專利名稱：利用離子導(dǎo)電聚合物修飾電極的制氧方法及所用裝置的制作方法
所屬領(lǐng)域本發(fā)明屬于是一種制氧方法，特別涉及一種利用離子導(dǎo)電聚合物修飾氧電極的制氧方法及所用裝置。
背景技術(shù)：
目前，國內(nèi)已有數(shù)家企業(yè)生產(chǎn)電化學(xué)制氧機(jī)，其核心部分是采用多孔氣體擴(kuò)散電極、強(qiáng)堿性電解質(zhì)如KOH、惰性電極構(gòu)成氣體發(fā)生單元，并有許多報(bào)導(dǎo)和專利申請，如《電化學(xué)無氫制氧機(jī)》、《電化學(xué)氧、氮發(fā)生裝置》，有部分生產(chǎn)廠家也在申請類似專利，如奧格、福建明牌等。這些專利及生產(chǎn)產(chǎn)品中采用的空氣電極有兩類，一類采用性能穩(wěn)定但電流效率差的聚乙烯多孔氣體擴(kuò)散電極制成，一類采用穩(wěn)定性差但電流效率高的聚四氟乙烯多孔氣體擴(kuò)散電極制成。由于采用多孔氣體擴(kuò)散電極，工作中產(chǎn)生的活性氧、氣體沖刷等諸多因素對電極破壞大，致使電極催化層脫落或防水層剝離。在大電流密度下，如電流密度大于80mA/cm2時(shí)，電解槽發(fā)熱較大，產(chǎn)出的活性氧量多，對電極的破壞性極強(qiáng)。國內(nèi)目前生產(chǎn)的多孔氣體擴(kuò)散電極在大電流密度下壽命僅100-200小時(shí)，當(dāng)電流密度大于100mA/cm2時(shí)，多孔氣體擴(kuò)散電極壽命一般為30-50小時(shí)。為此，國內(nèi)電化學(xué)制氧機(jī)基本上采用中低電流密度，一般為10-50mA/cm2，因而國內(nèi)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的電化學(xué)制氧機(jī)體積大、效率低、產(chǎn)氧量小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供一種離子導(dǎo)電聚合物修飾氧電極的制氧方法及所用裝置，該制氧方法的制氧量大、使用電極的壽命長；該裝置體積小、效率高、產(chǎn)氧量大。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種利用離子導(dǎo)電聚合物修飾氧電極的制氧方法，其特征在于以無孔、少孔的離子導(dǎo)電聚合物修飾氧電極、電解質(zhì)及惰性電極構(gòu)成氣體發(fā)生單元，來產(chǎn)生氧氣；該離子導(dǎo)電聚合物修飾氧電極是在由催化層、集流體和防水層組成的多孔氣體擴(kuò)散電極上再覆蓋一層離子導(dǎo)電聚合物；上述離子導(dǎo)電聚合物中可摻雜無機(jī)離子導(dǎo)電體。上述電解質(zhì)可以采用堿溶液，也可采用鹽溶液。
一種根據(jù)上述利用離子導(dǎo)電聚合物修飾氧電極的制氧方法所用的制氧裝置，其特征在于由氣體發(fā)生裝置、電源和控制電路板組成；氣體發(fā)生裝置包括由離子導(dǎo)電聚合物修飾氧電極、電解質(zhì)及惰性電極構(gòu)成的氣體發(fā)生單元、過濾層和加液瓶；離子導(dǎo)電聚合物修飾氧電極由催化層、集流體、防水層和離子導(dǎo)電聚合物修飾層組成；過濾層依次由防水透氣層、硼砂層和活性炭層組成；控制電路的輸入端與修飾電極連接，輸出端與電源的負(fù)極連接，電源的正極與惰性電極連接。
上述控制電路由電壓、電流調(diào)節(jié)功能電路、短路保護(hù)功能電路、溫度、壓力控制功能電路及流量顯示功能部件組成。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1、性能可靠，由于有離子導(dǎo)電聚合物層保護(hù)電極，氣體電極可長時(shí)間連續(xù)工作；2、體積??；由于可在100-140mA/cm2大電流密度下工作，相同產(chǎn)氧量的裝置體積更??；3、結(jié)構(gòu)簡單，成本低，便于產(chǎn)業(yè)化。


圖1為本發(fā)明的原理框2為離子導(dǎo)電聚合物修飾氧電極示意3為離子導(dǎo)電聚合物修飾氧電極制氧裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為控制電路的電原理圖
具體實(shí)施例方式如圖1、2所示一種利用離子導(dǎo)電聚合物修飾氧電極的制氧方法，其特征在于以無孔、少孔的離子導(dǎo)電聚合物修飾氧電極1、電解質(zhì)2及惰性電極3構(gòu)成氣體發(fā)生單元；離子導(dǎo)電聚合物修飾氧電極是在由催化層4、集流體5和防水層6組成的多孔氣體擴(kuò)散電極上再覆蓋一層離子導(dǎo)電聚合物7；上述離子導(dǎo)電聚合物中可摻雜無機(jī)離子導(dǎo)電體。該電極制氧的原理為氣體擴(kuò)散電極上修飾一層離子導(dǎo)電聚合物，既作為電解質(zhì)，又作為電極保護(hù)層。工作時(shí)，空氣中的氧氣在多孔三相界面形成H2O2和OH-，OH-經(jīng)過離子交換層進(jìn)入液體電解質(zhì)，在惰性電極上還原成氧氣和水。由于該電極為無孔(或少孔)氣體電極，因而抑制了電極“出汗”和漏液。由于氣體電極修飾有離子導(dǎo)電聚合物層，因此抑制了惰性電極產(chǎn)生的活性氧對電極的破壞。
如圖2所示本實(shí)例是一種家用氧氣發(fā)生裝置，其由氣體發(fā)生裝置、控制電路板和電源組成。氣體發(fā)生裝置包括由采用多孔鎳網(wǎng)的惰性電極3、采用K2CO3的液體電解質(zhì)2和離子導(dǎo)電聚合物修飾氧電極組成的氣體發(fā)生單元、過濾層和加液瓶11。氣體擴(kuò)散電極1采用聚四氟乙烯和乙炔黑制成防水層6、活性炭載鈣鈦礦制成催化層4、多孔鎳網(wǎng)作為集流體5，采用全氟磺酸樹脂摻入少量全氟羧酸樹脂作為修飾層7；電源采用1.0-1.4V限壓(限制在1.4V以下)整流開關(guān)電源，最大工作電流80A；過濾層由防水透氣層8、硼砂層9和活性炭層10組成；控制電路的構(gòu)成由電壓、電流調(diào)節(jié)功能電路；短路保護(hù)功能電路；溫度、壓力控制功能電路及流量顯示功能部件組成。
本實(shí)例氧氣發(fā)生器設(shè)計(jì)指標(biāo)和參數(shù)1、產(chǎn)氣量計(jì)算產(chǎn)氣量由法拉弟定律可計(jì)算產(chǎn)氣量Q＝I總×t×22.4/(60×F×N)(升/分)其中F＝4(遷移電子數(shù))N＝26.8(常數(shù))t＝小時(shí)數(shù)I總＝總電流數(shù)將公式化簡為Q＝3.48×I總(ml/min)2、氣體發(fā)生裝置電壓設(shè)計(jì)范圍在1.0～1.4之間。
3、電流密度根據(jù)空氣電極性能確定。一般選50～60mA/cm2，本電極選80～100mA/cm2，便于縮小體積。
4、工作溫度為常溫到50℃之間。
5、電解液可選擇K2CO3、KOH、Na2CO3、NaOH、K2SO4等，KOH、NaOH堿性強(qiáng)，且難密封，Na2CO3、K2SO4效率低，故選K2CO3最佳。濃度在28％最理想，考慮到液體蒸發(fā)，選23％-25％之間，純度越高越好，一般選用AR級。本實(shí)例使用天津化學(xué)試劑三廠AR級無水K2CO3產(chǎn)品，用蒸餾水稀釋至23％作為電解液。
6、氣體混配人體吸氧為35％-40％富氧，醫(yī)用氧國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定混配前純度大于99.5％。
混配比例純氧∶空氣＝1∶4.267(36％)純氧∶空氣＝1∶4.65(35％)本實(shí)例采用電源用1-1.4V電源設(shè)計(jì)制氧機(jī)，可產(chǎn)富氧用于保健槽壓1.25V，可由1只開放式平面電解槽，總電流40A(最大可至80A)。
產(chǎn)氣量Q＝3.48×40＝139.2ml/min。
混配為36％的富氧QL＝Q×(1+4.267)＝733.17ml/min。
7、電源的選擇采用限壓恒流電源，電壓和電流根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)確定，電壓波動(dòng)＜0.5％。
8、控制電路板采用常規(guī)的電控單元。
惰性電極應(yīng)選擇電阻小、比表面積大、耐氧化的材料，最佳采用流線槽的涂釕鈦電極，但價(jià)格高。本實(shí)例選用鎳網(wǎng)和多孔鎳片。
權(quán)利要求
1.一種利用離子導(dǎo)電聚合物修飾氧電極的制氧方法，其特征在于以無孔、少孔的離子導(dǎo)電聚合物修飾氧電極、電解質(zhì)及惰性電極構(gòu)成氣體發(fā)生單元，來產(chǎn)生氧氣；該離子導(dǎo)電聚合物修飾氧電極是在由催化層、集流體和防水層組成的多孔氣體擴(kuò)散電極上再覆蓋一層離子導(dǎo)電聚合物；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用離子導(dǎo)電聚合物修飾氧電極的制氧方法，其特征在于上述離子導(dǎo)電聚合物中可摻雜無機(jī)離子導(dǎo)電體。上述電解質(zhì)可以采用堿溶液，也可采用鹽溶液。
3.一種根據(jù)上述利用離子導(dǎo)電聚合物修飾氧電極的制氧方法所用的制氧裝置，其特征在于由氣體發(fā)生裝置、電源和控制電路板組成；氣體發(fā)生裝置包括由離子導(dǎo)電聚合物修飾氧電極、電解質(zhì)及惰性電極構(gòu)成的氣體發(fā)生單元、過濾層和加液瓶；離子導(dǎo)電聚合物修飾氧電極由催化層、集流體、防水層和離子導(dǎo)電聚合物修飾層組成；過濾層依次由防水透氣層、硼砂層和活性炭層組成；控制電路的輸入端與修飾電極連接，輸出端與電源的負(fù)極連接，電源的正極與惰性電極連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的根據(jù)上述利用離子導(dǎo)電聚合物修飾氧電極的制氧方法所用的制氧裝置，其特征在于上述控制電路由電壓、電流調(diào)節(jié)功能電路、短路保護(hù)功能電路、溫度、壓力控制功能電路及流量顯示功能部件組成。
全文摘要
一種利用離子導(dǎo)電聚合物修飾氧電極的制氧方法，以無孔、少孔的離子導(dǎo)電聚合物修飾氧電極、電解質(zhì)及惰性電極構(gòu)成氣體發(fā)生單元，來產(chǎn)生氧氣；該離子導(dǎo)電聚合物修飾氧電極是在由催化層、集流體和防水層組成的多孔氣體擴(kuò)散電極上再覆蓋一層離子導(dǎo)電聚合物；該方法所用的制氧裝置由氣體發(fā)生裝置、電源和控制電路板組成；氣體發(fā)生裝置由氣體發(fā)生單元、過濾層和加液瓶組成；控制電路的輸入端與修飾電極連接，輸出端與電源的負(fù)極連接，電源的正極與惰性電極連接。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1.性能可靠，可長時(shí)間連續(xù)工作；2.體積小；由于可在100－140mA/cm
文檔編號C25B9/10GK1510171SQ0215856
公開日2004年7月7日 申請日期2002年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月26日
發(fā)明者張勇, 楊林, 范清杰, 周恩財(cái), 勇 張 申請人:張勇, 楊林, 勇 張