本發(fā)明涉及電解水，尤其是涉及一種帶有柔性支撐結(jié)構(gòu)的全流域aem電解槽。

背景技術(shù)：

1、電解水制氫電解槽的雙極板和多孔傳輸層(ptl)均為電解槽核心零部件，其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)直接決定電解槽的組裝難度和動(dòng)態(tài)制氫過(guò)程中的三相傳質(zhì)狀態(tài)。目前的aem(陰離子膜aem)電解槽雙極板大多采用小孔徑進(jìn)液方式，且電解液的流場(chǎng)多為金屬雙極板機(jī)加工或者酸液刻蝕而成。在aem電解水制氫技術(shù)和制氫設(shè)備尚未商業(yè)化的今天，國(guó)內(nèi)大多廠家也把關(guān)注度放在了如何進(jìn)一步提高電流密度和制氫效率上面，而雙極板的進(jìn)液、產(chǎn)氣方式和流場(chǎng)分布、安裝好壞同樣會(huì)影響電解槽溫度均勻性和電解性能，甚至決定電解槽的使用壽命。目前小孔徑雙極板和流道存在如下幾個(gè)問(wèn)題：

2、1)雙極板小孔徑進(jìn)液、產(chǎn)氣會(huì)導(dǎo)致雙極板的氣阻和液阻變大，且電解質(zhì)溶液并不是完全按照設(shè)計(jì)的流道進(jìn)行傳質(zhì)和傳熱，雙極板活性區(qū)域內(nèi)有死角，導(dǎo)致局部過(guò)熱、氣泡不能及時(shí)被帶走、接觸電阻增大；

3、2)雙極板流道采用機(jī)加工方式，制作時(shí)間長(zhǎng)、成本高，且機(jī)加工對(duì)雙極板的平面度很難保證；而雙極板流道采用酸液刻蝕工藝，成本高、流道深度的一致性差；

4、3)雙極板流道對(duì)膜電極的厚度要求比較嚴(yán)格，安裝過(guò)程中，膜電極直接與雙極板流道之間的接觸程度很難通過(guò)加工精確度來(lái)進(jìn)行把控，這就會(huì)導(dǎo)致電解槽內(nèi)部零部件之間的接觸電阻不一致，影響電解槽的制氫電壓。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種帶有柔性支撐結(jié)構(gòu)的全流域aem電解槽，解決了傳統(tǒng)雙極板孔進(jìn)液和孔出氣而引起的流場(chǎng)有死角的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種帶有柔性支撐結(jié)構(gòu)的全流域aem電解槽，包括柔性支撐多孔傳輸層和一體化膜電極，所述柔性支撐多孔傳輸層和所述一體化膜電極均安裝在兩個(gè)所述全流域雙極板之間，所述全流域雙極板和所述一體化膜電極的外側(cè)通過(guò)定位孔分別與陰極端壓板和陽(yáng)極端壓板連接，所述陰極端壓板和所述陽(yáng)極端壓板通過(guò)螺栓孔連接，所述陰極端壓板的背部設(shè)置有端壓板進(jìn)出槽盒。

3、優(yōu)選的，所述柔性支撐多孔傳輸層包括兩張編織鎳網(wǎng)，兩張所述編織鎳網(wǎng)之間安裝有彈性鎳網(wǎng)，每張所述編織鎳網(wǎng)的厚度為0.2-0.4mm，兩張所述編織鎳網(wǎng)的間距為0.5-1mm。

4、優(yōu)選的，兩個(gè)所述全流域雙極板的正反兩面中央處均設(shè)置凹陷結(jié)構(gòu)，每一面所述凹陷結(jié)構(gòu)的頂部和底部分別設(shè)置有陰極出液口和陰極進(jìn)液口，所述陰極出液口的底部和陰極進(jìn)液口的頂部均對(duì)應(yīng)設(shè)置有縱向排列的進(jìn)液流道槽，所述進(jìn)液流道槽的深度為0.5-1mm，所述凹陷結(jié)構(gòu)的左右兩側(cè)分別設(shè)置有陽(yáng)極出液口和陽(yáng)極進(jìn)液口。

5、優(yōu)選的，所述全流域雙極板為矩形結(jié)構(gòu)，其材質(zhì)為碳鋼鍍鎳材質(zhì)，所述凹陷結(jié)構(gòu)為正方形結(jié)構(gòu)。

6、優(yōu)選的，所述一體化膜電極為五合一結(jié)構(gòu)，依次排列為聚醚醚酮密封框peek、催化劑擴(kuò)散層gdl、陰離子膜aem、催化劑擴(kuò)散層gdl和聚醚醚酮密封框peek，上述結(jié)構(gòu)之間均采用聚四氟乙烯膠水粘合連接。

7、優(yōu)選的，所述聚醚醚酮密封框peek和所述陰離子膜aem的尺寸與所述全流域雙極板的尺寸相同，所述催化劑擴(kuò)散層gdl的尺寸與所述凹陷結(jié)構(gòu)的尺寸相同。

8、優(yōu)選的，所述聚醚醚酮密封框peek的厚度與所述凹陷結(jié)構(gòu)的厚度相等，其表達(dá)式為δ(雙層peek+陰離子膜aem)＝δ(壓縮后雙層gdl+陰離子膜aem)。

9、優(yōu)選的，所述陰極端壓板的上下兩側(cè)均設(shè)置有陰極出氣口，所述所述陰極端壓板的左右兩側(cè)分別設(shè)置有陽(yáng)極出氣口，所述陰極端壓板的底部中央處安裝有陰極輸電板。

10、優(yōu)選的，所述陽(yáng)極端壓板的底部中央處安裝有陽(yáng)極輸電板。

11、優(yōu)選的，所述端壓板進(jìn)出槽盒為不銹鋼材質(zhì)，內(nèi)部為中空結(jié)構(gòu)，出口為活接頭連接方式。

12、因此，本發(fā)明采用上述結(jié)構(gòu)的一種帶有柔性支撐結(jié)構(gòu)的全流域aem電解槽，具備以下有益效果：

13、(1)電解質(zhì)溶液進(jìn)、出通道分別為雙極板長(zhǎng)和寬全尺寸，溶液與雙極板接觸充分無(wú)死角，這解決了傳統(tǒng)雙極板孔進(jìn)液和孔出氣而引起的流場(chǎng)有死角的問(wèn)題。

14、(2)柔性支撐多孔傳輸層(ptl)可對(duì)一體化膜電極的厚度進(jìn)行有效的彈性補(bǔ)償，由于其高彈性特點(diǎn)，對(duì)雙極板的加工精度和電極的結(jié)構(gòu)尺寸要求大大降低。

15、(3)全流域雙極板與ptl的結(jié)合明顯改善了溶液的流場(chǎng)分布，大大降低了液體流阻，溶液在ptl內(nèi)部分散性更好，流場(chǎng)也比傳統(tǒng)采用金屬拉伸網(wǎng)的方式更規(guī)則。

16、(4)一體化膜電極邊框的聚醚醚酮(peek)為耐溫耐酸堿材質(zhì)，同時(shí)在peek上涂敷聚四氟乙烯膠水可與全流域雙極板之間密封緊固，電解槽耐壓性更好。

17、(5)電解槽核心零部件采用一體化結(jié)構(gòu)，組裝方便，維護(hù)成本低，利于大規(guī)模批量化生產(chǎn)，工業(yè)化更容易實(shí)現(xiàn)。

18、下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

技術(shù)特征：

1.一種帶有柔性支撐結(jié)構(gòu)的全流域aem電解槽，其特征在于，包括柔性支撐多孔傳輸層和一體化膜電極，所述柔性支撐多孔傳輸層和所述一體化膜電極均安裝在兩個(gè)所述全流域雙極板之間，所述全流域雙極板和所述一體化膜電極的外側(cè)通過(guò)定位孔分別與陰極端壓板和陽(yáng)極端壓板連接，所述陰極端壓板和所述陽(yáng)極端壓板通過(guò)螺栓孔連接，所述陰極端壓板的背部設(shè)置有端壓板進(jìn)出槽盒。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有柔性支撐結(jié)構(gòu)的全流域aem電解槽，其特征在于：所述柔性支撐多孔傳輸層包括兩張編織鎳網(wǎng)，兩張所述編織鎳網(wǎng)之間安裝有彈性鎳網(wǎng)，每張所述編織鎳網(wǎng)的厚度為0.2-0.4mm，兩張所述編織鎳網(wǎng)的間距為0.5-1mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有柔性支撐結(jié)構(gòu)的全流域aem電解槽，其特征在于：兩個(gè)所述全流域雙極板的正反兩面中央處均設(shè)置凹陷結(jié)構(gòu)，每一面所述凹陷結(jié)構(gòu)的頂部和底部分別設(shè)置有陰極出液口和陰極進(jìn)液口，所述陰極出液口的底部和陰極進(jìn)液口的頂部均對(duì)應(yīng)設(shè)置有縱向排列的進(jìn)液流道槽，所述進(jìn)液流道槽的深度為0.5-1mm，所述凹陷結(jié)構(gòu)的左右兩側(cè)分別設(shè)置有陽(yáng)極出液口和陽(yáng)極進(jìn)液口。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種帶有柔性支撐結(jié)構(gòu)的全流域aem電解槽，其特征在于：所述全流域雙極板為矩形結(jié)構(gòu)，其材質(zhì)為碳鋼鍍鎳材質(zhì)，所述凹陷結(jié)構(gòu)為正方形結(jié)構(gòu)。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種帶有柔性支撐結(jié)構(gòu)的全流域aem電解槽，其特征在于：所述一體化膜電極為五合一結(jié)構(gòu)，依次排列為聚醚醚酮密封框peek、催化劑擴(kuò)散層gdl、陰離子膜aem、催化劑擴(kuò)散層gdl和聚醚醚酮密封框peek，上述結(jié)構(gòu)之間均采用聚四氟乙烯膠水粘合連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種帶有柔性支撐結(jié)構(gòu)的全流域aem電解槽，其特征在于：所述聚醚醚酮密封框peek和所述陰離子膜aem的尺寸與所述全流域雙極板的尺寸相同，所述催化劑擴(kuò)散層gdl的尺寸與所述凹陷結(jié)構(gòu)的尺寸相同。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種帶有柔性支撐結(jié)構(gòu)的全流域aem電解槽，其特征在于：所述聚醚醚酮密封框peek的厚度與所述凹陷結(jié)構(gòu)的厚度相等，其表達(dá)式為δ(雙層peek+陰離子膜aem)＝δ(壓縮后雙層gdl+陰離子膜aem)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有柔性支撐結(jié)構(gòu)的全流域aem電解槽，其特征在于：所述陰極端壓板的上下兩側(cè)均設(shè)置有陰極出氣口，所述所述陰極端壓板的左右兩側(cè)分別設(shè)置有陽(yáng)極出氣口，所述陰極端壓板的底部中央處安裝有陰極輸電板。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有柔性支撐結(jié)構(gòu)的全流域aem電解槽，其特征在于：所述陽(yáng)極端壓板的底部中央處安裝有陽(yáng)極輸電板。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有柔性支撐結(jié)構(gòu)的全流域aem電解槽，其特征在于：所述端壓板進(jìn)出槽盒為不銹鋼材質(zhì)，內(nèi)部為中空結(jié)構(gòu)，出口為活接頭連接方式。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種帶有柔性支撐結(jié)構(gòu)的全流域AEM電解槽，屬于電解水技術(shù)領(lǐng)域。包括柔性支撐多孔傳輸層和一體化膜電極，柔性支撐多孔傳輸層和一體化膜電極均安裝在兩個(gè)全流域雙極板之間，全流域雙極板和一體化膜電極的外側(cè)通過(guò)定位孔分別與陰極端壓板和陽(yáng)極端壓板連接，陰極端壓板和陽(yáng)極端壓板通過(guò)螺栓孔連接，陰極端壓板的背部均設(shè)置有端壓板進(jìn)出槽盒。本發(fā)明采用一體化結(jié)構(gòu)，組裝方便，維護(hù)成本低，利于大規(guī)模批量化生產(chǎn)，工業(yè)化更容易實(shí)現(xiàn)。解決了傳統(tǒng)雙極板孔進(jìn)液和孔出氣而引起的流場(chǎng)有死角的問(wèn)題。改善了溶液的流場(chǎng)分布，大大降低了液體流阻，溶液在PTL內(nèi)部分散性更好，流場(chǎng)也比傳統(tǒng)采用金屬拉伸網(wǎng)的方式更規(guī)則。

技術(shù)研發(fā)人員：查鵬飛,張曉磊,倪徵,馬守明,張高偉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：氫淶新能源科技（常熟）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21