Fueiceel® FC-E系列无隔膜电化学电解池 / 模块化电堆

Membrane-Free Electrochemical Electrolyzer Stack

在传统电化学电解系统中，隔膜或离子交换膜通常用于分隔阴极和阳极，以防止反应产物混合。然而，在某些特定电化学反应体系中，产物混合并不会影响反应过程，甚至可以通过简化结构显著提升系统效率。

针对这类应用场景，开发了 无隔膜（Membrane-Free）电化学电解池 / 电堆系统。该系统通过省略隔膜结构，使阴极和阳极直接面对同一反应环境，从而降低系统阻抗、简化结构并提高装配灵活性。

该电解池采用 模块化叠层结构设计，可根据实验需求灵活扩展为多单元电堆，适用于电催化研究、电解水、CO₂电化学还原等多种研究方向。

系统支持 1–900 cm² 的电极活性面积范围，能够覆盖从基础电化学研究到中试级电堆测试的多种实验需求。

产品结构概述

该无隔膜电解池采用 层叠式模块化结构，主要由集流体、电极组件、密封垫片以及流体控制系统组成。

整个系统通过螺栓压紧形成密封结构，同时保证电极之间稳定的电接触和流体通道的完整性。

系统结构包括以下核心部分：

• 电气与集流系统

• 电极反应单元

• 流体与气体管理系统

• 模块化单元结构

核心结构与功能

1 电气与集流系统

电解池内部通过 金属集流体（Current Collector） 实现电流的均匀分布与传导。

集流体通常采用高导电金属材料加工而成，其主要功能包括：

• 收集电极产生的电流

• 将外部电源电压均匀分配至电极表面

• 为电堆结构提供机械支撑

在多单元电堆结构中，每一层集流体都作为电极电流的传输节点，使电流在整个系统中保持稳定传导。

2 电极反应单元（无隔膜设计）

该系统最核心的设计特点是 取消传统电化学电池中的隔膜 / Separator。

在传统电解池中，隔膜用于分隔阴极与阳极反应区域。而在本系统中：

• 阴极与阳极直接面对同一反应环境

• 离子在两电极之间自由迁移

• 不需要通过隔膜进行传输

这种结构能够显著降低电池内部的欧姆阻抗。

电极材料配置

系统采用以下典型电极组合：

阳极（Anode，+）

• 催化层：Au / Ni(OH)₂ 复合催化材料

• 功能：促进氧化反应，如析氧反应（OER）或有机物氧化

Au 提供优异的催化活性，而 Ni(OH)₂ 在碱性环境中具有良好的稳定性。

阴极（Cathode，−）

• 电极基底：Ni foam（镍泡沫）

镍泡沫具有以下优势：

• 高比表面积

• 优良导电性

• 多孔结构有利于气体扩散

该结构特别适用于析氢反应（HER）或 CO₂还原反应。

3 流体与密封系统

为了实现稳定的电解反应，该电解池集成了完整的流体管理系统。

流体入口（Flow In）

流体入口用于向电解池内部输送电解液或反应气体。

常见电解液包括：

• KOH 碱性电解液

• NaOH 溶液

• CO₂ 饱和电解液

流体通过内部流道均匀分布至电极表面。

气体排出口（Gas Vent）

电解反应产生的气体通过专门的排气通道排出，例如：

• 氢气（H₂）

• 氧气（O₂）

• CO₂还原产物

液体出口（Liquid Outlet）

液体出口用于排出反应后的电解液或未反应的液体介质，以便进行循环使用或分析。

密封系统（Gasket）

在每一层结构之间设置 密封垫片（Gasket），其作用包括：

• 防止电解液泄漏

• 防止不同流道之间的串流

• 确保电解液按照设计路径流经电极

虽然系统采用无隔膜设计，但密封结构仍然至关重要，以保证反应环境的稳定性。

模块化电堆结构

该电解池采用 模块化单元结构（Unit） 设计。

每个单元通常由以下部分组成：

• 集流体

• 电极组件

• 密封垫片

多个单元可通过叠层方式组合形成 多节电堆。

通过改变电极尺寸和单元数量，系统可以实现 1–900 cm² 的电极活性面积范围。

例如：

这种结构允许研究人员根据实验需求灵活调整系统规模。

技术参数

典型应用场景

CO₂电化学还原（CO₂RR）

无隔膜结构能够降低电池阻抗，提高反应效率，适用于特定允许产物混合的 CO₂电还原体系。

碱性电解水

在碱性电解环境下，离子迁移率较高，无膜结构能够简化系统设计并降低成本。

电催化材料快速筛选

由于电极组件易于拆装，该系统特别适用于电催化材料的快速筛选，例如：

• Au / Ni(OH)₂ 催化剂

• Ni foam 多孔电极

• 碳基催化材料

研究人员可以快速更换电极并进行电化学性能测试。

产品设计优势

总结

无隔膜电化学电解池通过 结构简化、低阻抗传输以及模块化设计，为电化学与电催化研究提供了一种高效、灵活的实验平台。

凭借 1–900 cm² 的宽范围活性面积设计，该系统能够覆盖从基础电化学研究到中试级电堆测试的多种应用需求。

该平台特别适用于：

• CO₂电化学还原

• 碱性电解水

• 电催化材料开发

• 多单元电堆研究