一種采用磁電耦合控制氧氣泡運動的電解裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于儲能、金屬沉積電解、提純及電解合成電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及采用 磁電禪合在析氧反應(yīng)過程中控制氧氣泡運動的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 析氧反應(yīng)是發(fā)生在電極-電解液兩相界面內(nèi)電化學(xué)反應(yīng)，2〇Η--&- ^ +Ηζ〇.析氧 反應(yīng)的動力性不僅與催化劑的活性有關(guān)，還與電極表面的氣泡快速去除緊密相關(guān)。在純電 場條件下，一般析氧反應(yīng)裝置是由長方形電解槽1、陽極3、陰極4、電解液2構(gòu)成，如圖1所 示，其中，長方形電解槽1內(nèi)部尺寸為250mmX500mmX70mm，50mmX50mm儀網(wǎng)作為陽極3，網(wǎng) 孔大小3mmX2mm，50mmX50mm不誘鋼板作為陰極4,電解液2是由7mol/LKOH溶液并溶解 飽和ZnO構(gòu)成。電化學(xué)反應(yīng)在陽極3表面附近發(fā)生析氧反應(yīng)，當陽極附近的電解液含有的 氧氣濃度達到飽和狀態(tài)，氧氣泡5出現(xiàn)并垂直于陽極3表面向外擴散。若氧氣泡運動受到 阻礙，就會聚集在陽極表面，進而阻礙后續(xù)的電化學(xué)反應(yīng)，增加能耗甚至損壞相關(guān)設(shè)備。因 此，快速去除電極表面的氧氣泡對于析氧反應(yīng)正常進行至關(guān)重要。
[0003] 物體運動要么來源于物體自身變形，要么源自于物體外力推動。通過自身變形實 現(xiàn)移動常見于生物界細長條結(jié)構(gòu)物種如版蝴、鞭毛蟲。在多數(shù)情況下物體運動是通過外力 實現(xiàn)移動，如電場力、磁場力及光福射等，在液體中物體運動主要通過擴散、對流、遷移Ξ種 方式控制，其中，濃度不均勻造成液體成分擴散運動，流體動力性導(dǎo)致液體對流，液體所受 的外力致使液體遷移。
[0004]為解決電化學(xué)析氧反應(yīng)中氧氣泡運動受到阻礙，進而阻礙后續(xù)的電化學(xué)反應(yīng)的問 題，已有的一種基于電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氣泡驅(qū)動導(dǎo)體運動，即在一對平行電極組成的電解 槽中，對于其中的導(dǎo)體有極化作用，在相對于電極的導(dǎo)體兩側(cè)發(fā)生析氧和析氨反應(yīng)，根據(jù)化 學(xué)反應(yīng)式可知生產(chǎn)的氨氣量是氧氣量的兩倍，從而導(dǎo)致導(dǎo)體線性移動或轉(zhuǎn)動。一種通過外 在交變電場控制懸浮在水面上半導(dǎo)體二極管運動，毫米級二極管對電壓整流，引起附近的 顆粒電滲流動，從而驅(qū)使二極管運動。然而，導(dǎo)體和電化學(xué)反應(yīng)是此系統(tǒng)物體運動的前提； 且物體運動速度緩慢，只適合應(yīng)用于微型機械。
[0005]另一種通過電解液流動帶走析氧反應(yīng)釋放的氧氣泡，主要通過電解液流速及時攜 帶走生成的氧氣泡，避免氧氣泡在電極表面集聚，確保電極與電解液充分接觸。運種技術(shù)需 要一套電解液驅(qū)動系統(tǒng)，且額外增添能量消耗。
[0006] 還有一種通過改變電極表面微觀形貌，增加電極表面粗糖度，運樣氣泡在電極表 面的接觸角變小，容易使氣泡脫離。運種方案只是提高氣泡自動脫離電極表面的能力，但不 適用于電極下表面發(fā)生析氧反應(yīng)的情況。
[0007]綜上，目前已有技術(shù)主要采用外在動力控制氣泡運動，運種方法效果明顯，但會增 加成本。電極表面結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法對氣泡運動影響甚小，不能改變氣泡運動，且受限于零部件 結(jié)構(gòu)與放置位置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是為解決析氧反應(yīng)過程中電極表面氧氣泡粘附問題，提出了一種采 用磁電禪合控制氧氣泡運動的電解裝置，不僅解決了氧氣泡集聚問題，還能促使電解液成 分、溫度更加均勻，遏制枝晶生長，提高金屬沉積表面質(zhì)量和節(jié)省能量；此外，還可推動電解 液定向移動。
[0009] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0010] 一種采用磁電禪合控制氧氣泡運動的電解裝置，其特征在于，該裝置包括電解槽， 在電解槽的兩對邊相對位置安裝一對電極，電解槽中裝有電解液，還包括在電解槽的外表 面與陽極或陰極相對應(yīng)位置緊貼的一塊磁鐵，用于使電解過程中氧氣泡沿著陽極表面定向 移動。
[0011] 本發(fā)明可W推動液體定向移動，可用于微型機械甚至醫(yī)療保健領(lǐng)域。
[0012] 本發(fā)明的特點及有益效果：
[0013] 本發(fā)明通過對比有純電場和磁電禪合場、不同磁極、不同電解裝置下氧氣泡的運 動形式，得到氧氣泡在磁電場環(huán)境下運動發(fā)生改變，設(shè)計出能控制氧氣泡運動的裝置。
[0014] 在電解工藝中利用本裝置有助于氧氣泡脫離電極表面，促使電解液成分、溫度更 加均勻，遏制枝晶生長，從而提高金屬沉積表面質(zhì)量和節(jié)省能量。
[0015] 本發(fā)明裝置利用磁電禪合方法控制氧氣泡運動，可廣泛應(yīng)用于充電式金屬-空氣 電池、燃料電池再生、水電解、金屬電沉積、電解提純及電解合成等領(lǐng)域。此外，本發(fā)明還可 用到推動液體或物體沿著某一方向作規(guī)律性運動的領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0016] 圖1為一般析氧反應(yīng)裝置結(jié)構(gòu)及在純電場條件下氧氣泡垂直于陽極表面運動示 意圖。
[0017] 圖2為本發(fā)明的一種實施例裝置示意圖。在該實施例中磁鐵S極面對陽極時氧氣 泡沿陽極表面平行運動。
[0018] 圖3為本發(fā)明的另一種實施例裝置示意圖。在該實施例中磁鐵S極面對陽極時氧 氣泡順時針旋轉(zhuǎn)運動。
【具體實施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖和實施例詳細說明本發(fā)明的實施方式。
[0020] 本發(fā)明提出的一種采用磁電禪合控制氧氣泡運動的電解裝置實施例一，如圖2所 示
[002。 本實施例裝置包括250mmX500mmX70mm長方形的電解槽11，在電解槽的兩長邊 相對位置安裝一對電極，其中陽極13采用50mmX50mm儀網(wǎng)，陰極14采用50mmX50mm不誘 鋼板，電解槽中裝有電解液12,是由7mol/LK0H溶液并溶解飽和化0構(gòu)成，還包括在電解槽 的外表面與陽極13相對應(yīng)位置的緊貼一塊50mmX50mm方形欽鐵棚磁鐵16,如圖2所示。 [0022] 本實施例在進行電解過程中，氧氣泡15(與沒有設(shè)置磁鐵6時的）運動方向發(fā)生 改變，氧氣泡不是垂直于陽極13表面擴散運動，而是沿著陽極13表面定向移動。氧氣泡15 運動方向取決于磁鐵16磁極，當一塊磁鐵16S極面向陽極，氧氣泡15運動平行于陽極13 表面向右移動，如圖2所示；當一塊磁鐵16N極面向陽極，氧氣泡15沿著陽極13表面向左 移動。此外，本實施例也可將磁鐵16緊靠貼在電解槽的外表面與陰極14相對應(yīng)位置，此時 當該磁鐵16S極面向陰極14,氧氣泡15沿著陽極13表面向左移動，而當一塊磁鐵16N極面 向陰極14,氧氣泡15沿著陽極13表面向右移動；本實施例還可包括在陽極13、陰極14相 對位置的電解槽兩側(cè)各吸附一塊磁鐵，且磁極異性，可得到氧氣泡15運動加強；當兩側(cè)的 磁極同性時，氧氣泡15運動減弱。
[0023] 氧氣泡15運動強弱還與電場強度、磁場的磁感應(yīng)強度成正比，充電電壓越高，電 場強度越強，陽極13生成的氧氣泡15越多，氧氣泡15運動加強；當磁場磁感應(yīng)強度增強， 氧氣泡15運動速度加快。另外，氧氣泡15運動與電解液溫度成反比，當電解液溫度升高， 離子布朗運動加劇，不規(guī)則運動比例升高。
[0024] 實施例二
[0025]本實施例裝置包括70mmX70mmX70mm方形的電解槽21，在電解槽的兩對邊相對 位置安裝一對電極，其中陽極23采用50mmX50mm儀網(wǎng)，陰極24采用50mmX50mm不誘鋼板， 電解槽中裝有電解液22是由7mol/LK0H溶液并溶解飽和ZnO構(gòu)成，還包括設(shè)在電解槽的 外表面的50mmX50mm方形欽鐵棚磁鐵26,該磁鐵26緊貼在陽極23的相應(yīng)位置，如圖3所 /J、-〇
[0026]本實施例在進行電解過程中，氧氣泡25運動形成滿流。當磁鐵26S極面向陽極23 時，氧氣泡25順時針旋轉(zhuǎn)，如圖3所示；如果磁鐵26N極面向陽極23時，氧氣泡25則逆時 針旋轉(zhuǎn)。氧氣泡25旋轉(zhuǎn)運動則會導(dǎo)致電解液22形成滿流，本實施例裝置有助于氧氣泡25 脫離陽極23表面，電解液成分、溫度均勻，遏制枝晶生長，從而提高金屬沉積表面質(zhì)量和節(jié) 省能源。
[0027] 運里所描述的配置是示例性的，且運些具體的實施示例不應(yīng)被認為具有限制意 義，本發(fā)明除了對氧氣泡運動調(diào)控外，磁電禪合也對氨氣運動有影響。例如，上述技術(shù)可應(yīng) 用于充電式金屬-空氣電池、燃料電池再生、水電解、金屬電沉積、電解提純及電解合成等 領(lǐng)域。因此，本發(fā)明包括運里所公開的所有記載和非顯而易見的各種系統(tǒng)和方法的組合，W 及其它特征、功能、和/或運里掲示的特性。
【主權(quán)項】
1. 一種采用磁電耦合控制氧氣泡運動的電解裝置，其特征在于，該裝置包括電解槽，在 電解槽的兩對邊相對位置安裝一對電極，電解槽中裝有電解液，還包括在電解槽的外表面 與陽極或陰極相對應(yīng)位置緊貼的一塊磁鐵，用于使電解過程中氧氣泡沿著陽極表面定向移 動。2. 如權(quán)利要求1所述電解裝置，其特征在于，所述電解槽為長方形，在電解槽的兩長邊 相對位置安裝一對電極，通過改變所述磁鐵的磁極，改變氧氣泡的運動方向。3. 如權(quán)利要求2所述電解裝置，其特征在于，該裝置還包括在陽極、陰極相對位置的 電解槽兩側(cè)各吸附一塊磁鐵，兩塊磁鐵磁極異性，用于使氧氣泡運動加強；兩塊磁鐵磁極同 性，用于使氧氣泡運動減弱。4. 如權(quán)利要求1所述電解裝置，其特征在于，所述電解槽為方形，用于使氧氣泡運動形 成渦流。5. 如權(quán)利要求1、2、3或4所述電解裝置，其特征在于，調(diào)整該裝置電場強度、磁鐵磁力、 充電電壓，電解液溫度，用于調(diào)節(jié)氧氣泡生成多少運動強度及速度。6. 如權(quán)利要求1、2、3或4所述電解裝置，其特征在于，所述陽極采用鎳網(wǎng)，陰極采用不 銹鋼板電解液是由KOH溶液并溶解飽和ZnO構(gòu)成，所述該磁鐵采用方形釹鐵硼磁鐵。7. 如權(quán)利要求1、2、3或4所述電解裝置，其特征在于，該裝置用于充電式金屬-空氣電 池、燃料電池再生、水電解、金屬電沉積、電解提純及電解合成領(lǐng)域，或用于物體定向移動領(lǐng) 域。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種采用磁電耦合控制氧氣泡運動的電解裝置，屬于儲能、金屬沉積電解、提純及電解合成電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，該裝置包括電解槽，在電解槽的兩對邊相對位置安裝一對電極，電解槽中裝有電解液，還包括在電解槽的外表面與陽極或陰極相對應(yīng)位置緊貼的一塊磁鐵，用于使電解過程中氧氣泡沿著陽極表面定向移動。本裝置不僅解決了氧氣泡集聚問題，還能促使電解液成分、溫度更加均勻，遏制枝晶生長，提高金屬沉積表面質(zhì)量和節(jié)省能量；此外，還可推動電解液定向移動。該發(fā)明可廣泛應(yīng)用于充電式金屬-空氣電池、燃料電池再生、水電解、金屬電沉積、電解提純及電解合成等領(lǐng)域，還可用于物體定向移動領(lǐng)域。
【IPC分類】C25B15/02, C25C7/06
【公開號】CN105256331
【申請?zhí)枴緾N201510752333
【發(fā)明人】裴普成, 王克亮
【申請人】清華大學(xué)
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年11月6日