專利名稱：用于電化學制取氣體的雙氣室雙光窗電解池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電化學和光電化學實驗研究技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于電化學制取氣體的雙氣室雙光窗電解池。
背景技術(shù)：
在過去的幾十年里，能源短缺和環(huán)境惡化成為了影響一個國家經(jīng)濟發(fā)展和社會穩(wěn)定的重要問題。利用清潔可再生的太陽能分解水制得氫氣，氫氣作為燃料驅(qū)動燃料電池發(fā)電，在發(fā)電過程中氫氣與空氣中的氧氣結(jié)合生成水，從而形成了 “太陽能-氫能”的綠色循環(huán)利用。整個利用過程中沒有溫室氣體排放，輸入能量來源為免費的太陽能，原料和產(chǎn)物都是水(氫和氧)。因此，這種“太陽能-氫能”綠色循環(huán)利用是解決能源短缺和環(huán)境惡化的一種重要的解決途徑。太陽能光電化學分解水技術(shù)，在“太陽能-氫能”的綠色循環(huán)利用中占有重要的地位。太陽能光電化學分解水的原理是利用η型半導體薄膜電極和P型半導體薄膜電極分別作為光陽極和光陰極，光電極在太陽光的輻照下吸收光子能量，在施加或不施加外電壓的條件下將水分解為氧氣(光陽極側(cè))和氫氣(光陰極側(cè))。因此這是非常具有應用前景的新能源技術(shù)，在國內(nèi)外的研究所和高校等研究機構(gòu)得到了廣泛的重視。在光電化學分解水的研究中，光電化學反應器的設計是對于研究過程的精細控制和研究結(jié)果的準確解析都起到極其重要的作用。在光電化學分解水研究中，往往通過位于一個反應池內(nèi)的三電極系統(tǒng)(工作電極、參比電極和輔助電極)單獨研究光陽極或光陰極來得到光電極的性能，此時光電極作為工作電極，鉬片或鉬絲等作為輔助電極，如文獻I！Accelerating materials development for photoelectrochemical hydrogenproduction: Standards for methods, definitions, and reporting protocols, ChenZhebo, etc.Journal of Materials Research.2010 年第 25 卷 3-16 頁。當研究光陽極的光電化學分解水性能時，工作電極(光陽極)表面產(chǎn)生氧氣，而輔助電極(如鉬片)表面產(chǎn)生氫氣；當研究光陰極的光電化學分解水性能時，工作電極(光陰極)表面產(chǎn)生氫氣，而輔助電極(如鉬片)表面產(chǎn)生氧氣。如果使用傳統(tǒng)的電解池，分解水產(chǎn)生的氧氣和氫氣將在一個空間內(nèi)混合并且很難分離，由于實驗需要對各電極產(chǎn)生的氣體分別進行分析，因此各種氣體混合后對于實驗結(jié)果將產(chǎn)生很大的不利影響。欲消除這種影響，可以通過將工作電極和輔助電極分別位于兩個電解池內(nèi)，這樣就可以實現(xiàn)產(chǎn)生氣體的互不干擾，如文獻I，但是這樣就會增加實驗系統(tǒng)的體積和復雜程度。本發(fā)明的目的即是為了解決反應產(chǎn)生的氣體混合導致的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的 目的是提供一種用于電化學制取氣體的雙氣室雙光窗電解池，以解決現(xiàn)有技術(shù)反應產(chǎn)生的氣體混合導致影響實驗結(jié)果的問題。為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是:一種用于電化學制取氣體的雙氣室雙光窗電解池，包括反應池和蓋板，蓋板設置于反應池的開口處，蓋板與反應池之間為可拆卸的密封連接，所述蓋板上設有若干連接端口，其特殊之處在于:所述反應池內(nèi)設有隔板，隔板將反應池內(nèi)的空間分為工作電極反應室和輔助電極反應室兩部分，所述隔板的上邊緣與反應池頂面平齊，隔板的前、后側(cè)邊沿與電解池前、后內(nèi)壁密封連接，隔板下邊緣與反應池底部之間留有可使電解液在工作電極反應室和輔助電極反應室間自由流動的空間，反應池的側(cè)面上對應工作電極反應室和輔助電極反應室的位置分別鑲嵌有一個可透光的玻璃窗口。上述玻璃窗口為石英玻璃窗口。上述連接端口包括工作電極室連接端口和輔助電極室連接端口，所述工作電極室連接端口設置于工作電極反應室上方對應的蓋板上，所述輔助電極室連接端口設置于輔助電極反應室上方對應的蓋板上，所述工作電極室連接端口包括工作電極接線柱、工作電極室參比電極連接口、工作電極室進氣口和工作電極室排氣口，所述輔助電極室連接端口包括輔助電極接線柱、輔助電極室參比電極連接口、輔助電極室進氣口和輔助電極室排氣口。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下優(yōu)點和效果:
1、反應池內(nèi)設有隔板，隔板將反應池內(nèi)的空間分為工作電極反應室和輔助電極反應室兩部分，實現(xiàn)了工作電極和輔助電極表面生成氣體的有效隔離，從而便于控制實驗結(jié)果的精確性；
2、本發(fā)明既可以用于進行傳統(tǒng)的電化學實驗，又可以進行光電化學實驗，從而實現(xiàn)傳統(tǒng)電解池無法實現(xiàn)的功能；
3、本發(fā)明既可以用于進行 標準的三電極電化學實驗，又可以進行兩電極電化學實驗；
4、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，并且易于操作、功能實用。


圖1是本發(fā)明的外部結(jié)構(gòu)示意 圖2是本發(fā)明反應池的結(jié)構(gòu)示意 圖3是本發(fā)明蓋板的結(jié)構(gòu)示意 圖4是本發(fā)明橡膠墊圈的結(jié)構(gòu)示意 圖5是應用本發(fā)明將工作電極與接線柱連接裝配以進行光電化學實驗的示意 圖6是電解液注入反應池后形成兩個獨立氣室空間的示意 圖7是工作電極示意 圖8和輔助電極意 其中，1-反應池、2-蓋板、3-螺栓、4-反應池密封槽、5-隔板、6-工作電極反應室、7-輔助電極反應室、8-玻璃窗口、9_工作電極接線柱、10-工作電極室進氣口、11-輔助電極室進氣口、12-輔助電極接線柱、13-蓋板密封槽、14-輔助電極室排氣口、15-輔助電極室參比電極連接口、16-工作電極室參比電極連接口、17-工作電極室排氣口、18-橡膠墊圈、19-香蕉插頭接口、20-香蕉插頭、21-工作電極、22-參比電極、23-膠塞、24-輔助電極。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細說明:參照圖1，一種用于電化學制取氣體的雙氣室雙光窗電解池，包括反應池I和蓋板2，蓋板2設置于反應池I的開口處，蓋板2與反應池I之間為可拆卸的密封連接，所述蓋板2上設有若干連接端口，所述反應池I內(nèi)設有隔板5，隔板5將反應池I內(nèi)的空間分為工作電極反應室6和輔助電極反應室7兩部分，所述隔板5的上邊緣與反應池I頂面平齊，隔板5的前、后側(cè)邊緣與反應池I的前、后內(nèi)壁密封連接，隔板5下邊緣與反應池I底部之間留有可使電解液在工作電極反應室6和輔助電極反應室7之間自由流動的空間，反應池I的側(cè)面上對應工作電極反應室6和輔助電極反應室7的位置分別鑲嵌有一個可透光的玻璃窗口 8。玻璃窗口 8的位置和大小可以根據(jù)需要制作，只需保證工作時光源可以從反應池I外部照射到反應池I內(nèi)部的電極上即可，為了達到良好地透光性，玻璃窗口 8優(yōu)選石英玻璃制作。上述連接端口包括工作電極室連接端口和輔助電極室連接端口，所述工作電極室連接端口設置于工作電極反應室6上方對應的蓋板I上，所述輔助電極室連接端口設置于輔助電極反應室7上方對應的蓋板I上，所述工作電極室連接端口包括工作電極接線柱9、工作電極室參比電極連接口 16、工作電極室進氣口 10和工作電極室排氣口 17，所述輔助電極室連接端口包括輔助電極接線柱12、輔助電極室參比電極連接口 15、輔助電極室進氣口11和輔助電極室排氣口 14。反應池I上和蓋板2相接觸的一側(cè)，環(huán)繞工作電極反應室6和輔助電極反應室7的開口處開設有反應池密封槽4，蓋板2上對應于反應池密封槽4的位置開設有蓋板密封槽13，密封槽內(nèi)嵌入橡膠墊圈18后，由螺栓3和螺母將反應池I和蓋板2壓緊，從而隔離兩個氣室。工作電極室連接端口各端口作用如下所述:
參照圖5和圖7，工作電極接線柱9由導電性良好的銅合金或其它金屬制造，接線柱面向電解池的一側(cè)終端為香蕉插頭接口 19，工作電極21通過香蕉插頭20與其連接；另一側(cè)直接與電化學工作站工作電極連接線連接。參照圖6，工作電極室參比電極連接口 16可以插入?yún)⒈入姌O22或帶有參比電極的鹽橋。當實驗不需要參比電極(如進行兩電極實驗)時，使用膠塞23將此連接口密封。工作電極室進氣口 10可以直接與外部氣瓶或泵氣管道連接，以向工作電極反應室上方氣室充入氮氣等氣體用于保護電解液或帶走反應生成的氣體；或者通過進氣口將氣管伸入電解液中，充入氮氣等惰性氣體起到除氧或攪拌的作用；不需要通入氣體時，用膠塞將進氣口密封。工作電極室排氣口 17可以直接與氣相色譜等檢測儀器的進氣管道連接，以實現(xiàn)工作電極表面生成氣體的在線即時檢測分析。輔助電極室連接端口各端口作用如下所述:
參照圖5和圖8，輔助電極接線柱12由導電性良好的銅合金或其它金屬制造，接線柱面向電解池的一側(cè)終端為香蕉插頭接口 19，輔助電極24通過香蕉插頭20與其連接；另一側(cè)直接與電化學工作站輔助電極連接線連接。參照圖6，輔助電極室參比電極連接口 15可以插入?yún)⒈入姌O22或帶有參比電極的鹽橋。當實驗不需要參比電極(如進行兩電極實驗)時，使用膠塞23將此連接口密封。輔助電極室進氣口 11可以直接與外部氣瓶或泵氣管道連接，以向輔助電極反應室上方氣室充入氮氣等氣體用于保護電解液或帶走反應生成的氣體；或者通過進氣口將氣管伸入電解液中，充入氮氣等惰性氣體起到除氧或攪拌的作用；不需要通入氣體時，用膠塞將進氣口密封。輔助電極室排氣口 14可以直接與氣相色譜等檢測儀器的進氣管道連接，以實現(xiàn)輔助電極表面生成氣體的在線即時檢測分析。實驗過程舉例:1、光電化學產(chǎn)氫產(chǎn)氧實驗，工作電極和輔助電極均需要光照，
η型氧化鐵光電極作為工作電極(光陽極)，銀/氯化銀電極作為參比電極(位于陽極側(cè))，P型氧化亞銅作為輔助電極(光陰極)，電解液為0.5摩爾/升硫酸鉀溶液。在光陽極和光陰極間施加一定的電壓，氙燈光源經(jīng)兩個石英玻璃窗口 8分別照射氧化鐵光陽極和氧化亞銅光陰極，氧化鐵光陽極表面產(chǎn)生的氧氣由工作電極室排氣口 17排出，同時在氧化亞銅光陰極表面產(chǎn)生的氫氣由輔助電極室排氣口 14排出。2、光電化學產(chǎn)氫產(chǎn)氧實驗，僅工作電極需要光照，
η型二氧化鈦光電極作為工作電極(光陽極)，銀/氯化銀電極作為參比電極(位于陽極側(cè))，鉬片作為輔助電極，電解液為0.5摩爾/升硫酸鉀溶液。在光陽極和輔助電極間施加一定的電壓，氣燈光源經(jīng)石英玻璃窗口 8照射二氧化鈦光電極,在其表面產(chǎn)生的氧氣由工作電極室排氣口 17排出，同時在鉬片電極表面產(chǎn)生氫氣由輔助電極室排氣口 14排出。3、電解食鹽水實驗，
一個鉬片電極作為工作電極(陽極)，另一個鉬片電極作為輔助電極(陰極)，不使用參比電極，電解液為5%氯化鈉溶液。在陽極和陰極間施加一定的電壓，陽極表面產(chǎn)生的氯氣由工作電極室排氣口 17 排出，同時在陰極表面產(chǎn)生的氫氣由輔助電極室排氣口 14排出。
權(quán)利要求
1.一種用于電化學制取氣體的雙氣室雙光窗電解池，包括反應池(I)和蓋板(2)，蓋板(2)設置于反應池(I)的開口處，蓋板(2)與反應池(I)之間為可拆卸的密封連接，所述蓋板(2)上設有若干連接端口，其特征在于:所述反應池(I)內(nèi)設有隔板(5)，隔板(5)將反應池(I)內(nèi)的空間分為工作電極反應室(6)和輔助電極反應室(7)兩部分，所述隔板(5)的上邊緣與反應池(I)頂面平齊，隔板(5)的前、后側(cè)邊緣與反應池(I)的前、后內(nèi)壁密封連接，隔板(5)下邊緣與反應池(I)底部之間留有可使電解液在工作電極反應室(6)和輔助電極反應室(7)之間自由流動的空間，反應池⑴的側(cè)面上對應工作電極反應室(6)和輔助電極反應室(X)的位置分別鑲嵌有一個可透光的玻璃窗口(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要 求1所述用于電化學制取氣體的雙氣室雙光窗電解池，其特征在于:所述玻璃窗口(8)為石英玻璃窗口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述用于電化學制取氣體的雙氣室雙光窗電解池，其特征在于:所述述連接端口包括工作電極室連接端口和輔助電極室連接端口，所述工作電極室連接端口設置于工作電極反應室(6)上方對應的蓋板(I)上，所述輔助電極室連接端口設置于輔助電極反應室(7)上方對應的蓋板(I)上，所述工作電極室連接端口包括工作電極接線柱(9)、工作電極室參比電極連接口(16)、工作電極室進氣口(10)和工作電極室排氣口(17)，所述輔助電極室連接端口包括輔助電極接線柱(12)、輔助電極室參比電極連接口(15)、輔助電極室進氣口(11)和輔助電極室排氣口(14)。
全文摘要
本發(fā)明屬于電化學和光電化學實驗研究技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于電化學制取氣體的雙氣室雙光窗電解池。現(xiàn)有技術(shù)存在反應產(chǎn)生的氣體混合導致影響實驗結(jié)果的問題。為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是一種用于電化學制取氣體的雙氣室雙光窗電解池，包括反應池和蓋板，所述反應池內(nèi)設有隔板，隔板將反應池內(nèi)的空間分為工作電極反應室和輔助電極反應室兩部分，隔板下邊緣與反應池底部之間留有空間。本發(fā)明實現(xiàn)了工作電極和輔助電極表面生成氣體的有效隔離，從而便于控制實驗結(jié)果的精確性，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，并且易于操作、功能實用。
文檔編號C25B9/00GK103074638SQ201310018438
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月18日
發(fā)明者楊鷹, 湯宏勝, 寧曉輝, 韓娟, 鄭建斌 申請人:西北大學