(nèi)孔中流入陽(yáng)極泡沫雙極板，反應(yīng)后在電堆中各個(gè)板上的導(dǎo)流孔堆疊形成的流道中交匯，從第三陽(yáng)極端板陽(yáng)極出料口處流出。

[0065]應(yīng)用例2

控制應(yīng)用例1中其它條件不變，更改固定恒流為3A，反應(yīng)器的電流密度為120mA/cm2。

[0066]應(yīng)用例3

控制應(yīng)用例1中其它條件不變，更改水以4.5mL/min的流量進(jìn)入固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆。

[0067]應(yīng)用例4

控制應(yīng)用例1中其它條件不變，更改水以9mL/min的流量進(jìn)入固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆。

[0068]應(yīng)用例5

控制應(yīng)用例1中其它條件不變，去除固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆中的所有陰離子膜，陰極進(jìn)料更改為氧氣(干燥的氧氣)。

[0069]應(yīng)用例1~2中固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆在過(guò)流狀態(tài)時(shí)的過(guò)氧化氫產(chǎn)量及法拉第效率變化示意圖，如圖5所示，圖5中，柱狀為過(guò)氧化氫產(chǎn)量變化情況，虛線為法拉第效率變化情況;應(yīng)用例1和應(yīng)用例3~4中固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆在過(guò)流狀態(tài)時(shí)的過(guò)氧化氫產(chǎn)量及法拉第效率變化示意圖，如圖6所示，圖6中，柱狀為過(guò)氧化氫產(chǎn)量變化情況，虛線為法拉第效率變化情況;應(yīng)用例1和應(yīng)用例5中固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆在過(guò)流狀態(tài)時(shí)的過(guò)氧化氫產(chǎn)量及法拉第效率變化示意圖，如圖7所示，圖7中，柱狀為過(guò)氧化氫產(chǎn)量變化情況，虛線為法拉第效率變化情況。從圖5~7中可以看出，過(guò)氧化氫產(chǎn)量與電流密度成正比，與固態(tài)電解質(zhì)腔流速成反比;法拉第效率與電流密度成反比，與固態(tài)電解質(zhì)腔流速成正比;相比于無(wú)陰離子膜，有陰離子膜時(shí)，過(guò)氧化氫產(chǎn)量與法拉第效率都更高。本發(fā)明可根據(jù)不同的產(chǎn)量需求和成本效益，靈活的調(diào)整電流密度或固態(tài)電解質(zhì)腔流速或陰離子膜，獲得不同濃度的純過(guò)氧化氫。

[0070]應(yīng)用例3中固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆合成過(guò)氧化氫的產(chǎn)量隨時(shí)間變化的示意圖，如圖8所示;應(yīng)用例3中固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆合成過(guò)氧化氫的pH隨時(shí)間變化的示意圖，如圖9所示;應(yīng)用例3中固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆合成過(guò)氧化氫的槽壓隨時(shí)間變化的示意圖，如圖10所示。從圖8~10中可以看出，本發(fā)明可以在靜態(tài)條件下合成近10wt.%的純過(guò)氧化氫，在過(guò)流狀態(tài)下，能持續(xù)穩(wěn)定的合成高濃度純過(guò)氧化氫。同時(shí)，由于固態(tài)電解質(zhì)模塊極高的離子傳導(dǎo)速率，該電堆電壓穩(wěn)定在3~5V之間，所需能耗極小。

[0071]由以上實(shí)施例可知，本發(fā)明提供了一種固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆，電堆由兩個(gè)端板及層疊設(shè)置于兩個(gè)端板之間的多個(gè)電解槽單元組成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，電合成反應(yīng)過(guò)程中槽壓低、能耗小，具備大規(guī)模移植裝配、生產(chǎn)的潛力。同時(shí)，電堆電合成反應(yīng)僅需要水和氧氣，產(chǎn)物為純過(guò)氧化氫，反應(yīng)物廉價(jià)、易制取，產(chǎn)物不含雜質(zhì)，無(wú)需進(jìn)一步提純。整體電合成過(guò)氧化氫工藝綠色、環(huán)保、可控，能夠?qū)崿F(xiàn)能源的綠色、高效利用。本發(fā)明提供的固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)電堆，通過(guò)控制不同的進(jìn)水流速，能產(chǎn)出近10wt.%的純過(guò)氧化氫，法拉第效率可達(dá)90%。

[0072]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。

說(shuō)明書(shū)附圖(10)