專利名稱：自呼吸式電化學(xué)純氧發(fā)生組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電化學(xué)制造純氧的技術(shù)領(lǐng)域，具體為自呼吸式電化學(xué)純氧發(fā)生組 件。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的電化學(xué)純氧的制造設(shè)備，均需要在電解槽或/和電解液的環(huán)境中制造，其 結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造氧氣過程繁瑣，且制造氧氣過程中易造成污染、氧氣的純凈度不達標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明提供了自呼吸式電化學(xué)純氧發(fā)生組件，其結(jié)構(gòu)簡單、制造氧 氣過程簡單，制造氧氣的過程中無污染，且制造出的氧氣純凈度高。自呼吸式電化學(xué)純氧發(fā)生組件，其技術(shù)方案是這樣的
其特征在于其包括膜電極組件，所述膜電極組件包括陽極氣體擴散層、陽極催化層、 質(zhì)子交換膜、陰極催化層、陰極氣體擴散層，所述質(zhì)子交換膜包括中心部分以及四周外露部 分，多孔氣體端板、陰極密封框片、所述質(zhì)子交換膜的四周外露部分、陽極密封框片、氧氣端 板依次緊固連接，所述多孔氣體端板的正中均布有小孔，所述小孔正對著所述陰極氣體擴 散層，所述陰極氣體擴散層連通外部直流電源負極，所述氧氣端板中部開有氧氣通孔，所述 氧氣通孔連通氧氣輸出管，所述陽極氣體擴散層連通外部直流電源正極。其進一步特征在于所述多孔氣體端板為導(dǎo)電材料構(gòu)成時，所述陰極氣體擴散層 直接貼合所述多孔氣體端板的內(nèi)表面，所述多孔氣體端板外側(cè)通過導(dǎo)線連接外部直流電源 負極；
所述多孔氣體端板為非導(dǎo)電材料時，所述陰極氣體擴散層、陰極密封框片、多孔氣體端 板三者圍成的中間陰極空腔內(nèi)裝有陰極集電層，所述陰極氣體擴散層連接陰極集電層，所 述陰極集電層為導(dǎo)電金屬絲繞形成螺旋狀或網(wǎng)狀，其外端穿過所述多孔氣體端板，連接外 部直流電源負極；
所述氧氣端板為導(dǎo)電材料構(gòu)成時，所述陽極氣體擴散層貼合所述氧氣端板的內(nèi)表面， 所述氧氣端板外側(cè)通過導(dǎo)線連接外部直流電源正極；
所述氧氣端板為非導(dǎo)電材料時，所述陽極氣體擴散層、陽極密封框片、氧氣端板三者圍 成的中間陽極空腔內(nèi)裝有陽極集電層，所述陽極氣體擴散層連接所述陽極集電層，所述陽 極集電層為導(dǎo)電金屬絲繞形成螺旋狀或網(wǎng)狀，其外端穿過所述氧氣端板的金屬絲孔、連接 外部直流電源正極，所述陽極集電層和金屬絲孔間的間隙填裝有密封膠；
螺絲依次穿過多孔氣體端板、陰極密封框片、質(zhì)子交換膜的四周外露部分、陽極密封框 片后，緊固于所述氧氣端板；
所述質(zhì)子交換膜具體為氫離子交換膜。采用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)后，外接的直流電源的電壓差大于0. 65 V且小于1. 45V時，空 氣經(jīng)由多孔空氣端板的小孔、陰極氣體擴散層通過擴散傳遞的方式被吸到陰極催化層，電子經(jīng)由陰極側(cè)集電層、陰極氣體擴散層，進入陰極催化層，之后在陽極氣體擴散層、陽極催 化層、質(zhì)子交換膜、陰極催化層、陰極氣體擴散層的共同作用下生成氧氣，氧氣從氧氣輸出 管輸出，其結(jié)構(gòu)簡單、制造氧氣的過程簡單；由于制造氧氣的整個膜電極組件被封裝于內(nèi) 部，產(chǎn)生的純氧只能從氧氣輸出管輸出，制造出的氧氣純凈度高；采用膜電極組件制造氧 氣，其制造氧氣的過程中無污染。


圖1為本發(fā)明的具體實施例一的三維裝配結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明的具體實施例二的三維裝配結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明中膜電極組件的結(jié)構(gòu)示意放大圖。
具體實施例方式具體實施例一見圖1、圖3，其包括膜電極組件1，膜電極組件1包括陽極氣體擴 散層9、陽極催化層10、質(zhì)子交換膜11、陰極催化層12、陰極氣體擴散層13，質(zhì)子交換膜11 包括中心部分以及四周外露部分14，螺絲7依次穿過多孔氣體端板5、陰極密封框片4、質(zhì)子 交換膜的四周外露部分14、陽極密封框片15后、緊固于氧氣端板6，多孔氣體端板5為非導(dǎo) 電材料，陰極氣體擴散層13、陰極密封框片4、多孔氣體端板5三者之間圍成有中間陰極空 腔，中間陰極空腔內(nèi)裝有陰極集電層3，陰極氣體擴散層13連接陰極集電層3，陰極集電層 3為導(dǎo)電金屬絲繞形成螺旋狀或網(wǎng)狀，其金屬絲可以為鉬絲、金絲、銀絲、鍍鉬絲、鍍金絲、鍍 銀絲，陰極集電層3外端穿過多孔氣體端板5，連接外部直流電源16的負極，多孔氣體端板 5的正中均布有小孔17，小孔17正對著陰極氣體擴散層13，氧氣端板6為非導(dǎo)電材料，陽極 氣體擴散層9、陽極密封框片15、氧氣端板6三者圍成有中間陽極空腔，中間陽極空腔內(nèi)裝 有陽極集電層2，陽極氣體擴散層9連接陽極集電層2，陽極集電層2為導(dǎo)電金屬絲繞形成 螺旋狀或網(wǎng)狀，其金屬絲可以為鉬絲、金絲、銀絲、鍍鉬絲、鍍金絲、鍍銀絲，陽極集電層2外 端穿過氧氣端板6的金屬絲孔18、連接外部直流電源16的正極，陽極集電層2和金屬絲孔 18間的間隙填裝有密封膠(屬于現(xiàn)有成熟技術(shù)、圖中未畫出)；氧氣端板6中部開有氧氣通 孔19，氧氣通孔19連通氧氣輸出管8，質(zhì)子交換膜11具體為氫離子交換膜。具體實施例二 見圖2、圖3，其包括膜電極組件1，膜電極組件1包括陽極氣體擴 散層9、陽極催化層10、質(zhì)子交換膜11、陰極催化層12、陰極氣體擴散層13，質(zhì)子交換膜11 包括中心部分以及四周外露部分14，螺絲7依次穿過多孔氣體端板5、陰極密封框片4、質(zhì) 子交換膜的四周外露部分14、陽極密封框片15后，緊固于氧氣端板6，多孔氣體端板5的正 中均布有小孔17，小孔17正對著陰極氣體擴散層13，多孔氣體端板5為導(dǎo)電材料構(gòu)成，導(dǎo) 電材料可以是石墨板、鉬板、金板、銀板、鍍鉬板、鍍金板、鍍銀板，陰極氣體擴散層13直接 貼合多孔氣體端板5的內(nèi)表面，多孔氣體端板5外側(cè)通過導(dǎo)線20連接外部直流電源16的 負極，氧氣端板6為導(dǎo)電材料構(gòu)成，導(dǎo)電材料可以是石墨板、鉬板、金板、銀板、鍍鉬板、鍍金 板、鍍銀板，陽極氣體擴散層9貼合氧氣端板6的內(nèi)表面，氧氣端板6外側(cè)通過導(dǎo)線21連接 外部直流電源16的正極，氧氣端板6中部開有氧氣通孔19，氧氣通孔19連通氧氣輸出管 8，質(zhì)子交換膜11具體為氫離子交換膜。其原理如下外接直流電源16電壓差大于0.65V且小于1.45V時，有氧氣產(chǎn)生，此時，空氣經(jīng)由多孔空氣端板5的小孔17、陰極氣體擴散層13通過擴散傳遞的方式被吸到陰 極催化層12內(nèi)，電子被傳導(dǎo)至陰極氣體擴散層13后進入陰極催化層12，在陰極催化層12 內(nèi)空氣中的氧氣與電子以及經(jīng)由質(zhì)子交換膜11傳遞來的氫離子發(fā)生如下電化學(xué)反應(yīng)，并 生成水，即，陰極反應(yīng)02+4H++4e_ 2Η20。生成的水依靠濃差擴散方式通過質(zhì)子交換膜11被傳遞到陽極催化層10中并被 分解成氧氣、電子和氫離子，即發(fā)生如下電化學(xué)反應(yīng)2Η20 02+4H++4e_，純氧由此被濃縮而 成；在陽極催化層10里生成的氫離子在電場力的作用下通過質(zhì)子交換膜11傳遞到陰極催 化層12 ；在陽極催化層10里生成的電子經(jīng)由陽極氣體擴散層9引出，并最終返回到陰極催 化層12中；濃縮而成的純氧經(jīng)由陽極氣體擴散層9、氧氣端板6的氧氣通孔19，最后從氧氣 出氣管8被釋放。陰極密封框片4置于質(zhì)子交換膜的四周外露部分14和多孔空氣端板5之間、陽極 密封框片15置于質(zhì)子交換膜的四周外露部分14和氧氣端板6之間，在螺絲7的預(yù)緊力作 用下形成無縫隙的密封面，其作用是保證所有產(chǎn)生的純氧只能進入氧氣通孔19，而不能從 其它地方泄漏出去；同時也防止了環(huán)境中的氣體漏入自呼吸式電化學(xué)純氧發(fā)生組件的陽極 區(qū)域中。
權(quán)利要求
自呼吸式電化學(xué)純氧發(fā)生組件，其特征在于其包括膜電極組件，所述膜電極組件包括陽極氣體擴散層、陽極催化層、質(zhì)子交換膜、陰極催化層、陰極氣體擴散層，所述質(zhì)子交換膜包括中心部分以及四周外露部分，多孔氣體端板、陰極密封框片、所述質(zhì)子交換膜的四周外露部分、陽極密封框片、氧氣端板依次緊固連接，所述多孔氣體端板的正中均布有小孔，所述小孔正對著所述陰極氣體擴散層，所述陰極氣體擴散層連通外部直流電源負極，所述氧氣端板中部開有氧氣通孔，所述氧氣通孔連通氧氣輸出管，所述陽極氣體擴散層連通外部直流電源正極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自呼吸式電化學(xué)純氧發(fā)生組件，其特征在于所述多孔氣體 端板為導(dǎo)電材料構(gòu)成時，所述陰極氣體擴散層直接貼合所述多孔氣體端板的內(nèi)表面，所述 多孔氣體端板外側(cè)通過導(dǎo)線連接外部直流電源負極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自呼吸式電化學(xué)純氧發(fā)生組件，其特征在于所述多孔氣體 端板為非導(dǎo)電材料時，所述陰極氣體擴散層、陰極密封框片、多孔氣體端板三者圍成的中間 陰極空腔內(nèi)裝有陰極集電層，所述陰極氣體擴散層連接陰極集電層，所述陰極集電層為導(dǎo) 電金屬絲繞形成螺旋狀或網(wǎng)狀，其外端穿過所述多孔氣體端板，連接外部直流電源負極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自呼吸式電化學(xué)純氧發(fā)生組件，其特征在于所述氧氣端板 為導(dǎo)電材料構(gòu)成時，所述陽極氣體擴散層貼合所述氧氣端板的內(nèi)表面，所述氧氣端板外側(cè) 通過導(dǎo)線連接外部直流電源正極。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自呼吸式電化學(xué)純氧發(fā)生組件，其特征在于所述氧氣端板 為非導(dǎo)電材料時，所述陽極氣體擴散層、陽極密封框片、氧氣端板三者圍成的中間陽極空腔 內(nèi)裝有陽極集電層，所述陽極氣體擴散層連接所述陽極集電層，所述陽極集電層為導(dǎo)電金 屬絲繞形成螺旋狀或網(wǎng)狀，其外端穿過所述氧氣端板的金屬絲孔、連接外部直流電源正極， 所述陽極集電層和金屬絲孔間的間隙填裝有密封膠。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自呼吸式電化學(xué)純氧發(fā)生組件，其特征在于螺絲依次穿過 多孔氣體端板、陰極密封框片、質(zhì)子交換膜的四周外露部分、陽極密封框片后，緊固于所述 氧氣端板。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自呼吸式電化學(xué)純氧發(fā)生組件，其特征在于所述質(zhì)子交換 膜具體為氫離子交換膜。
全文摘要
本發(fā)明提供了自呼吸式電化學(xué)純氧發(fā)生組件，其結(jié)構(gòu)簡單、制造氧氣過程簡單，制造氧氣的過程中無污染，且制造出的氧氣純凈度高。其特征在于其包括膜電極組件，所述膜電極組件包括陽極氣體擴散層、陽極催化層、質(zhì)子交換膜、陰極催化層、陰極氣體擴散層，所述質(zhì)子交換膜包括中心部分以及四周外露部分，多孔氣體端板、陰極密封框片、所述質(zhì)子交換膜的四周外露部分、陽極密封框片、氧氣端板依次緊固連接，所述多孔氣體端板的正中均布有小孔，所述小孔正對著所述陰極氣體擴散層，所述陰極氣體擴散層連通外部直流電源負極，所述氧氣端板中部開有氧氣通孔，所述氧氣通孔連通氧氣輸出管，所述陽極氣體擴散層連通外部直流電源正極。
文檔編號C25B1/02GK101967650SQ201010502840
公開日2011年2月9日 申請日期2010年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月11日
發(fā)明者余晴春, 胡鳴若 申請人:無錫國贏科技有限公司